工質(zhì)黏度對(duì)導(dǎo)葉式液力透平壓力脈動(dòng)特性的影響

畢智高，曹保衛(wèi)，王金璽，王戰(zhàn)輝，高勇，馬亞軍

(1. 榆林學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院，陜西 榆林 719000； 2. 陜西省低變質(zhì)煤潔凈利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 榆林 719000)

工業(yè)生產(chǎn)中液流的富余壓能常常通過(guò)閥件節(jié)流而直接耗散.離心泵反轉(zhuǎn)作液力透平(PAT)利用了葉片泵的可逆性，透平工況運(yùn)行時(shí)和泵工況下的進(jìn)、出口位置相互對(duì)調(diào)，葉輪在高壓液流的作用下逆向旋轉(zhuǎn)，將這部分壓能轉(zhuǎn)換為軸功輸出，改作動(dòng)力機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)或其他工作機(jī)，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的.與獨(dú)立設(shè)計(jì)的專用透平相比，PAT具有投資和運(yùn)維成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地面積少、適用范圍廣、可批量生產(chǎn)、交貨周期短、易于安裝且備件備品方便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于加氫裂化、原料氣洗滌及反滲透海水淡化等[1]流程工業(yè)中的壓能回收.壓力脈動(dòng)是衡量PAT機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，動(dòng)靜部件間的干涉作用及其內(nèi)部流體的三維非定常湍流運(yùn)動(dòng)是壓力脈動(dòng)產(chǎn)生的主要誘因，而壓力脈動(dòng)和流體激勵(lì)也是水力學(xué)研究長(zhǎng)期關(guān)注的一個(gè)重要問(wèn)題[2].目前離心泵的水力設(shè)計(jì)依托于清水下的理論方法，且液力透平內(nèi)壓力脈動(dòng)的相關(guān)研究也主要在常溫清水下開(kāi)展[3-5]，而工程實(shí)際中用作能量回收的工質(zhì)往往比水黏稠，對(duì)于黏性流動(dòng)，雷諾數(shù)Re表征慣性力和黏性力的相對(duì)大小,通常又是判定流態(tài)的最重要的相似準(zhǔn)數(shù).工質(zhì)物性參數(shù)(黏度、密度等)的差異會(huì)引起Re的變化，進(jìn)而直接影響PAT的內(nèi)部流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其內(nèi)部壓力脈動(dòng)特性的差異，即清水下所獲得的非定常流動(dòng)特性不宜作為考量黏稠工質(zhì)下PAT內(nèi)水力穩(wěn)定性的依據(jù).同時(shí)，黏性作用下的文獻(xiàn)報(bào)道[6-9]盡管相對(duì)不多，但已為定常狀態(tài)下PAT的水力特性、運(yùn)行及結(jié)構(gòu)優(yōu)化、性能預(yù)測(cè)和選型等問(wèn)題提供了有益的技術(shù)與理論支撐.然而，目前尚未見(jiàn)到考慮黏性效應(yīng)PAT內(nèi)非定常研究的有關(guān)報(bào)道.結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面的相關(guān)成果顯示，導(dǎo)葉不但能夠改善水力性能[10]、提高PAT運(yùn)行穩(wěn)定性[11]，還可有效降低各過(guò)流部件內(nèi)的壓力脈動(dòng)幅值[12-13].為此，文中通過(guò)對(duì)一帶10葉片導(dǎo)葉部件且比轉(zhuǎn)數(shù)ns為52的PAT進(jìn)行非定常數(shù)值模擬，探析不同黏度工質(zhì)下其內(nèi)部壓力脈動(dòng)特性及規(guī)律，旨在為黏性作用下導(dǎo)葉式PAT機(jī)組的減振降噪和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考.

1 數(shù)值模擬

1.1 模擬方案

依照文獻(xiàn)[11]提出的液力透平的改進(jìn)方法，對(duì)一懸臂式單級(jí)單吸離心泵進(jìn)行改型設(shè)計(jì)，該泵參數(shù)中，設(shè)計(jì)流量Qd=52 m3/h，揚(yáng)程H=101 m，轉(zhuǎn)速n=2 960 r/min.該P(yáng)AT主要結(jié)構(gòu)參數(shù)中，蝸殼進(jìn)口直徑58 mm，基圓直徑390 mm，出口寬度18 mm；導(dǎo)葉進(jìn)口角12°，導(dǎo)葉出口角9°，弦長(zhǎng)143 mm，高度6.5 mm；葉輪進(jìn)口直徑285 mm，出口直徑68 mm，進(jìn)口寬度6.5 mm，葉片進(jìn)口安放角30°,出口安放角28°.對(duì)比工質(zhì)的主要物性參數(shù)如表1所示，表中，ν為運(yùn)動(dòng)黏度，ρ為密度，μ為動(dòng)力黏度.利用ICEM軟件對(duì)包含蝸殼、導(dǎo)葉、葉輪及尾水管這4部分的計(jì)算域進(jìn)行非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分，并對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行了無(wú)關(guān)性驗(yàn)證，當(dāng)水力效率波動(dòng)小于0.44%時(shí)，即認(rèn)定滿足網(wǎng)格無(wú)關(guān)性假設(shè).綜合計(jì)算機(jī)配置和計(jì)算成本，最終確定整個(gè)流場(chǎng)的網(wǎng)格數(shù)量為1 923 565，其中蝸殼584 088、導(dǎo)葉260 008、葉輪701 154、尾水管378 315，節(jié)點(diǎn)數(shù)為369 018.

表1 工質(zhì)物性參數(shù)

數(shù)值模擬借助商業(yè)軟件CFX.葉輪流體域設(shè)為旋轉(zhuǎn)計(jì)算域，其余部件流體域設(shè)為靜止計(jì)算域.采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型，光滑無(wú)滑移壁面，近壁區(qū)采用尺度化壁面函數(shù)(Scalable)處理.設(shè)定連續(xù)質(zhì)量流量進(jìn)口，壓力出口.穩(wěn)態(tài)計(jì)算動(dòng)靜交界面設(shè)為Frozen Rotor，非定常計(jì)算動(dòng)靜交界設(shè)為Transient Rotor Stator，并以通用網(wǎng)格界面(GGI)連接網(wǎng)格.控制方程的空間與時(shí)間離散分別采用有限體積法及在1個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)進(jìn)行時(shí)間積分處理，對(duì)流項(xiàng)與湍流數(shù)值項(xiàng)選用二階迎風(fēng)格式High Resolution離散，瞬態(tài)項(xiàng)選用二階后項(xiàng)歐拉格式Second Order Backward Euler離散.以穩(wěn)態(tài)計(jì)算結(jié)果作為非定常計(jì)算的初始值，求解殘差類型均方根設(shè)為10-5.

葉輪轉(zhuǎn)速n=2 960 r/min，轉(zhuǎn)動(dòng)周期T=20.27 ms，葉輪轉(zhuǎn)頻fn=49.33 Hz，葉輪葉片數(shù)為5，則葉頻fBPF為5fn=246.67 Hz，時(shí)間步長(zhǎng)Δt=56.31 μs，即1個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)葉輪轉(zhuǎn)過(guò)1°，每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)最大迭代20次，葉輪共轉(zhuǎn)10周.如圖1所示，沿工質(zhì)流向在PAT一流道中心線共布設(shè)13個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其中6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)VO1—VO6位于蝸殼內(nèi)，3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)GV1—GV3位于導(dǎo)葉內(nèi)，3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)IM1—IM3位于葉輪內(nèi)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)DT位于尾水管內(nèi).

圖1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)及交界面設(shè)置

圖2為黏油2工質(zhì)下蝸舌處測(cè)點(diǎn)VO6的壓力脈動(dòng)時(shí)域圖，圖中橫坐標(biāo)N為葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)周期序數(shù);縱坐標(biāo)p為瞬時(shí)靜壓，kPa.可以看出，葉輪轉(zhuǎn)過(guò)5周后監(jiān)測(cè)點(diǎn)VO6的壓力波動(dòng)已趨于穩(wěn)定，故提取最優(yōu)工況[13]下8～10周(162.16～202.70 ms)的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析.

圖2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)VO6時(shí)域圖

1.2 試驗(yàn)驗(yàn)證

以常溫清水為工質(zhì)，通過(guò)透平試驗(yàn)臺(tái)對(duì)不帶導(dǎo)葉的原型PAT在泵工況的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速，以1.4～2.0倍泵工況的設(shè)計(jì)流量共7組工況下進(jìn)行測(cè)試試驗(yàn)，以驗(yàn)證CFD方案的可行性.試驗(yàn)臺(tái)如圖3所示，B級(jí)精度等級(jí).工質(zhì)流向用箭頭標(biāo)注，供壓泵用于提供壓能，PAT輸出軸功用負(fù)載泵消耗，通過(guò)負(fù)載泵出口閥調(diào)節(jié)其流量，維持PAT轉(zhuǎn)速恒定.所需測(cè)定的參數(shù)包括壓差、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及流量.采用ABGDP-3700智能型差壓變送器測(cè)量PAT進(jìn)出口壓差，測(cè)量誤差±0.1%；NJ 1-200型0.2級(jí)轉(zhuǎn)矩傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速范圍 0～6 000 r/min；采用MF200-101電磁流量計(jì)測(cè)量流量，精度等級(jí)±0.1%.

圖3 PAT試驗(yàn)臺(tái)

試驗(yàn)測(cè)試與CFD模擬結(jié)果表明，兩者所得到的性能曲線趨勢(shì)吻合尚好，最優(yōu)工況下的效率誤差處于可接受范圍，從而驗(yàn)證了所采用CFD模擬方案的可行性.

2 流場(chǎng)分析

圖4為不同黏度工質(zhì)下第10周期內(nèi)XY(Z=0)截面瞬時(shí)靜壓及速度矢量圖，圖中A—E代表葉輪的5個(gè)流道.可以看出，蝸殼和導(dǎo)葉內(nèi)流場(chǎng)分布比較均勻且隨時(shí)間變化，同一時(shí)刻的靜壓值隨著工質(zhì)黏度的增大而降低.僅清水工質(zhì)下，葉輪流道在葉片中后部吸力面附近存在低壓區(qū)及與葉旋同向的旋渦(紅色標(biāo)識(shí)).旋渦結(jié)構(gòu)隨時(shí)間未見(jiàn)明顯變化，而流道C，D及E內(nèi)旋渦區(qū)的靜壓值及強(qiáng)度隨時(shí)間發(fā)生變化，流道B的旋渦在0.199 324 s時(shí)刻消失. 因此，該流動(dòng)的非定常特性會(huì)加劇PAT內(nèi)的水力不穩(wěn)定性，造成一定范圍的寬頻壓力脈動(dòng).

由圖4可知，同種工質(zhì)下沿葉輪流道壓力分布不均，測(cè)點(diǎn)IM2前為順壓區(qū)，后為逆壓區(qū),逆壓差由大到小依次為清水(210 kPa)，黏油1(201 kPa)，黏油2(172 kPa).工質(zhì)的黏性力(動(dòng)力黏度)與慣性力(密度)在層流與紊流運(yùn)動(dòng)中分別起決定作用，黏性力阻尼擾動(dòng)，增加穩(wěn)定性；慣性力則傾向使擾動(dòng)增長(zhǎng).在特定的邊界條件下，清水所受慣性力略大于2種黏油，黏性力分別為黏油1和黏油2的2.2%和1.1%.因此，在上述因素的共同作用下，清水較黏油更易造成邊界層分離而出現(xiàn)較大尺度的非定常分離渦，且吸力面為低壓區(qū)，該渦不易擴(kuò)散，局部穩(wěn)定.

圖4 瞬時(shí)靜壓及速度矢量圖

3 壓力脈動(dòng)分析

3.1 蝸殼內(nèi)壓力脈動(dòng)

由圖5可知，蝸殼內(nèi)各測(cè)點(diǎn)的壓力脈動(dòng)波形穩(wěn)定，周期性顯著，在葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)1個(gè)周期內(nèi)具有10個(gè)明顯的波峰和波谷，壓力脈動(dòng)次數(shù)等于導(dǎo)葉葉片數(shù).同種工質(zhì)下，不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)的時(shí)均靜壓及壓力脈動(dòng)峰峰值均比較接近，且兩者最值也基本同步，表明導(dǎo)葉的整流、均化作用顯著.隨著工質(zhì)黏度的增大，同一測(cè)點(diǎn)的時(shí)均靜壓及壓力脈動(dòng)峰峰值均降低，清水工質(zhì)下最大壓力脈動(dòng)峰峰值依次為黏油1及黏油2下的1.25倍和1.40倍.

圖5 蝸殼各監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓力脈動(dòng)時(shí)域圖

由于所選對(duì)比工質(zhì)的密度ρ也有差異，而文獻(xiàn)[14]提及介質(zhì)密度與泵葉輪進(jìn)口壓力脈動(dòng)幅值呈線性正相關(guān).為剔除密度因素干擾，通過(guò)量綱一的壓力系數(shù)Cp對(duì)上述結(jié)論的可靠性進(jìn)行進(jìn)一步檢驗(yàn)，Cp定義[15]為

(1)

式中：Δp為壓力與其平均值之差.因此，將各測(cè)點(diǎn)的峰峰值和時(shí)均靜壓帶入，可得到量綱一的最大壓力脈動(dòng)幅值δ.以蝸舌處VO6點(diǎn)為例，清水、黏油1及黏油2下的δ值依次為6.8%，6.0%和5.8%，即隨工質(zhì)黏度增大而減小，與上述分析結(jié)論相吻合，其余測(cè)點(diǎn)規(guī)律也完全一致.

結(jié)合表2和圖6可知，蝸殼內(nèi)各測(cè)點(diǎn)的頻率主要呈離散分布，主頻均為10fn.該壓力脈動(dòng)特性恰好對(duì)應(yīng)其10葉片導(dǎo)葉的結(jié)構(gòu)屬性，表明動(dòng)靜葉柵的相干作用是蝸殼內(nèi)壓力脈動(dòng)的主要誘因，且不受工質(zhì)黏度影響.因此，在保證整機(jī)水力性能和葉片強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，初步推斷可通過(guò)對(duì)葉柵稠密度的優(yōu)化匹配來(lái)減少蝸殼內(nèi)的壓力脈動(dòng)次數(shù)，進(jìn)而改善機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性.蝸殼內(nèi)各測(cè)點(diǎn)次主頻分布和工質(zhì)黏度相關(guān)，清水下的次主頻均為1.5fn，而黏油下各測(cè)點(diǎn)的次主頻均為20fn.同種工質(zhì)下不同測(cè)點(diǎn)的主頻幅值均比較接近.除清水下測(cè)點(diǎn)VO5相對(duì)較小，其余各點(diǎn)的次主頻幅值(表2未列出，下同)也均較為接近.隨著工質(zhì)黏度的增大，同一測(cè)點(diǎn)的主頻幅值先增大后減小，次主頻幅值先減小后增大，但二者之和隨工質(zhì)黏度的增大而減小.黏油1下的最大主頻幅值依次為清水和黏油2下的1.02倍和1.11倍.

表2 蝸殼各監(jiān)測(cè)點(diǎn)主頻及其幅值

圖6 蝸殼各監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓力脈動(dòng)頻域圖

3.2 導(dǎo)葉內(nèi)壓力脈動(dòng)

不同工質(zhì)下導(dǎo)葉內(nèi)各測(cè)點(diǎn)的壓力脈動(dòng)時(shí)域圖如圖7所示，圖8為FFT后對(duì)應(yīng)的壓力脈動(dòng)頻譜.表3列出了導(dǎo)葉各測(cè)點(diǎn)的主頻及其幅值.由圖7可知，導(dǎo)葉內(nèi)各測(cè)點(diǎn)的壓力脈動(dòng)呈明顯的周期性，周期次數(shù)為5.該壓力脈動(dòng)特性恰好對(duì)應(yīng)其5葉片葉輪的結(jié)構(gòu)屬性，且不受工質(zhì)黏度影響.與其余兩點(diǎn)波形有別，導(dǎo)葉出口測(cè)點(diǎn)GV3顯示出明顯的二次波動(dòng).同種工質(zhì)下的時(shí)均靜壓沿導(dǎo)葉流道逐漸上升.清水下的壓力脈動(dòng)峰峰值沿導(dǎo)葉流道減小，而黏油下則沿流道逐漸增大.隨著工質(zhì)黏度的增大，同一測(cè)點(diǎn)的時(shí)均靜壓及壓力脈動(dòng)峰峰值均減小，且降幅明顯放緩.清水工質(zhì)下壓力脈動(dòng)最大峰峰值(GV1)依次為黏油1(GV3)及黏油2(GV3)下的2.11倍和2.19倍.

圖7 導(dǎo)葉各監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓力脈動(dòng)時(shí)域圖

結(jié)合圖8和表3可知，導(dǎo)葉各測(cè)點(diǎn)的頻譜主要呈離散、遞衰的分布特點(diǎn)，主頻均為葉頻5fn，次主頻均為10fn，且次主頻幅值也較大.表明導(dǎo)葉內(nèi)的壓力脈動(dòng)主要由葉頻決定，且與導(dǎo)葉葉片數(shù)緊密相關(guān)，導(dǎo)葉內(nèi)壓力脈動(dòng)的主因仍是動(dòng)靜葉柵的相干作用，且不受工質(zhì)黏度影響.主頻幅值總體沿導(dǎo)葉流道降低，此特性在清水工質(zhì)下比較明顯.隨著工質(zhì)黏度的增大，同一測(cè)點(diǎn)的主頻及次主頻幅值均減小，清水下的最大主頻幅值(GV1)依次為黏油1(GV2) 及黏油2(GV2)下1.63倍和1.91倍.

表3 導(dǎo)葉各監(jiān)測(cè)點(diǎn)主頻及其幅值

圖8 導(dǎo)葉各監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓力脈動(dòng)頻域圖

3.3 葉輪內(nèi)壓力脈動(dòng)

不同工質(zhì)下葉輪內(nèi)各測(cè)點(diǎn)的壓力脈動(dòng)時(shí)域圖如圖9所示，圖10為FFT后的頻譜.表4為葉輪內(nèi)各測(cè)點(diǎn)的主頻及其幅值.由圖9可知，葉輪內(nèi)各測(cè)點(diǎn)的壓力脈動(dòng)具有明顯的周期性，其中進(jìn)、出口測(cè)點(diǎn)IM1,IM3的波形接近，周期次數(shù)為10;與中部測(cè)點(diǎn)IM2的波形差異較大，其波谷處存在明顯的小幅波動(dòng)，周期次數(shù)為5.同一工質(zhì)下，各測(cè)點(diǎn)的時(shí)均靜壓由大到小依次為IM3，IM1，IM2，而壓力脈動(dòng)峰峰值IM2最大，IM1和IM3基本相同.隨著工質(zhì)黏度的增大，同一測(cè)點(diǎn)的時(shí)均靜壓及壓力脈動(dòng)峰峰值均減小.清水介質(zhì)下最大壓力脈動(dòng)峰峰值依次為黏油1及黏油2下的1.15倍和1.39倍.

圖9 葉輪各監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓力脈動(dòng)時(shí)域圖

結(jié)合圖10和表4可知，葉輪內(nèi)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的頻率主要以葉頻及其高次諧頻離散分布.進(jìn)、出口測(cè)點(diǎn)IM1和IM3的主頻均為10fn，中部測(cè)點(diǎn)IM2的主頻均為5fn，不受工質(zhì)黏度影響，表明葉輪內(nèi)壓力脈動(dòng)仍主要由動(dòng)靜葉柵的干涉引起，各測(cè)點(diǎn)的主頻幅值也比較接近.測(cè)點(diǎn)IM1和IM3的次主頻幅值接近，頻率分布與工質(zhì)黏度相關(guān)，其中清水下的次主頻均分布在1.5fn，和蝸殼相一致;黏油下測(cè)點(diǎn)IM1和IM3則分別為5fn和20fn.測(cè)點(diǎn)IM2的次主頻均為10fn，且幅值明顯高于測(cè)點(diǎn)IM1和IM3.清水下，測(cè)點(diǎn)IM2在約低于葉頻的范圍呈連續(xù)寬頻分布，應(yīng)為葉道內(nèi)的非定常渦所致.隨著工質(zhì)黏度的增大，測(cè)點(diǎn)IM1及IM3的主頻幅值先增大后減小，而IM1的次主頻幅值逐漸減小，IM3的次主頻幅值先減小后增大;IM2的主頻幅值逐漸減小，次主頻幅值先增大后減小.但各點(diǎn)主頻與次主頻幅值之和均隨工質(zhì)黏度的增大而減小.清水下測(cè)點(diǎn)IM2的最大主頻幅值分別為黏油1下測(cè)點(diǎn)IM3的1.09倍和黏油2下測(cè)點(diǎn)IM3的1.22倍.

圖10 葉輪各監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓力脈動(dòng)頻域圖

表4 葉輪各監(jiān)測(cè)點(diǎn)主頻及其幅值

3.4 尾水管內(nèi)壓力脈動(dòng)

圖11與圖12分別為尾水管內(nèi)測(cè)點(diǎn)的壓力脈動(dòng)時(shí)域及頻域圖.由這2個(gè)圖可以看出，與其他部件不同，尾水管內(nèi)壓力波動(dòng)無(wú)顯著周期特性，且高頻脈動(dòng)分量大幅減少.這是由于空間脫離了脈動(dòng)激勵(lì)源，而工質(zhì)所具有的機(jī)械能已主要轉(zhuǎn)化為軸功輸出.清水下主頻為0.5fn，幅值為21.8 kPa，次主頻為2fn，幅值為18 kPa，說(shuō)明其壓力脈動(dòng)主要受尾水管內(nèi)非定常渦流引起的紊亂無(wú)規(guī)律的流動(dòng)影響.黏油1和黏油2下的主頻、次主頻依次為2fn，3fn和fn，2fn，幅值可忽略.由于尾水管內(nèi)的流態(tài)與葉輪出流狀態(tài)緊密相關(guān)，而黏油下葉輪內(nèi)流動(dòng)較為規(guī)整，其上游部件內(nèi)的總水力損失也較清水下大，出流速度環(huán)量就會(huì)相應(yīng)減小，因此流動(dòng)狀態(tài)顯著改善.同時(shí)，工質(zhì)黏度增大，壓力脈動(dòng)峰峰值、主頻與次主頻幅值均減小，而時(shí)均靜壓上升.

圖11 尾水管監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓力脈動(dòng)時(shí)域圖

圖12 尾水管監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓力脈動(dòng)頻域圖

3.5 平均壓力脈動(dòng)

(2)

式中：Δp(i)為測(cè)點(diǎn)i處壓力脈動(dòng)峰峰值;n為測(cè)點(diǎn)數(shù).將計(jì)算結(jié)果繪于圖13即可看出，導(dǎo)葉壓力脈動(dòng)最強(qiáng)，葉輪次之，尾水管相對(duì)最弱.同一過(guò)流部件內(nèi)壓力脈動(dòng)均隨工質(zhì)黏度的增大而減小，這是由于清水下葉輪內(nèi)的非定常渦對(duì)PAT內(nèi)壓力脈動(dòng)起貢獻(xiàn)作用,且較之黏油，清水所受慣性力較大，而黏性力較小，清水工質(zhì)對(duì)PAT內(nèi)動(dòng)靜干涉及渦流等擾動(dòng)更加敏感，壓力脈動(dòng)也就更為劇烈.同時(shí)，隨工質(zhì)黏度的增大，蝸殼和葉輪內(nèi)壓力脈動(dòng)降幅相對(duì)均勻，而導(dǎo)葉與尾水管內(nèi)降幅放緩.清水下，導(dǎo)葉的平均壓力脈動(dòng)強(qiáng)度依次為葉輪的3.40倍、蝸殼的4.03倍及尾水管的4.91倍.

圖13 各過(guò)流部件平均壓力脈動(dòng)

4 結(jié) 論

1) 蝸殼、導(dǎo)葉及葉輪內(nèi)的壓力脈動(dòng)周期性顯著，頻譜集中以葉頻及高次諧頻呈離散、遞衰特點(diǎn)分布;黏性作用下，動(dòng)靜葉柵的干涉作用仍是其內(nèi)部壓力脈動(dòng)的主因;黏油工質(zhì)下，葉輪與尾水管內(nèi)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)明顯改善;除導(dǎo)葉外，其余部件內(nèi)的次主頻分布受工質(zhì)黏度影響較為明顯.

2) 工質(zhì)黏度對(duì)各部件內(nèi)的壓力分布影響明顯，其中蝸殼、導(dǎo)葉及葉輪內(nèi)各測(cè)點(diǎn)黏度越大，時(shí)均靜壓越低，而尾水管內(nèi)測(cè)點(diǎn)與此相反.

3) 導(dǎo)葉內(nèi)平均壓力脈動(dòng)最強(qiáng)，是決定機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵部件，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注;尾水管內(nèi)的壓力脈動(dòng)幾乎可忽略，該特性不受工質(zhì)黏度影響;工質(zhì)黏度對(duì)同一部件內(nèi)的平均壓力脈動(dòng)、各測(cè)點(diǎn)壓力脈動(dòng)峰峰值及最大脈動(dòng)幅值影響顯著，黏度越大，其值越小.

4) 完全用主頻幅值代替壓力脈動(dòng)強(qiáng)度分析并不精準(zhǔn)，結(jié)合對(duì)應(yīng)的次主頻幅值加和分析，可提高精度.