水力机械的轴向与径向水推力引发的故障问题与诊断

本文介绍了水力机械运行中常见的轴向与径向水推力.目前水推力的测量与调节难度比较大,行业给予的重视程度还不够;对于机组轴向水推力的研究相对较多,而对于径向水推力的研究较少且径向水推力的测量技术也存在着一定的滞后性.本文结合对实际工程的故障诊断案例,对高水头混流式水轮机、双吸离心泵、立式轴流泵由于水推力产生的抬机、扫膛、偏磨等问题的诊断检测与处理进行了分析,提出了传统在转轮上开设平衡孔的方法无法对轴向力进行调节还会将水压力脉动传至顶盖,不利于机组稳定运行;还指出了双蜗壳设计有利于降低无导叶的蜗壳式离心泵的径向水推力等.本文还对水力机械轴向力、径向力检测分析方法进行了论述,提出了对水力机械水推力改善和调节的一些想法.     

顶盖减压管径和导叶转角对混流式水轮机轴向水推力的影响

轴向水推力过大是引起混流式水轮机推力轴瓦烧损的主要原因之一。针对某过流泥沙含量较大的水轮机,建立其主流道、上冠流道、下环流道的CFD仿真模型,在ANSYS FLUNET中采用MIXTURE多相流模型和RNGκ-ε两方程模型对各流道含沙水湍流流场进行稳态求解,分析了顶盖减压管径和活动导叶转角对水轮机轴向水推力的影响。结果表明,轴向水推力随泥沙含量增大近似线性增大,随顶盖减压管径的增大或导叶转角的减小而减小,且不同泥沙含量下的减小量接近。     

轴流式水轮机反向水推力系数Kp的求取及抬机力计算

众所周知,轴流、斜流、贯流式水轮机在甩负荷过程中,往往出现抬机现象,使机组某些零件损坏,被迫停机检修,严重地影响了机组正常运行.造成机组抬机的原因,一是由于导水机构快速关闭,尾水管出现断流引起的反水锤;另一种是水轮机进入水泵工况运行的水泵升力;再则就是反水锤与水泵升力联合作用造成抬机.安装高程为负值的轴流式水轮机,产生抬机现象往往是由于反转水泵工况引起,而反向水推力系数K_p需试验确定,这就给抬机力的计算带来了很大的困难,所以本文着重探讨反向水推力系数K_p的求取,并讨论几个影响水推力的主要参数.     

300MW汽轮机组动态轴向推力计算数学模型及仿真研究

通过理论分析，建立了300MW汽轮机组动态轴向推力的数学模型，并通过仿真计算对数学模型进行了验证，静态轴向推力计算结果与西屋程序计算结果具有很好的相一致。该数学模型能够快速、准确地计算出非正常工况下机组所产生的动态轴向推力，为完善机组的设计，将动态轴向推力控制在机组要求的范围内提供了参考依据。     

基于超声波法与蜗壳差压法测流的可逆式水泵水轮机效率测试软件的开发及应用

为解决抽水蓄能机组水泵工况下的效率测试问题,研制开发了针对水泵水轮机的效率特性测试软件。该软件系统综合考虑了水轮机工况和水泵工况的效率测试,采用超声波测流法或蜗壳差压测流法完成水泵水轮机的绝对效率或相对效率试验。软件系统通过RS232/485串口和采集仪实时采集和传输各试验参数,并可对采集数据进行分析计算和图形化显示,方便地获得水泵水轮机效率特性。现场应用表明,该软件系统设计合理、运行稳定、数据计算结果准确,具有一定的推广价值。     

日本《タへボ机械》出版水电机组特集

日本(《透平机械》)杂志于1982年3月号出版水电机组特集,其中刊有:冈田昌康、妹尾充己的《大容量混流式水轮机的技术动向》;田中宏的《高落差水泵-水轮机的动向》;新仓祥之、久保田乔的《最近水轮机、水泵-水轮机的设计制造中计算机的利用》;福     

提高水泵水轮机流动可视化图像质量的方法

利用PIV流场测试技术,对低比速混流式模型水泵水轮机转轮在水轮机工况下进行了可视化研究。为了改善图像质量,采用图像去噪与锐化等图像处理方法对提高图像解析精度和减少错误矢量有一定作用,尤其采用图像运算增加图像信息量的方法,是一种改善图像质量非常有效的方法。     

面向快速频率响应的混流式水轮机动态模型研究

针对大功率缺失下快速频率响应的需求,鉴于常用静态模型无法准确描述水电机组随外部参数变化而具有的动态频率特性,从水轮机工作本质出发,在全参数模型的基础上,视水轮机接力器行程按直线规律变化,且认为不同工况下混流式水轮机的流量系数以及效率相等,并以此分析建立考虑外部参数的混流式水轮机动态模型。算例表明,所建立的动态模型既能够规避全参数模型传递系数求取复杂等问题,又能相对准确地对混流式水轮机快速频率响应动态特性加以描述。以此模型应用于相关仿真计算中,可针对机组所处外部参数的不同,准确估计混流式水电机组的动态频率响应能力,为频率响应资源的合理配置提供依据。     

混流式水轮机导水机构三维定常CFD分析

基于三维N-S方程和标准k-ε紊流模型,采用CFD(计算流体力学)软件对HLA351-LJ-170混流式水轮机原型机的导水机构在小流量和大流量工况下分别进行了三维定常数值模拟,获得了流场的速度、压力分布变化规律。结果表明,CFD分析能较准确地预测导水机构内部流场的结构,数值模拟结果对水轮机选型和优化设计均具有重要的指导意义。     

混流式水轮机尾水管进口流场与水压力脉动的关系

通过模型试验,将混流式水轮机模型尾水管进口流场测试与水压力脉动测试等实测结果进行对比分析,研究水轮机尾水管进口流场与水压力脉动的关系,为进一步研究建立尾水管水压力脉动数学模型提供依据。     

江苏沙河抽水蓄能电站关闭规律与实测分析

研究了沙河抽水蓄能电站可逆式机组引入转速信号反馈的导叶紧急关闭规律，通过对电站单机甩负荷过渡过程的数值计算与现场实测结果的比较分析，结果表明二者吻合良好，为该电站现场双机甩负荷试验的安全进行提供了依据。     

天荒坪抽水蓄能电站甩负荷过渡过程实测成果仿真分析

介绍了天荒坪抽水蓄能电站一管一机和一管二机现场甩负荷试验实测成果和仿真分析结果,通过对蜗壳进口水压力、机组转速等的现场试验实测曲线与数值仿真计算曲线的比较分析,论证了输水系统及机组各有关参数的可能误差对电站甩负荷过渡过程数值仿真计算结果的影响,同时校正了该电站甩负荷过渡过程计算软件中的有关系数和基本参数,为一管三机甩负荷过渡过程预测和计算分析奠定了基础。     

基于水泵水轮机全特性空间曲面描述的工作参数处理研究

针对由两簇平面曲线构成的水泵水轮机全特性传统表达方式存在开度线交叉、聚集和扭卷等强非线性问题,在水泵水轮机全特性空间曲面描述的基础上,根据位置函数的距离特性、特征线变化与过渡过程参数变化均具有连续性的特点,提出了基于等开度线方位角的递推式特征线绘制的搜索算法和单位参数的分解搜索算法,通过水泵水轮机过渡过程计算实例,结果表明搜索算法具有较高的计算精度和计算效率,有效地解决了水泵水轮机工作参数处理问题,为全特性空间曲面描述的工程应用奠定了基础。     

高速离心风机变工况模拟及轴向力预测研究

利用CFD模拟软件ANSYS-CFX,对某单机高速离心风机进行了设计转速下的变工况数值模拟,选用sst湍流模型进行多工况计算,得到了较为详细的离心风机内流场数据。对传统经验公式法及纯CFD积分方法计算的风机轴向力进行了比较分析。计算结果表明风机在变工况运行过程中的轴向力变化较大。准确预测轴向力对高速风机的稳定运行及推力轴承选择具有重要意义,为今后高速离心风机产品结构设计和轴向力预测研究提供一定的参考和指导。     

有调压井水电站甩负荷试验与仿真分析

对于有调压井长引水隧洞水电站,机组甩负荷后,调压井内低频的水位波动决定了机组引水道的压力变化过程,具有一定的特殊性。针对南水水电厂增容改造开展了有调压井水电站甩负荷试验及仿真计算,分析了影响计算与试验结果一致性的主要因素。结果表明,对数学模型及计算参数的修正能使计算结果与试验结果基本吻合,说明目前的数值仿真计算能够反映实际情况,可通过计算分析机组在各工况下的甩负荷过渡过程,优化机组的导叶关闭规律,确保其过渡过程满足调节保证的要求。     

水泵水轮机启动过程转轮叶片受力分析

为了研究水泵水轮机水轮机工况启动过程转轮区域流态对叶片载荷的影响,以某水泵水轮机模型为研究对象,采用Realizable k-ε湍流模型开展水泵水轮机全流道三维数值计算,运用UDF技术和动网格方式,控制启动过渡过程活动导叶的开启过程,分析机组启动过程中转轮的转速变化,并与试验结果进行对比。结果表明：数值计算与试验结果吻合度较高,该文数值计算准确可行;启动过程中,在0~5 s区间,转轮叶道中间分布明显沿周向规律分布的叶道涡,叶道涡随开度的增加及转轮叶片来流条件的优化逐渐变小然后消失;启动过程来流与转轮叶片工作面发生冲击并在此区域形成高压区,导致叶片工作面进口位置压力载荷集中、相同半径处叶片工作面背面压力差较大。启动过程中转轮叶片来流与叶片工作面发生冲击是叶片压力载荷集中以及叶道涡的主要诱因。     

船用轴流压气机推力轴承特性计算及试验研究

为获得某新型推力轴承在某船用轴流压气机中的工作特性并进行试验验证,基于ARMD Bearings软件及自编程序对推力轴承特性进行了模拟计算,在全尺寸高速大推力滑动轴承试验台上进行了轴承特性试验研究,并在实机台架试验中对轴瓦温度进行了监测。计算分析了15种工作条件下油膜的压力、厚度、温度、刚度、阻尼及能量损失与推力和转速关系。轴承特性试验主要包括9种稳定工况下的性能试验,以及轴承超载、超速试验中每块轴瓦表面温度及油膜压力的测量。结果表明：模拟计算结果及试验测试得到的油膜温度、压力随推力及转速变化规律基本一致;轴瓦表面最大油膜压力位于支承块背部附近,与推力基本呈线性关系;转子转速越低、推力越大,则油膜厚度越小、油膜刚度及阻尼越大;转子转速越高、推力越大,则油膜温度越高、能量损失越大;在设计点轴承运行参数均有一定安全裕度,该推力轴承可以满足机组使用要求。     

22.5MW给水泵汽轮机高速转子特性分析

以配套1000MW等级超超临界汽轮发电机组的22.5MW给水泵汽轮机为研究对象,介绍了该给水泵汽轮机转子功率高、推力大、转速范围广的特性及开发难点。通过对转子进行离散模化并利用传递矩阵法,分析研究了转子结构中各因素对其临界转速的影响及敏感性,并进一步分析、计算了对转子轴向推力的联带影响。论文最终通过对转子推力及动力学特性的协调性研究,得出了缓解转子轴向推力和临界转速互相矛盾的结果;证明单缸单流结构仍然能够适用于22.5MW等级给水泵汽轮机,并保证其安全、稳定、高效的运行。     

混流式水轮机改造前后内部流动特性对比分析

为探究混流式水轮机改造前后的能量性能、空化性能及水力稳定性,基于流场数值模拟方法,对改造前后的水轮机进行全流道三维定常空化湍流计算及全流道三维非定常湍流计算。结果表明,改造后的水轮机临界空化系数降低13%,效率提高6.2%,且改造后水轮机转轮与活动导叶交界面处4个监测点脉动幅值最大降低17.8%,最小降低7.1%,该水轮机组的抗空化空蚀性能及可靠性均得到极大的提高,对混流式水轮机组的改造有一定的指导作用。