分析尾水管内压力脉动

如图6⁃19所示为通过数理统计的方法得到的最优工况下尾水管内各监测点在两个周期内的压力脉动时域图。

由图6⁃19可以看出从尾水管进口到出口，尾水管内压力脉动强度越来越小，且在添加导叶后尾水管内各监测点处的压力变小。还可以看出未加导叶时尾水管进口的压力脉动无规律变化，而添加导叶后在尾水管进口一个周期内的压力脉动数等于叶轮叶片数，随着导叶数的增加尾水管进口的压力脉动受叶轮动静相互干涉作用的影响越大，这是因为导叶数增多，叶轮和尾水管内的速度分布更为均匀，其内流动更为稳定，所以随着导叶数的增加，液流流动状态对尾水管进口的压力脉动影响越小，主要受叶轮动静相互干涉作用的影响，因此呈现出导叶数越多受到叶轮动静相互干涉作用影响越大的情况。

由图6⁃19还可以看出随着距离尾水管进口越远，尾水管内压力脉动的强度越小，且一个周期内的压力脉动数不再等于叶轮叶片数，说明距离尾水管进口较远处的压力脉动主要受尾水管内液流流动状态的影响。

最优工况下尾水管内各监测点处的压力脉动主频幅值和最大脉动幅值见表6⁃6。如图6⁃20所示为通过快速傅里叶变换得到的最优工况下尾水管内各监测点处压力脉动的频域图。

表6⁃6 尾水管内压力脉动的主频幅值和最大脉动幅值

图6⁃19 尾水管内压力脉动时域图

a）导叶数z=0 b）导叶数z=7

图6⁃19 尾水管内压力脉动时域图（续）

c）导叶数z=9 d）导叶数z=11(www.xing528.com)

图6⁃20 尾水管内压力脉动频域图

a）导叶数z=0 b）导叶数z=7

图6⁃20 尾水管内压力脉动频域图（续）

c）导叶数z=9 d）导叶数z=11

结合图6⁃20和表6⁃6可以看出在未加导叶时尾水管中间壁面处的压力脉动主频幅值最大，其次为尾水管进口壁面处的压力脉动主频幅值，而尾水管出口壁面处的压力脉动主频幅值最小，这主要是因为由图6⁃5可知在添加导叶之前尾水管进口壁面处受来自叶轮出口液流湍流的影响较小，而在尾水管中间壁面处由于液流的扩散导致液流流动状态已经影响到该处的流动，所以该处压力脉动主频幅值较大，随着距离尾水管出口越近，液流的流动逐渐稳定，趋于层流状态，所以未加导叶时尾水管出口壁面处的压力脉动主频幅值最小。

由图6⁃20还可以看出添加导叶后尾水管内各监测点处的压力脉动主频幅值均大幅度减小，这主要是因为由图6⁃5可知添加导叶后尾水管内液流流线光滑，流动稳定，且尾水管内无涡流产生，而无导叶时尾水管内液流流线扭曲，流动状态多为湍流，且尾水管进口和出口均有涡流出现，所以添加导叶后尾水管内的压力脉动主频幅值大幅度减小。

由表6⁃6还可以看出尾水管进口壁面的最大脉动幅值最大，由图6⁃5可知，这主要是因为在尾水管进口液流流动较为复杂，且在无导叶时尾水管进口有涡流产生，导致该处最大压力和最小压力的差值较大，这和图6⁃19的变化规律相一致，所以该处的最大脉动幅值最大。还可以看出当导叶数等于7时尾水管内的最大压力脉动主频幅值和最大脉动幅值分别为无导叶时尾水管内最大压力脉动主频幅值和最大脉动幅值的0.32倍和0.14倍；当导叶数等于9时尾水管内的最大压力脉动主频幅值和最大脉动幅值分别为无导叶时尾水管内最大压力脉动主频幅值和最大脉动幅值的0.42倍和0.20倍；当导叶数等于11时尾水管内的最大压力脉动主频幅值和最大脉动幅值分别为无导叶时尾水管内最大压力脉动主频幅值和最大脉动幅值的0.85倍和0.30倍。可见，添加导叶可较大程度的降低尾水管内的压力脉动幅值。

由图6⁃20和表6⁃6还可以看出在尾水管进口，随着导叶数的增加压力脉动的主频幅值也相应增加，这主要是因为导叶数越多叶轮内的液流速度越大，而不同导叶数下液力透平的做功能力基本相同，所以导叶数越多叶轮出口的液流速度就越大，即尾水管进口的液流速度也就越大，因此导叶数越多尾水管进口的压力脉动主频幅值也就越大。由表6⁃6还可以看出导叶数对距离尾水管进口较远处的压力脉动主频幅值影响较小。可见，在尾水管内导叶数主要对尾水管进口的压力脉动幅值影响较大，但相比其他各过流部件其压力脉动幅值较小，对液力透平机组的稳定运行影响不大。