通过压力传感器矩阵对灯泡式水轮机功率突然下降进行研究

摘要

在灯泡水轮机尾水管壁上使用动态压力传感器对N11曲线上功率和效率大幅下降的范围进行测量研究。这项研究是BulbT项目的一部分，由水电机械联合会和LAMH（拉瓦尔水力机械实验室）共同进行。所选的工况点包括大桨叶角度下一个高单位转速的最优点和另外三个在相同单位转速但效率大幅下降的点。在转轮桨叶角度保持不变的情况下，通过活动导叶调节流量大小。压力传感器选择的是具有高频响应的小型压阻芯片式传感器。传感器标定的满量程误差小于0.3％。在尾水管的上游锥管处13个位置安装了压力传感器测量不稳定的壁压，同时在尾水管下游圆形到矩形过渡部分的16个位置安装了压力传感器，还在尾水管左下部有流动分离现象发生的沿着管路流向线11个位置安装了压力传感器，传感器覆盖尾水管的整个流向范围。在七个径向方位平面上，按方位角分布四个传感器。通过一系列试验数据分析图，发现效率的大幅下降是由扩散段内壁处的流动分离引起的，并且效率的大幅下降与尾水管中大的再循环气泡的出现有关。效率的大幅下降随着流动分离区域的增大而增大。对尾水管压力系数进行分析，证明效率的大幅下降与扩散段损失有关。根据不同的工况点沿流向分析平均压力系数的演变。发现了流动分离引起的平均压力的方位不对称性。在不同的工况点根据压力信号的分析结果对流动分离区域进行判定。这些信号的频谱分析结果证明了流动分离会产生低频的不稳定性。