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概述
脉动压力是指在选定时间内流体压力相对于参考平均值的往复变化。通常压力脉动测量的最终目标是确保原型机运行在无有害振动的稳定工况且动应力水平满足机组预期使用寿命的要求。模型测试主要是验证和记录工作状态,目的是通过对比相似的模型来预测原型水轮机的性能和稳定性。
测量关注参数
测量数据主要关注以下特性：
1、规定范围内压力脉动相对幅值;
2、脉动特征,周期性或随机性;
3、压力脉动的主频;
4、减小措施下压力脉动对比。
如机组运行状态较差或者需要宽范围运行,例如压力脉动值超过了保证值,则应进行详细分析；宜考虑进行动态测量和压力脉动测量。
测试流程及参数记录
1、模型实验。
模型试验工况试验点宜至少覆盖恒定试验水力比能值下规定的流量范围,并且覆盖给定水头或运行条件下的最小空化系数。对于水力比能变幅较大的电站,通常选择原型最大、最小的水力比能和一个或多个额定水力比能进行试验。
在规定的水力比能下宜测量足够多的导叶开度,特别是在部分流量和满负荷流量工况,以详细表征压力脉动随运行工况的变化。鉴于高部分负荷出现在较窄的导叶开度范围内,在预期的开度范围内应增加测试点的数量。
2、原型测量。
原型水轮机宜在空载至导叶全开(至少以5%额定出力为步长)之间测量足够多试验点来获得压力脉动的随功率变化曲线图；另一种方法,可在主要运行范围内持续缓慢地增加或减小导叶开度(0.1%/s接力器行程)以获得压力脉动曲线图。
在机组正常运行范围限值处、合同限值处以及压力脉动幅值随流量急剧变化工况,宜保持导叶开度不变增加试验点数量。
对于每一个试验点,导叶开度应保持固定以避免功率频率调节引起的流量和水头波动。若可能,宜通过调节相邻机组来调节稳定试验水头以测量其对关键。
对于压力脉动的试验,如果存在局部剧烈振动,机组还应在该区域运行,该现象明显出现时应及时采集数据。宜在此区域内附近以小步长调整导叶开度进行测量,试验时也可改变环境条件,包括其他机组的运行、尾水位的变化等,在原型机上应尽可能多地利用可用测点进行测量。
对强振动机组敏感工况点的保证值进行简化复核时,现场测量的范围宜取决于问题的性质、原型机组尺寸和测量的可及性。
除了压力脉动信号外还应同时记录以下参数:
水头/水力比能；转速;触发信号(用于相位角度计算);绝对流量或利用指数法计算的的相对流量;机组功率;上游水位和下游水位,后者用于确定空化系数;水温;补气量;导叶角度/或开度,接力器行程;轴向载荷(可选);大轴摆度。
压力脉动测点位置
考虑各种状态下压力脉动的测点分布：
压力脉动数据采集
压力脉动是一种动态现象,应选用具备动态特性的同步采集仪器；测量系统应考虑测量工况的频率范围,并应防止潜在的噪声使信号失真；测量的频率范围宜覆盖所有压力脉动频率。关键参数如下：
1、采样范围。
又称为采集量程；该量程须覆盖脉动压力传感器输出信号范围。例如传感器输出0.1~5V，采集量程可选0~5V、0~10V、-10~10V等。
2、采样分辨率。
即ADC（模数转换器）的位数（N），常见的位数N有12bit、16bit、18bit、24bit；一般分辨率越高成本越贵,脉动压力信号采集选用12bit或16bit一般够用。
注：此参数决定了采集仪最小可分辨电压LSB，即满量程输入电压范围÷2^N。例如：采集电压范围为±10V，分辨率16bit，则最小可分辨电压为20V除以2的16次方。
2、采样速率。
每秒钟采集样本的点数，即ADC的转换速度；一般选用脉动压力频率的5~10倍。
如100kHz同步采集仪:每通道独立采样，每秒钟采样点数为100000。
3、 采样通道数。
应根据脉动压力测点数选择采集仪器通道数；尤其是动态工况的测量，考虑动态工况复现的麻烦，宜多点位同步测量，要求采集仪通道数≥测点数。常用采集仪通道数多为4的倍数，如4、8、16、32通道等。
4、数据接口
常用数据接口有USB、PCI、PXI、PXIe、以太网或无线连接等。
脉动压力传感器的安装
齐平安装
安装时需保证传感器测量面与流道表面平齐,传感器和测点安装孔之间存在的任何空腔可能会引发共振,并对测量信号产生严重干扰。如无法实现齐平安装，需尽可能减小传感器感压面与流道之间的测压管长度，同时增强测压管刚度（如下图）
为减小测量不确定度，原型与模型传感器的安装位置应该一致；如使用测压管测量或传感器本身结构存在管腔，应采取理论计算管路系统共振频率，数据后处理时做以修正。
脉动压力传感器介绍
选型关键参数
1、压力量程：
脉动压力测量需考虑静态下的压力基准，量程须覆盖静压和脉动压力的总和，并留取余量以防过载。
2、压力接口：
为减少数据后处理麻烦，尽可能齐平安装，模型开孔应与传感器探头尺寸一致。
3、测量精度：
传感器精度关系到脉动压力测量数值的误差范围。
4、响应频率
频率为脉动压力传感器的关键指标，如脉动工况频率为1kHz,传感器响应频率须高于此频率，如5KHz或10kHz等。
脉动压力传感器选型示例
M5或M6螺纹安装
嵌入式胶粘安装
End
用“芯”感知，“流”传价值！