2　产生机理

异常压力脉动的产生方式、产生条件和产生机理主要有以下3种。

2.1　水体共振

当水轮机流道中的水体或局部水体的固有频率与某种压力脉动的频率相同时，就会被激发而产生共振。水体共振就会产生相对比较强烈的压力脉动。

比较常见的水体共振均由尾水管同步压力脉动所激发，共振水体为不同水体，并由此产生不同的异常压力脉动，例如以下几种压力脉动：

（1）类转频压力脉动。共振水体为引水管路中的水体。具有适当长度的尾水隧洞水体也可以被激发而产生共振。

（2）高部分负荷压力脉动。共振水体为尾水管水、气联合体，出现在涡带工况区的高负荷端。

（3）低部分负荷压力脉动。共振水体与高部分负荷压力脉动相同，出现在涡带工况区的小负荷端。

（4）大开度区异常压力脉动。共振水体也是尾水管水、气联合体，出现在大负荷区或超负荷区。

（5）涡带频率的异常压力脉动。共振水体为尾水管水、气联合体，由涡带频率的尾水管同步压力脉动激发，这种情况在模型水轮机比较常见，有时被称为涡带压力脉动随空化系数变化的临界情况。

图1[1]为它们出现的工况区示意图，图上的虚线为常规压力脉动及其出现的工况区。

此外，还有固定导叶卡门涡引起无叶区环形水体共振的情况[2]。

图1　尾水管同步压力脉动激发产生的异常压力脉动示意图

①—小开度区压力脉动；②—涡带压力脉动；③—大开度区压力脉动；④—类转频压力脉动；⑤—大开度区异常压力脉动；⑥—高部分负荷压力脉动；⑦—低部分负荷压力脉动；⑧—涡带频率的异常压力脉动

2.2　导叶出口和转轮进口水流的动静干涉

所谓动静干涉，是指转轮进口（动态信号）和导叶出口（静态信号）两个地方不均匀分布水流压力之间的叠加。这种叠加是普遍存在并反复进行的。在一定的条件下就会在无叶区产生比较强烈的压力脉动。这种情况在叶片数比较少的水轮机中出现的可能性比较大。图2为贯流水轮机上的动静干涉产生的异常压力脉动，其相对幅值可达到60%以上。图3为一台水泵水轮机上动静干涉产生的异常压力脉动，它的相对幅值略小，但也足以引起厂房局部构件的共振。

图2　一台贯流式水轮机的无叶区压力脉动

2.3　转动部分自激弓状回旋在转轮迷宫中引起的压力脉动

当转轮迷宫间隙发生比较大的相对变化时，沿圆周方向的压力分布产生差异，这种差异的周期性旋转就会在迷宫中引起压力脉动。正常情况下，这种压力脉动为转速频率，幅值也不很大。当转动部分产生自激弓状回旋时，迷宫间隙的相对变化就会很大，迷宫间隙压力脉动也会大幅度增大而成为异常压力脉动，其主频也发生了变化，通常为转动部分的第一临界转速频率。图4[1]为一个例子。图4中8.3Hz为转速频率，11.6Hz为当时条件下的第一临界转速频率。

图3　一台水泵水轮机无叶区的叶片频率2倍频（100Hz）压力脉动

图4　自激弓状回旋下的迷宫间隙压力脉动突然增大