[发明专利]一种水轮机转轮动静干涉振动频率识别的方法

说明书

本发明公开一种水轮机转轮动静干涉振动频率识别的方法。通过对水轮机转轮在水中的有限元数值计算、经典公式计算以及水轮机模型机的振动试验测试，压力脉动试验测试，并对提取的水轮机转轮的计算频率和水轮机模型机的频率进行对比分析，当其完全一致时，识别得到水轮机转轮的动静干涉振动频率。本发明可以应用于水轮机转轮动静干涉振动的识别，这种方法可有效识别水轮机转轮是否存在动静干涉振动频率的问题，并在制造、安装和检修时及时发现问题的存在，避免转轮运行时产生动静干涉振动造成水轮机基础和顶盖等固定部件的振动异常现象，保证发电机组长期稳定运行。

技术领域

本发明涉及一种水轮机振动领域，尤其涉及一种水轮机转轮动静干涉振动频率识别的方法。

背景技术

目前，我国水电站的装机规模和机组单机容量越来越大。装机容量巨大的水电站机组，无一例外地采用大型混流式水轮发电机组。随着水头、尺寸和容量的不断增加，机组及其支承系统的刚度相对较低，大型机组在运行中也陆续发生了一些不稳定问题，有机械、电气的原因，也存在水力上的因素。转轮叶片和导叶之间的动静干涉引起的水力不稳定现象就是其中之一。

多年来，在水泵水轮机中，由于转轮叶片和导叶之间的动静干涉可能会引起转轮叶片进口发生裂纹或结构振动。国内外专家、学者对此进行过深入的研究，所以其对结构的影响被广为认可和熟知。由动静干涉引起的高动态应力的风险同样存在于混流式机组中，尤其是高水头机组中。为此，针对混流式机组动静干涉现象，从形成机理、结构、叶栅组合和试验测试等方面需进行分析。在设计和模型试验阶段，如何准确识别水轮机转轮动静干涉振动频率，对于预防动静干涉振动问题的出现具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种水轮机转轮动静干涉振动识别的方法，以解决水轮机动静干涉振动的问题。技术方案包括如下步骤：

1)对水轮机转轮和转轮周围水体进行三维建模，设定材料参数，给定转轮材料的泊松比、弹性模量和材料密度，施加边界条件，对转轮和水体边界进行约束，进行模态分析，得到并提取转轮在水中的固有频率值；

2)由公式nZ_g±k＝mZ_r计算得到作用于转轮上的水力激振的谐波频率f_s＝nZ_gf_n，在公式中，f_s：水力激振的谐波频率，f_n：机组转频， Z_g：活动导叶的数量，Z_r：转轮叶片的数量，k：因动静干涉而产生水压脉动的模式的直径节数，n,m：任意整数；

3)对提取的转轮在水中频率值与公式计算的水力激振的谐波频率对比分析，确定水轮机水力激振的谐波频率是否与转轮在水中频率值相一致，当一致时，得到水轮机转轮的计算动静干涉振动频率；

4)在水轮机模型机的引水管，顶盖+X，-X，+Y，-Y四个方向，蜗壳+X，-X，+Y，-Y四个方向，锥管、肘管内侧、外侧，尾水管上布置加速度振动传感器，拾取振动信号将测得的振动信号转化成0～ 5V的电压信号，经过被数据采集器接受，测得动态时水轮机模型机各个位置振动的主要频率；

5)在蜗壳进口、导叶与转轮间+X方向、导叶与转轮间+Y方向、底环与转轮间+X方向，顶盖与转轮间+X方向，固定导叶与活动导叶间，肘管、锥管的0.4倍转轮出水边公称直径上游侧和锥管的0.4倍转轮出水边公称直径下游侧布置差压变送器，拾取压力脉动信号将测得的压力脉动信号转化为0～5V的电压信号，经过被数据采集器接受，测得动态时水轮机模型机各个位置压力脉动的主要频率；

6)对水轮机模型机测得的振动频率和压力脉动频率进行对比分析，确定测得的振动频率和压力脉动频率是否相一致，当一致时，得到水轮机模型机的测试动静干涉振动频率；