灯泡贯流式水轮机模型测试技术研究.PDFVIP

灯泡贯流式水轮机模型测试技术研究 张海平 孟晓超 张建光 陈 莹 马兵全 (中国水利水电科学研究院，北京 100038) 摘 要：本文针对灯泡贯流式水轮机的结构特点，对这种机型性能测试中的一些关键技术难点包括测功 系统的结构设计、模型机组变形分析、测量系统配置等问题进行了探讨，并提出了解决措施，成功地对 灯泡贯流式水轮机的各项水力性能进行测试。 关键词：灯泡贯流式水轮机、模型、静压轴承、测试技术 Measuring Technology Research on Bulb Turbine Model ZHANG Haiping, MENG Xiaochao, ZHANG Jianguang, CHEN Ying, MA Bingquan (China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing 100038) Abstract: This paper discussed the key problems on how to measure the hydraulic performance of bulb turbine, including the structure design of torque measuring system, model distortion analysis, and data acquisition system etc. Put forward the methods how to deal with these problems and measure the hydraulic performance of bulb turbine successfully. Key Words: Bulb Turbine, Model, Hydrostatic Bearing, Measuring Technology 1、前言 灯泡贯流式水轮机是低水头水力资源最优的开发型式，它具有过流能力大、效率高、土建工程量少、 建设周期短、投资少和见效快等诸多优点。但是由于灯泡贯流式水轮机模型机组的结构复杂，输出功率 较小，一直是水力机械模型中各项性能较难精确测试的一种机型。笔者结合中国水利水电科学研究院高 精度水力机械试验设备及测控系统的成功建设和自己近二十年的模型试验经验，就灯泡贯流式水轮机模 型性能测试中的一些关键技术问题作初步探讨。 2、灯泡贯流式水轮机模型结构设计 在制作灯泡贯流式水轮机模型时，虽然流道形线能够完全模拟真机流道，但是主轴系统根本无法实 现和真机相似，主要由于灯泡贯流式水轮机真机的发电机是安装在灯泡体内的，而模型机组的灯泡体尺 寸根本无法满足发电机的布置要求，必须将模型机组的主轴引到模型外部。 2.1 长轴结构 采用长轴结构时，长轴需要穿过进口压力水箱才能与发电机相连。这种结构的主轴特别长，还得把 主轴分为两段，每段轴需要两个轴承支撑，因此对主轴同心度要求特别高，机组安装比较困难。这种结 构的机组在试验过程中当试验工况发生变化时，由于进口压力水箱的变形导致主轴同心度发生变化，将 会影响力矩的测量结果。另外由于长轴是从灯泡体前方伸出的，会影响到模型进口流道内的流态，与真 机进口流道内的流态有一定的差别。 这种结构的优点是模型机组设计简单，灯泡体内有足够大的空间布置轴承座等部件，目前有法国的 Alstom 试验台在使用这种结构。 2.2 单一伞齿轮结构 单一伞齿轮结构是在模型机组的灯泡体内增加了一套伞齿轮装置，将水平布置的主轴在灯泡体内通 过伞齿轮转为垂直布置，然后通过灯泡体的上支墩连接到机组上方的发电机。这种结构的力矩测量必须 在伞齿轮的水平轴上完成，不能在伞齿轮的垂直轴上进行测量，因此必须要求将扭矩测量的传感器安装 在灯泡体内，通常采用的传感器是扭矩仪或直接贴应变片。 当采用扭矩仪时，在试验前需要经常检查扭矩仪的零点电压和满量程输出电压，当这两个值发生变 化时，需要拆开灯泡体进行调整或对扭矩仪进行重新标定。若采用直接贴应变片的方法，则必须用滑环 和碳刷将应变片的信号从转动部件传到静止部件，这样就导致扭矩测量特别受到干扰，因为应变片的信 号是特别微弱的信号，抗干扰能力特别差，而且该信号在通过滑环和碳刷时将造成很大的衰减。 采用