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抽水蓄能相位共振学习

时间：2022-08-15 16:17:08 来源：

抽水蓄能相位共振是一种水力现象，是动静干涉所产生的压力波在蜗壳及高压侧管路中传播和叠加的结果。相位共振可能发生在高水头机组，即使其特征频率不与相关固定部件发生共振，其高强度的激振也极有可能引起固定部件后厂房的高强度受迫振动。相位共振现象在真机和模型之间不存在相似，不能通过模型试验进行预测和验证，而一旦出现在真机运行当中，其造成的结果将是严重的。

相位共振，是只从每个活动导叶传出的压力脉动，径固定导叶一一蜗壳往上游汇到蜗壳进口。如果这20个导叶的脉动传到蜗壳进口位置时，大家都同时为最大值，那他们一迭加，就会很大。相位角要一致。这个分析难度就在这里，不是简单的叠加，要把导叶流道以及蜗壳详细建模。传播还有方向的，不一定是往蜗壳进口，也可能往蜗壳末端。

用于评估相位共振风险的马赫数M，M值的意义是压力波沿着蜗壳内传播的速度与压力模态的旋转速度是否重合，一般要求错开25％。动静干涉或相位共振如果设计定型了，没有好的解决办法，影响参数导叶与转轮叶片以及转速波速等等都很难修改的。尾水管有满负荷涡带，转轮上游有动静干涉引起的很强的周期性压力脉动场，两者会互相耦合作用，加剧空腔的剧烈变化。

动静干涉会导致每一个导叶流道内都产生一个压力场的波动，这一波动会向上游的蜗壳和管道传播。因此，对于上游蜗壳和管道而言，每一个活动导叶流道都相当于一个波源或激振源，这些波源产生压力波的特征频率都是转轮叶片通过频率及其倍频。而受导叶与转轮发生的动静干涉的次序不同，这些导叶流道产生的压力波之间存在一个相位差。如果转轮叶片数和导叶数的选择不合理，会导致这些压力波相位相同而产生幅值的叠加，使得动静干涉产生的水力激振力被极度放大，导致压力钢管振动、高分贝噪声、高强度压力脉动、厂房振动的严重后果。相位共振可能发生在高水头机组，即使其特征频率不与相关固定部件发生共振，其高强度的激振也极有可能引起固定部件后厂房的高强度受迫振动。而且，相位共振现象在真机和模型之间不存在相似，不能通过模型试验进行预测和验证，而一旦出现在真机运行当中，其造成的结果将是严重的。因此，必须在设计阶段对相位共振进行风险评估。

如某蓄能机组在低水头运行时，随着流量和出力的增加，由导叶尾流和转轮叶片头部的壅压驻流引起的动静干涉（二阶模态）强度逐渐增加！

逐渐增强的二阶压力模态通过顶盖导水机构往上游传播，与结构部件如顶盖耦合促发结构共振；传播至蜗壳内形成相位共振，与厂房土建结构耦合促发厂房共振。通过振动及噪声测试，发现优势频率出现在100Hz，所以，对频域信号分析得到的二阶分量，即顶盖下方测点幅值和蜗壳进口测点的幅值相对于无叶区的测点幅值随负荷变化。

同时，机组在低水头运行时，随着流量和出力的增加，由尾水管肘管激振力ΔpEX诱发的尾水管涡带压力脉动：（1）通过转轮传播至无叶区，与动静干涉引起的压力模态耦合加剧了动静干涉；（2）通过顶盖导水机构往上游传播，与结构部件如顶盖耦合加剧了结构共振；（3）传播至蜗壳内加剧了相位共振及厂房土建结构耦合加剧了厂房共振。