張 飛，徐 靜，王小軍，唐擁軍，鄧 磊

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原型水泵水輪機(jī)壓力脈動(dòng)測(cè)量中的幾個(gè)問(wèn)題

張 飛1，徐 靜2，王小軍3，唐擁軍1，鄧 磊1

（1. 國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司技術(shù)中心，北京 100161；2. 中國(guó)水利水電科學(xué)研究科研計(jì)劃處，北京 100038；3. 國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司基建部，北京 100761）

本文對(duì)水力機(jī)械壓力脈動(dòng)數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)的影響因素進(jìn)行了詳細(xì)討論，包括測(cè)量管路的條件、傳感器的選型、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)要求以及信號(hào)采樣頻率的選擇、采樣時(shí)間長(zhǎng)度的選擇等若干問(wèn)題。研究結(jié)果表明：測(cè)量管路長(zhǎng)度L應(yīng)由采樣頻率f和波速a應(yīng)滿足L≤0.1a/f，對(duì)于不滿足條件的測(cè)量管路應(yīng)重新評(píng)估測(cè)量條件；壓力傳感器的精度應(yīng)不低于±0.1%；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)采用不低于16位的模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置；信號(hào)采樣頻率不低于兩倍的有效信號(hào)頻率的同時(shí)，所用的采樣率應(yīng)充分考慮采樣后數(shù)據(jù)的分布情況不發(fā)生嚴(yán)重偏差；壓力脈動(dòng)數(shù)據(jù)采集時(shí)長(zhǎng)應(yīng)充分考慮長(zhǎng)引水管路對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響；在誤差不超過(guò)5%的情況下，壓力脈動(dòng)的采樣時(shí)間長(zhǎng)度t與信號(hào)中所關(guān)注的頻率f以及旋轉(zhuǎn)周期N應(yīng)滿足公式：t≥N/f。本文研究結(jié)果亦為其它類型水力機(jī)械壓力脈動(dòng)測(cè)量提供了參考。

水泵水輪機(jī)；壓力脈動(dòng)；數(shù)據(jù)采集裝置；采樣頻率；采樣時(shí)長(zhǎng)

0 前言

壓力脈動(dòng)是影響水泵水輪機(jī)穩(wěn)定性的重要參數(shù)之一，是引發(fā)蓄能機(jī)組及廠房振動(dòng)的典型振源，國(guó)內(nèi)、外已經(jīng)有眾多因壓力脈動(dòng)所導(dǎo)致的轉(zhuǎn)輪失效案例[1-3]。通常情況下，無(wú)論是模型試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[4]還是原型試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[5]均規(guī)定壓力脈動(dòng)的分析主要基于一段時(shí)間內(nèi)采樣數(shù)據(jù)的峰峰值以及頻譜進(jìn)行。但是在這些標(biāo)準(zhǔn)中并未對(duì)諸如數(shù)據(jù)的采樣頻率、采樣時(shí)間以及用于計(jì)算特征值時(shí)所用的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度等方面提出具體要求，對(duì)傳感器選型、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等基礎(chǔ)方面規(guī)定亦不明確。這導(dǎo)致即使是同一組數(shù)據(jù)，不同研究人員分別進(jìn)行處理時(shí)因所選用的處理方法不同所獲得的結(jié)果并不能夠保持完全一致，同時(shí)這也是模型與原型進(jìn)行參數(shù)換算時(shí)發(fā)生不一致的原因之一。為解決這一問(wèn)題，本文對(duì)壓力脈動(dòng)采集過(guò)程中傳感器及測(cè)試系統(tǒng)所需滿足的試驗(yàn)要求進(jìn)行了分析，結(jié)合某抽水蓄能機(jī)組實(shí)測(cè)壓力脈動(dòng)信號(hào)，對(duì)采樣率、采樣時(shí)間以及數(shù)據(jù)分析方法進(jìn)行了詳細(xì)研究，并給出了相應(yīng)的參考建議。

1 基本要求

壓力脈動(dòng)試驗(yàn)時(shí)的測(cè)壓管路布置、傳感器及其數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（軟件與硬件）等對(duì)最終試驗(yàn)結(jié)果具有非常重要的影響。

1.1 測(cè)壓管路布置

考慮水溫為15℃，聲速為1465.8 m/s時(shí)管路長(zhǎng)度應(yīng)滿足：

通常在水泵水輪機(jī)性能原型驗(yàn)收的壓力脈動(dòng)試驗(yàn)時(shí)采樣率不低于幾百赫茲的數(shù)量級(jí)，故所要求的測(cè)量管路與被測(cè)點(diǎn)的距離（管長(zhǎng)）不大于幾至十幾厘米的數(shù)量級(jí)。具體數(shù)值根據(jù)采樣率根據(jù)公式（2）或（3）確定。

1.2 傳感器

傳感器的量程、精度及其頻響是表征傳感器重要參數(shù)，直接影響測(cè)量結(jié)果的可靠性，應(yīng)予以充分重視。

在壓力脈動(dòng)測(cè)量時(shí)，所選擇的壓力傳感器應(yīng)包含被測(cè)位置示值范圍，并應(yīng)盡可能使得均值在2/3位置處，且被測(cè)點(diǎn)可能發(fā)生的最大值不應(yīng)超過(guò)傳感器的最大量程，以免對(duì)傳感器造成永久性傷害。上述要求是充分考慮到當(dāng)傳感器量程選擇過(guò)大時(shí)，在采集裝置一定的A/D位數(shù)條件下將使得采樣數(shù)據(jù)的分辨率顯著降低。

傳感器的精度決定了數(shù)值的有效性。水泵水輪機(jī)的水頭/揚(yáng)程一般在幾百米的數(shù)量級(jí)，合同保證的壓力脈動(dòng)一般不高于水頭或揚(yáng)程的百分之幾，典型的如水泵工況尾水管壁壓力脈動(dòng)不大于揚(yáng)程的2%。因此傳感器的精度應(yīng)能準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)壓力脈動(dòng)相對(duì)值的可靠測(cè)定，這要求其精度應(yīng)高于相對(duì)比值的一個(gè)數(shù)量級(jí)，即壓力傳感器應(yīng)至少保證千分之幾的精度?？紤]通常在額定工況點(diǎn)或滿負(fù)荷工況點(diǎn)時(shí)合同保證的低值大致在1%~2%之間，故壓力脈動(dòng)傳感器的精度應(yīng)不低于0.1%。

考慮到壓力脈動(dòng)信號(hào)中存在諸如動(dòng)靜干涉、葉片過(guò)流頻率及其倍頻等高頻信號(hào)，在某些工況下存在諸如渦帶、類轉(zhuǎn)頻等低頻信號(hào)，因此傳感器的響應(yīng)范圍應(yīng)覆蓋這些常規(guī)的頻率范圍。典型的頻響特性應(yīng)在0至幾百赫茲之間保持線性。

1.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

隨著儀器儀表及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等方面的科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件及硬件性能一般都能夠達(dá)到水泵水輪機(jī)現(xiàn)場(chǎng)性能的要求，本節(jié)重點(diǎn)關(guān)注數(shù)據(jù)采集裝置的A/D位數(shù)，對(duì)于采樣率及采集時(shí)長(zhǎng)的設(shè)置本文隨后兩節(jié)將重點(diǎn)予以研究。

常用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)A/D位數(shù)有12位、16位及24位等，采集卡的A/D位數(shù)越高，數(shù)據(jù)采集時(shí)的分辨率亦越高。滿足上文1.2節(jié)所述傳感器選定完畢，此時(shí)對(duì)12位A/D而言，全量程范圍內(nèi)其分辨率為滿量程的1/212=1/4096，這一數(shù)值基本接近于傳感器的精度，與傳感器的精度處于同一數(shù)量級(jí)?？紤]到傳感器選型時(shí)的量程正向偏差及可能存在的精度偏差，A/D位數(shù)應(yīng)保留一定的余量，同時(shí)考慮到常用的數(shù)據(jù)采集裝置A/D位數(shù)，推薦采用16位A/D及以上的數(shù)據(jù)采集裝置。

2 采樣頻率

依據(jù)奈奎斯特采樣定理，采樣信號(hào)頻率應(yīng)大于等于信號(hào)中最高頻率成分的兩倍。因此，壓力脈動(dòng)信號(hào)測(cè)試中，采樣頻率的確定取決于壓力脈動(dòng)信號(hào)中可能存在的信號(hào)最高頻率。通常情況下壓力脈動(dòng)頻率成分從低到高大致包括：

（1）漩渦流中低于或接近轉(zhuǎn)頻的低頻脈動(dòng)：尾水管中的部分負(fù)荷渦帶[7]、低部分負(fù)荷的自激振蕩[8]、轉(zhuǎn)輪葉片中的葉道渦[9]等。

（2）轉(zhuǎn)輪與導(dǎo)葉產(chǎn)生的動(dòng)靜干涉：動(dòng)靜干涉與活動(dòng)導(dǎo)葉數(shù)、轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)以及節(jié)徑數(shù)緊密相關(guān)[10]，通常表現(xiàn)為轉(zhuǎn)輪葉片通過(guò)頻率的倍頻。我國(guó)抽水蓄能電站動(dòng)靜干涉情況可在文獻(xiàn)[10]中查閱。

（3）高頻渦現(xiàn)象與空化等現(xiàn)象：高頻渦主要是卡門渦[11]與不穩(wěn)定湍流脈動(dòng)所產(chǎn)生，空化則產(chǎn)生于流場(chǎng)中局部壓力低于汽化壓力時(shí)產(chǎn)生并對(duì)機(jī)組通流部件造成傷害[12]。這些頻率大致在幾百至幾千赫茲左右。

P. Dorfler等人在文獻(xiàn)[13]中進(jìn)行了詳細(xì)總結(jié)，如圖1所示。

圖1 各種類型脈動(dòng)頻率典型范圍

水泵水輪機(jī)原型性能驗(yàn)收試驗(yàn)時(shí)通常需要充分考慮被測(cè)點(diǎn)可能產(chǎn)生的不同頻帶壓力脈動(dòng)成分。根據(jù)圖1所示的典型頻率范圍并考慮到采樣定理，一般情況下壓力脈動(dòng)的采樣率應(yīng)不低于10kHz。然而不同的測(cè)點(diǎn)包含有不同的物理現(xiàn)象，對(duì)于蝸殼進(jìn)口壓力脈動(dòng)而言，頻率成分中一般含有葉片過(guò)流頻率及諧波、轉(zhuǎn)頻等成分，較少存在空化頻率成分，因此采樣頻率設(shè)置過(guò)高將造成數(shù)據(jù)量急劇增大，給數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析造成很大困難。另一方面，在原型機(jī)組水力性能驗(yàn)收時(shí)，通常只對(duì)穩(wěn)態(tài)下的壓力脈動(dòng)進(jìn)行考核，當(dāng)不關(guān)注過(guò)渡過(guò)程工況下可能產(chǎn)生的極端壓力脈動(dòng)時(shí)，實(shí)際應(yīng)用中采樣頻率的確定應(yīng)根據(jù)具體測(cè)點(diǎn)可能含有的頻率成分適當(dāng)降低采樣頻率。以某抽水蓄能機(jī)組壓力脈動(dòng)測(cè)點(diǎn)為例進(jìn)行分析。

某抽水蓄能機(jī)組水輪機(jī)工況參數(shù)如下：

額定轉(zhuǎn)速：375 r/min

額定出力：382.7 MW

額定水頭：447 m

安裝高程：107.0 masl

活動(dòng)導(dǎo)葉數(shù)：20

轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)：9

根據(jù)合同約定，水輪機(jī)性能驗(yàn)收試驗(yàn)時(shí)需要對(duì)蝸殼進(jìn)口、導(dǎo)葉與轉(zhuǎn)輪間、頂蓋與轉(zhuǎn)輪間和尾水肘管管壁處壓力脈動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，以便與合同保證值進(jìn)行對(duì)比。對(duì)于案例機(jī)組：機(jī)組的轉(zhuǎn)頻為6.25Hz，可能的動(dòng)靜干涉頻率為112.5Hz[10]，葉片干擾頻率為56.25Hz，空化噪聲在幾百至幾千赫茲，故采樣頻率設(shè)置為9600Hz。下圖2和圖3分別給出了四個(gè)測(cè)點(diǎn)的時(shí)域及頻譜圖。

圖2 案例機(jī)組壓力脈動(dòng)測(cè)點(diǎn)穩(wěn)態(tài)工況錄波圖

從圖2和圖3中可見(jiàn)，當(dāng)以較高的采樣率（9600Hz）進(jìn)行采樣時(shí)，頻譜的高頻部分基本為零，近于噪聲，這對(duì)高采樣率而言造成了很大的浪費(fèi)，因此實(shí)際信號(hào)分析時(shí)并不需要采用如此高的采樣頻率。這引發(fā)一個(gè)問(wèn)題，采用多大的頻率是適當(dāng)?shù)摹榇?，我們?duì)同一工況同一傳感器來(lái)源數(shù)據(jù)采用不同的通道進(jìn)行不同的采樣頻率進(jìn)行采樣。下圖4給出了穩(wěn)態(tài)工況下無(wú)葉區(qū)壓力脈動(dòng)在不同采樣率下的數(shù)據(jù)分布情況。

圖3 案例機(jī)組壓力脈動(dòng)測(cè)點(diǎn)穩(wěn)態(tài)工況頻譜圖

圖4 無(wú)葉區(qū)壓力脈動(dòng)測(cè)點(diǎn)不同采樣率下數(shù)據(jù)概率密度圖

在信號(hào)采樣過(guò)程中，有效的數(shù)據(jù)采樣應(yīng)完整反映數(shù)據(jù)的分布規(guī)律。因此較高的采樣率能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)信號(hào)的較為完整的采樣，這點(diǎn)可以由圖4中4800Hz與9600Hz的采樣率得到驗(yàn)證。但是在頻譜中（如圖3中無(wú)葉區(qū)壓力脈動(dòng)頻譜圖），高的采樣率造成了嚴(yán)重的浪費(fèi)，因此可以在較好反應(yīng)數(shù)據(jù)分布規(guī)律的情況下降低采樣頻率以達(dá)到折中的效果。對(duì)比圖4可見(jiàn)，當(dāng)采樣率為600Hz時(shí)所獲得的數(shù)據(jù)與9600Hz基本一致，而當(dāng)采用300Hz或者更低的采樣頻率時(shí)，數(shù)據(jù)的分布規(guī)律已與高采樣率產(chǎn)生很大的偏差，而且也將造成不能夠很好分辨動(dòng)靜干涉頻率和葉片干擾頻率及其諧波。因此，可以選擇600Hz作為采樣頻率。當(dāng)然，采用600Hz附近的其它采樣率也是適當(dāng)?shù)摹?/p>

故綜上所述，信號(hào)的采樣頻率取決于兩個(gè)方面：一是采樣頻率應(yīng)高于信號(hào)成分中有效頻率成分的兩倍；二是所采用的采樣頻率應(yīng)不導(dǎo)致數(shù)據(jù)的分布規(guī)律發(fā)生嚴(yán)重偏差。這兩方面本身亦是一個(gè)問(wèn)題的兩方面。

3 采樣時(shí)間

確定了采樣頻率，下一步應(yīng)該關(guān)注的是采樣時(shí)間的長(zhǎng)短，即用于頻譜分析以及特征值分析時(shí)所需要的數(shù)據(jù)時(shí)間長(zhǎng)度。

在數(shù)字信號(hào)處理中頻域分辨率△與信號(hào)時(shí)間長(zhǎng)度△存在以下關(guān)系式：

上式表明頻域分辨率是時(shí)間長(zhǎng)度的倒數(shù)，因此要提高頻域分辨率需要提高采樣時(shí)間的長(zhǎng)度。從提高頻域分辨率的角度來(lái)說(shuō)，穩(wěn)態(tài)工況下采樣時(shí)間越長(zhǎng)越好。但是在某些工況下，如渦帶負(fù)荷區(qū)、小負(fù)荷區(qū)等非推薦運(yùn)行區(qū)試驗(yàn)時(shí)，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)將對(duì)機(jī)組造成傷害，影響機(jī)組預(yù)期壽命，因此應(yīng)控制采樣時(shí)間盡可能的短。一般來(lái)說(shuō)，尾水管涌浪及尾水管渦帶造成的壓力脈動(dòng)頻率較低，通常在零點(diǎn)幾至幾赫茲之間，如低轉(zhuǎn)速的三峽電站某廠家75RPM機(jī)組其渦帶頻率為0.24~0.46Hz之間[7]，中高轉(zhuǎn)速的仙居電站375RPM機(jī)組渦帶頻率在2.0~2.3Hz之間。故應(yīng)設(shè)置合理的采樣時(shí)間長(zhǎng)度，保證在不同水頭、不同負(fù)荷條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)渦帶、轉(zhuǎn)頻及類轉(zhuǎn)頻等較低頻率成分的準(zhǔn)確識(shí)別。

水輪機(jī)的額定轉(zhuǎn)速取決于發(fā)電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)以及電網(wǎng)的頻率。我國(guó)電網(wǎng)的頻率[14]為50Hz，正常條件下其偏差為±0.2Hz；磁極對(duì)數(shù)則為固定整數(shù)，其值由標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7894-2009所確定[15]。因此確定水輪機(jī)的轉(zhuǎn)頻見(jiàn)表1所示。表1中轉(zhuǎn)速與GB/T7894-2009對(duì)應(yīng)，小數(shù)點(diǎn)后取一位有效數(shù)字，而為了避免主頻計(jì)算誤差過(guò)大，轉(zhuǎn)頻小數(shù)點(diǎn)后取兩位有效數(shù)字。

表1 水輪機(jī)轉(zhuǎn)速及其對(duì)應(yīng)主頻

表1中可見(jiàn)，隨著機(jī)組轉(zhuǎn)速的降低，機(jī)組轉(zhuǎn)頻有逐漸接近的趨勢(shì)。而在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，信號(hào)的分辨率應(yīng)保證可以準(zhǔn)確識(shí)別到這些轉(zhuǎn)頻，即信號(hào)的分辨率應(yīng)保證可以識(shí)別到轉(zhuǎn)頻的小數(shù)點(diǎn)后第二位有效數(shù)字。從表1中可見(jiàn)這些轉(zhuǎn)頻的最小差值在0.04Hz，故對(duì)于低轉(zhuǎn)速機(jī)組而言時(shí)域信號(hào)采集長(zhǎng)度應(yīng)不低于25s。整體上看，考慮到頻域分辨率與時(shí)域信號(hào)長(zhǎng)度之間的關(guān)系，信號(hào)的采集長(zhǎng)度應(yīng)在十幾秒至幾十秒之間。

對(duì)于一組壓力脈動(dòng)數(shù)據(jù)而言，信號(hào)的采樣時(shí)間不僅取決于頻域的分辨率，亦取決指定信號(hào)采樣率情況下其峰峰值計(jì)算是否能夠真實(shí)反映數(shù)據(jù)的變化規(guī)律。圖5給出第一節(jié)案例機(jī)組在額定水頭發(fā)額定出力運(yùn)行時(shí)的尾水出口、轉(zhuǎn)輪與底環(huán)間、蝸殼進(jìn)口、無(wú)葉區(qū)以及尾水管0.4D處的壓力脈動(dòng)混頻幅值隨數(shù)據(jù)采集時(shí)間長(zhǎng)度的變化情況。

圖5 不同壓力脈動(dòng)測(cè)點(diǎn)峰峰值隨計(jì)算時(shí)間趨勢(shì)

從圖5可見(jiàn)，不同壓力脈動(dòng)測(cè)點(diǎn)脈動(dòng)峰峰值具有不同的收斂趨勢(shì)，以終值誤差（400~500s之間的脈動(dòng)峰峰值的平均值）的±2%為限，尾水出口、轉(zhuǎn)輪與底環(huán)間、蝸殼進(jìn)口、無(wú)葉區(qū)和尾水0.4D分別需要150s、2s、168s、4s和33s峰峰值數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定，見(jiàn)圖6所示。這些時(shí)間長(zhǎng)度表示的含義是：對(duì)于這些壓力脈動(dòng)測(cè)點(diǎn)而言，滿足采樣率要求時(shí)，當(dāng)壓力測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)超過(guò)這些時(shí)間長(zhǎng)度后，采用不同的時(shí)間長(zhǎng)度進(jìn)行峰峰值計(jì)算，其誤差不超過(guò)穩(wěn)定峰峰值的2%。

圖6 不同壓力脈動(dòng)測(cè)點(diǎn)峰峰值收斂趨勢(shì)

目前在水力機(jī)組的性能驗(yàn)收及狀態(tài)監(jiān)測(cè)中，常規(guī)的做法是取8個(gè)、16個(gè)或者32個(gè)旋轉(zhuǎn)周期，對(duì)于案例機(jī)組而言，某些測(cè)點(diǎn)如轉(zhuǎn)輪與底環(huán)間壓力、無(wú)葉區(qū)壓力等測(cè)點(diǎn)是合適的，此時(shí)計(jì)算出的峰峰值在不超過(guò)2%的誤差條件下能夠真實(shí)反映壓力脈動(dòng)值；而對(duì)于尾水出口壓力、蝸殼進(jìn)口壓力而言其峰峰值計(jì)算結(jié)果將超過(guò)2%的誤差，對(duì)于尾水出口壓力短時(shí)峰峰值與穩(wěn)態(tài)峰峰值誤差將超過(guò)20%。出現(xiàn)這種情況的解釋如下：在一定采樣率的情況下，采樣數(shù)據(jù)的概率密度函數(shù)隨著采樣時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸收斂至穩(wěn)定。不同時(shí)間長(zhǎng)度下，蝸殼進(jìn)口壓力脈動(dòng)測(cè)點(diǎn)的概率密度函數(shù)如圖7所示。

圖7 蝸殼進(jìn)口壓力脈動(dòng)測(cè)點(diǎn)數(shù)值概率密度

從圖7可見(jiàn)：10s與200s采樣時(shí)長(zhǎng)具有截然不同的概率密度；當(dāng)采樣時(shí)長(zhǎng)逐漸增大時(shí)，其概率密度逐漸接近，即：可以通過(guò)適當(dāng)增加采樣時(shí)長(zhǎng)以使得測(cè)試數(shù)據(jù)分布函數(shù)更加接近真實(shí)的數(shù)據(jù)分布函數(shù)。

4 結(jié)論

本文對(duì)影響水泵水輪機(jī)壓力脈動(dòng)測(cè)量的相關(guān)因素進(jìn)行了系統(tǒng)分析，指出了目前測(cè)量中存在的問(wèn)題，研究了測(cè)壓管路、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、采樣率、采樣時(shí)間長(zhǎng)度等的合理設(shè)置所需要考慮的因素，為水泵水輪機(jī)壓力脈動(dòng)的準(zhǔn)確測(cè)量與合理分析提供了技術(shù)支撐，亦為其它水力機(jī)組壓力脈動(dòng)的采集提供了參考。研究獲得以下結(jié)論：

（1）壓力脈動(dòng)測(cè)量前應(yīng)對(duì)測(cè)量管路的性能進(jìn)行評(píng)估；依據(jù)采樣率確定測(cè)量管長(zhǎng)應(yīng)不超過(guò)公式（2）或（3）所確定的最大管長(zhǎng)。

（2）考慮測(cè)量結(jié)果的有效性，壓力傳感器精度等級(jí)不應(yīng)低于±0.1%；

（3）建議用于水泵水輪機(jī)壓力脈動(dòng)采集的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)A/D分辨率不低于16位；

（4）信號(hào)采樣頻率依據(jù)如下原則設(shè)定：一是采樣頻率應(yīng)高于信號(hào)成分中有效頻率成分的兩倍；二是所采用的采樣頻率應(yīng)不導(dǎo)致數(shù)據(jù)的分布規(guī)律發(fā)生嚴(yán)重偏差；

（5）壓力脈動(dòng)數(shù)據(jù)采集時(shí)長(zhǎng)應(yīng)充分考慮長(zhǎng)引水管路對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響；在誤差不超過(guò)5%的情況下，可以采用公式（5）所確定的采集最小時(shí)長(zhǎng)。

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Several Problems on Pressure Pulsation Measurements of Hydraulic Prototype Pump-Turbine

ZHANG Fei1, XU Jing2, WANG Xiaojun3, TANG Yongjun1, DENG Lei1

(1. Technology Center of State Grid Xinyuan Company, Beijing 100161, China; 2. Division of Research, Management and Planning of China Institute of Water Resources and Hydropower Engineering, Beijing 100038, China; 3. Department of Infrastructure of State Grid Xinyuan Company, Beijing 100761, China)

In this literature, several factors influencing pressure pulsation measurements of prototype pump-turbine have been discussed, including measuring pipe length, selection of pressure sensors, data acquisition system requirements, sampling frequency and sampling periods. The research indicates that: measuring pipe lengthLis determined by sampling frequencyfand pressure wave speeda, andLcomplies the formulaL≤0.1a/f, and for the pipe length dissatisfies with the formula, the measurement should be re-estimated; the pressure sensor should have the accuracy not less than ±0.1%; the data acquisition system should have at least 16 bit analog/digital (A/D) converter; the sampling frequency should not less than twice signal effective frequency, meanwhile the data acquired by the sampling frequency should thoroughly reflect the data distribution; the recording period has close relation with the long water passage system (penstock and draft tube system), and within the error of ±5% the recording timetis determined by focused frequencyfand rotating periodsN, and tmeets the formulat≥N/f. The research provides meaningful references for other hydraulic machinery pulsation measurements.

pump-turbine; pressure pulsation; data acquisition device; sampling frequency; recording time

TK734

A

1000-3983(2018)01-0075-06

2017-04-21

張飛（1983-），2007年河海大學(xué)水利水電工程專業(yè)畢業(yè)，主要從事水電機(jī)組性能測(cè)試技術(shù)研究與實(shí)踐，工學(xué)碩士，高級(jí)工程師，注冊(cè)電氣工程師。

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51309258），國(guó)家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目（52573016001G，52573015000C）