1　原型及模型试验数据

现场稳定性试验在静水头306.66m及323.6m下进行，球阀前后、无叶区及尾水锥管各布置两个测点，工况转换前对测压管路进行了排气操作，压力脉动随负荷变化结果如图1所示。

图1　3号机组水轮机工况压力脉动相对幅值与负荷的关系曲线

如图1所示，水轮机工况高水头区域无叶区压力脉动相对幅值高于低水头段，无叶区压力脉动相对幅值随负荷增加呈下降趋势，270MW左右工况达到最低值，300MW工况比270MW工况略大，从压力脉动相对幅值与负荷关系曲线来看，属于水泵水轮机无叶区压力脉动正常波形。但与厂房及民居振动幅值对比来看，随负荷变化趋势有所不同，特别是在大负荷区。此外，在小负荷区域（低于150MW）+X、+Y向两个无叶区压力脉动测点幅值存在明显差异。

图2　厂房楼板各测点和高压岔管上方区域民居测点振动随负荷变化情况

图2为平均静水头306.66m电站3号机组水轮机工况变负荷试验厂房楼板及高压岔管上方区域民居测点试验结果。试验结果表明，厂房振动在小负荷工况较大，并随负荷升高而明显降低，在150～250MW负荷工况振动幅值相对较低，随后部分测点随负荷增加而增加。远离厂房振源的高压岔管上方区域民居测点振动幅值远小于厂房振动幅值，振动变化规律与厂房类似，但大负荷工况振动幅值要高于小负荷工况。

根据频谱分析，厂房振动及民居振动的主频均为90Hz，为2倍叶片通流频率（18fn），其来源为水泵水轮机转轮与活动导叶的动静干涉。

进一步对原型压力脉动测试数据进行频谱分析，如图3所示，以无叶区+Y测点为例，可以看出无叶区压力脉动的优势频率为叶片通流频率（9fn），其次为2倍叶片通流频率（18fn），但其幅值与叶片通流频率其幅值要小很多，大约为叶片通流频率幅值的1/10，大负荷工况约为1/5。对比无叶区X、Y以及球阀后压力脉动测点[图3（b）]，18fn频率幅值呈不同变化规律，无叶区X、Y测点在小负荷工况存在差异，150MW以后两者变化规律基本一致，无叶区X、Y以及球阀后压力脉动中18fn频率幅值在200MW后呈递增趋势。综合对比图1、图2、图3，整体来说厂房振动幅值随负荷变化趋势与无叶区压力脉动18fn频率幅值变化趋势相近，高压岔管上方区域民居振动幅值随负荷变化趋势与球阀前后测点无叶区压力脉动18fn频率幅值变化趋势相近。323.30m水头与306.66m水头压力脉动幅值随负荷变化趋势与无叶区18fn频率幅值变化趋势相近，小负荷工况存在一定差异，但水轮机稳态运行工况总体趋势基本相同。

图3　3号机组压力脉动典型测点优势频率与负荷的关系曲线（平均静水头306.66m）

模型试验压力脉动测点和原型略有不同，包括蜗壳进口、固定导叶、无叶区、顶盖下、尾水锥管共5个测点，水轮机工况进行了23个工况点的试验，试验水头为20m，表1为无叶区测点试验数据。

表1　黑麋峰水轮机工况无叶区压力脉动试验结果

续表

从表1中可以看出，各试验工况无叶区压力脉动97%置信度峰峰值与水头比值在2.4%～11.2%之间，其中叶片通流频率为优势频率，占比约为30%，2倍叶片通流频率占比约为10%，3倍叶片通流频率占比比2倍叶片通流频率略高，转频占比除个别点外，基本为5%左右。

从表1及图4（a）可以看出，黑麋峰模型试验各工况点无叶区97%置信度压力脉动相对值ΔH/H小于12%，从图4上来看，无叶区混频峰峰值随水头增加而降低，随流量增加而降低，大流量略有增加。其叶片通流频率、2倍叶片通流频率、3倍叶片通流频率幅值均呈类似规律。

图4　无叶区测点混频值以及叶片通流频率、2倍叶片通流频率、3倍叶片通流频率气泡图

（气泡大小表示气泡面积，图中最大点幅值已标出）