Page 101 - 2024年第55卷第9期

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图 １２和图 １３分别给出了 １和 ２机组同时甩负荷过程中脉动压力的频谱图。首先分析 １机组的脉
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动压力频谱图，可以观察到，１机组尾水管压力脉动的单边无量纲幅值最大，最大幅值为 １．２６，对应
瞬时频率为 １．８３ｆ。无叶区压力脉动的单边无量纲幅值为 ０．１２。观察图 １２和图 １３的脉动压力频谱图
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可以得出，甩负荷过程中，无叶区和顶盖测点压力脉动受到低频旋转失速和高频动静干涉的影响，且
整个频带内均受到随机噪声的干扰。蜗壳进口主要受到 ３１Ｈｚ的频率影响，还会受到些许低频和高频
频率影响，但影响有限。尾水锥管进口测点压力脉动不仅受到低频涡带的影响，而且受到 ５ｆ左右的
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高频脉动影响。对比其他测点，尾水管锥管进口受到随机噪声的影响最大。１和 ２机组在甩负荷过程
中各个测点处的压力脉动特征具有一定的相似性。

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图 １２ １机组甩负荷过渡过程中 ４个测点处的 图 １３ ２机组甩负荷过渡过程中 ４个测点处的
脉动压力时域及频谱图 脉动压力时域及频谱图
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为了更加清晰地掌握水泵水轮机甩负荷过程中压力脉动的时变特性，对 １机组四个测点处的脉动
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压力进行 ＳＴＦＴ时频分析。图 １４分别描绘了 １机组蜗壳进口、顶盖、无叶区和尾水锥管进口测点脉动
压力的 ＳＴＦＴ时频图。首先，可以看出，在甩负荷过渡过程中，无叶区和顶盖测点不仅受到高频动静
干涉的影响，还受到低频旋转失速的影响，而且脉动频率组成成分复杂，受大量随机噪声干扰。蜗壳
进口测点同样受到了低频旋转失速和高频动静干涉的影响，但影响相对较小，且蜗壳进口处基本未受
到随机噪声干扰。在无叶区，由于机组开始丢弃负荷，转轮转速快速上升并在 ８ｓ时刻增至飞逸转速。
由于转轮转速变化的影响，无叶区压力脉动的特征频率出现 “啁啾” 效应，即特征频率随时间的变化
呈现增大或减小的现象。例如，在甩负荷开始之前，随着机组开始丢弃负荷，转速增大，ＢＰＦ的值逐
渐上升，并在飞逸转速时刻附近抵达最大，然后，随着转速的下降而下降。结合图 ９和图 １４可以发
现，ＢＰＦ及其谐波频率的变化趋势与转速的变化趋势呈现一致性。在顶盖处，压力脉动的主频仍然为
ＢＰＦ，但脉动强度有所减小，同样可以发现 ＢＰＦ频率存在 “啁啾” 效应，但是幅值相对较小，这是因
为无叶区 ＲＳＩ引发的 ＢＰＦ向上游传播过程中能量逐渐减小。在蜗壳进口，压力脉动主导频率为 ３１．９４Ｈｚ。
特别地，蜗壳进口压力脉动的主频未受到转轮转速变化的影响，主频维持在 ３１．９４Ｈｚ。在飞逸点附近，
蜗壳进口压力脉动出现小幅值的 ＢＰＦ及 ２倍谐波高频成分。在尾水锥管进口测点，在整个甩负荷范围
内不仅存在低频涡带的影响而且存在部分高频成分的影响，频带范围为 ０．２ｆ～１０ｆ。
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