高水头运行对水轮机转轮叶片裂纹影响因素浅析

对龙羊峡水电站机组在首次高水头运行后发现转轮叶片裂纹的具体情况和特点进行了介绍与分析,得出高水头运行是水轮机转轮叶片裂纹产生原因之一,但不是主要原因。水轮机转轮叶片裂纹产生的主要原因是多方面综合而成的。提出水轮机转轮叶片裂纹处理的建议。     

迪什林水电站转轮动应力测试及裂纹原因分析

开展水轮机转轮动应力现场测试是叶片裂纹原因分析的重要手段之一。由于轴流转桨式水轮机转轮结构复杂,开展转轮叶片动应力现场测试的难度也相对较大。本文针对Tishrin水电站轴流转桨式水轮机转轮叶片裂纹问题,对其2号机进行了全面的转轮动应力和机组稳定性试验研究,介绍了Tishrin水电站轴流转桨式水轮机转轮动应力现场试验的试验方法及有关试验结果,对转轮叶片产生裂纹的原因进行了分析探讨。本文是国内外首次成功开展大型轴流转桨式水轮机转轮叶片动应力测试,具有一定的科研和应用价值。     

1000MW水轮机模型转轮叶片应力场测试技术研究

本文研究的主要内容是使用最佳的信号处理系统、数据采集系统、遥感数据发射和接收系统、感应供电系统以及数据处理系统,监测水轮机模型转轮叶片表面应力场变化。模型试验在不同单位转速、导叶开口、试验水头等工况条件下进行,得到了模型转轮叶片应力随着测点位置、导叶开度、试验水头的变化规律。一方面可以在数据趋势上验证理论分析正确性;另一方面可以对叶片表面应力有定量的认识。基于水轮机模型转轮叶片应力场的试验结果,可以建立研究叶片裂纹产生原理和边界条件的理论模型,进而对叶片裂纹产生的理论模型和计算机仿真结果进行修正和验证,为1000MW水轮机稳定性设计提供理论依据和试验依据。     

水轮机转轮叶片裂纹分析及处理

水轮机转轮的叶片出现裂纹会严重威胁水电厂的安全经济运行，通过对水轮机转轮叶片进行有限元计算分析，得出应力过于集中通常是叶片裂纹产生的主要原因，此外，叶片也存在设计、制造、运行方面的问题，为此，介绍了水轮机转轮叶片裂纹金属无损探伤的常用处理方法和一般工艺。     

澜沧江流域大型水轮机转轮裂纹综合防控技术探讨

本文结合澜沧江流域大型水轮机转轮裂纹综合防控项目,通过对澜沧江流域已投产大型水轮机转轮裂纹的检测、检验、运行调整试验和统计分析,探索转轮叶片固有频率分布规律和水轮机避振运行技术,从转轮结构、转轮检修、机组运行控制等软硬件方面,归纳整理切实可行的大型水轮机转轮裂纹综合防控技术,为澜沧江流域和其它流域即将投产的水轮机转轮裂纹防控工作提供技术储备,减缓或杜绝大型水轮机转轮在运行过程中产生裂纹。     

融合 PCA 与自适应 K-Means 聚类的水电机组 故障检测在线方法

灯泡贯流式水电机组在运行过程中,由于受水力因素、机械、工况等因素影响,很容易导致转轮叶片与转轮室发生故障,严重影响水电机组安全运行。在分析灯泡贯流式水电机组转轮叶片与转轮室故障信号特征的基础上,提出了一种基于K均值(K-Means)和莱特准则(Wright′s criterion)的水电机组故障在线检测方法。该方法利用主元分析(PCA)对水电机组振动和噪声信号特征降维后,融合莱特准则改进传统K均值算法,以实现K值的自适应选择,对特征进行在线聚类,能快速准确识别水轮机变负荷状态与金属扫膛故障。将本文方法应用到五凌电力近尾洲水电站灯泡贯流式机组故障检测中,实验结果表明,采用该方法的故障在线检测准确率为100%、变负荷在线检测准确率为96.7%,运行近10个月没有出现故障误报和漏报,表明了该方法的有效性。     

涡带工况下混流式水轮机转轮动应力特性分析

近年来，国内一些大型混流式转轮出现了不同程度的裂纹问题，对机组安全运行构成了威胁。研究表明，水力激励引起的混流式水轮机转轮叶片动应力是引起叶片疲劳破坏的主要原因之一。文中首先对高水头小负荷的涡带工况下混流式水轮机内流场进行非定常CFD计算，得到涡带工况下叶片表面不同时刻的水压力载荷，并利用流固耦合方法对转轮进行结构场瞬态特性计算，分析转轮叶片的动应力特性。结果表明由于水压力脉动引起的转轮叶片上的振动交变动应力是混流式水轮机疲劳破坏的主要原因之一。计算结果可为其它水轮机转轮的动应力特性分析和疲劳分析提供参考。     

风电机组叶片裂纹故障特征提取方法

为实现风电机组叶片及时有效地监测和维护,使用声发射技术采集疲劳裂纹信号,从而提取不同裂纹特征。鉴于尺度谱受到Heisenberg测不准原理的极限制约,时频聚集性不佳、干扰强的现象,提出风电机组叶片裂纹声发射信号的优化小波重分配尺度谱分析。基于Shannon熵理论计算裂纹萌生和预制裂纹再扩展的声发射信号的重分配尺度谱小波基函数带宽参数,得到最适合此两阶段裂纹声发射信号的Morlet小波基函数,计算优化基函数的小波重分配尺度谱,获得不同类型裂纹特征成分在时间尺度平面的高幅值能量分布。实验研究表明,优化小波重分配尺度谱的方法具有很好的时频聚集性和抗噪能力,实现了风电机组叶片裂纹声发射信号的时频特征清晰准确的提取,识别风电机组叶片不同阶段裂纹故障。进而可以采用该方法监测风电机组叶片在复杂环境中的退化状态。     

涡列引起的水轮机叶片振动

在水轮机的固定导叶、活动导叶和转轮叶片的尾流中可能出现涡列,它是水电站的典型激振因素之一。几年前对国内水电设备进行的调查表明,某种低水头混流式水轮机主要因涡列激发的振动而使转轮叶片产生裂纹或断裂,研究涡列对叶片的作用将有助于预测和防止它引起的振动。     

水轮机转轮裂纹的原因及预防措施

笔者结合近年来水轮机转轮叶片发生的裂纹事件,分别阐述了混流式水轮机、轴流式水轮机、冲击式水轮机和贯流式水轮机的转轮叶片发生裂纹的主要原因,尤其对混流式水轮机转轮产生裂纹的原因从水力方面、设计方面、铸造缺陷、制造工艺、运行工况及共振等多因素综合作用进行了探讨,并通过实例分析,提出了裂纹处理和预防措施。     

水轮机在高水头低负荷工况下振动问题的研究

水轮机在高水头小负荷下运动时,容易出现不稳定流动而引起过流部 压力脉动和应力脉动,这是转轮叶片裂纹和空蚀的根源,本文结合实际电站情况研究了水轮机在高水小负荷运行的特性并提出了切实可行的解决方案。     

水轮机空化状态声发射信号的小波包能量特征

为了充分提取水轮机空化状态下声发射信号蕴含的时频特征及其变化规律,基于混流式水轮机模型空化试验,采集了间隙空化不同阶段时典型测点的声发射信号,采用小波包分析方法提取了声发射信号的小波包能量等特征参数,分析了这些参数随水轮机空化系数变化的关系。结果表明,随着水轮机空化系数的逐渐减小,从无空化、空化初生到完全空化状态,在导叶拐臂和转轮下环底部采集到的声发射信号的小波包能量随之发生了明显的规律性变化。开始时小幅缓慢增加,在空化初生附近达到某一峰值,接着略有回落,然后在临界空化状态时急剧增加达到较之以前更大的峰值,最后急剧回落。     

李家峡电站机组运行稳定的可行性分析

李家峡电站4台机组投产后水轮机频繁出现转轮裂纹现象,文章针对此问题对水轮机参数及结构,发电机的振源进行了分析,对改善机组振动及转轮裂纹进行了多方探讨与尝试,经现场试验论证,提出了一些有利措施,减少了水轮发电机振动,提高了水轮发电机的稳定性。     

振动测量值对灯泡贯流式机组运行的指导

通过居龙滩水电厂灯泡贯流式机组运行时某些部位（如水导轴承）振动幅值超标的现象,从导叶和桨叶协联关系、机组的结构特点、运行工况等方面分析了振动幅值超标的原因,并提出如何利用机组的振动测量值指导机组的运行,从而保证机组的安全运行。     

The detection of the closing moments of a vacuum circuit breaker by vibration analysis

The vibration signals during the closing operation of three-phase vacuum circuit breakers (VCBs) were recorded for detecting the closing moment of each pole. The short-time energy (STE) analysis of the vibration signals with a moving Hamming window is used to derive the closing moments both under no-load conditions and load conditions. By determining a proper length for the moving window, the improved signal-to-noise ratio by the STE analysis greatly facilitates the identification of the closing moments. Under no-load condition, the results obtained from the vibration signals are in good agreement with those measured by the contact timing signals. Under load conditions, it is found that the effect of the making current on the detection results is too tenuous to be neglected. This makes it possible to apply this method to online detection of the closing moments of VCBs.     

水泵水轮机开机过程水力特性研究

抽水蓄能电站水泵水轮机组在开机过程中产生剧烈的压力波动,转轮内复杂流动和压力脉动是引起固定部件强烈振动的主要原因之一。因此,需要对水泵水轮机开机过程的物理机理进行深入研究。本文同时建立了厦门抽水蓄能电站管路系统的一维特征线水力模型及水泵水轮机组过水流道的三维流场计算模型,开展了机组发电开机过程一维三维耦合的数值计算,重点分析了机组开机过程瞬时流动特点,以及转轮径向力和轴向力变化与外特性的内在关联性。研究发现,机组开机至空载状态时,由于导叶开度小、转速上升快,在无叶区形成了速率很高的水环,同时转轮流道内充斥着大量复杂的漩涡结构,导致了流量与转矩的突降。导叶动作、转速对径向力、轴向力的变化规律有直接的影响,开机过程中转轮径向力的变化趋势与活动导叶动作过程基本一致。轴向力的变化趋势与机组转速变化基本一致,转速和轴向水推力数值总体上为逐渐增大的趋势。本文研究结论为抽水蓄能机组和高水头混流式水轮机的开机过程物理机理和规律提供了有价值的参考。     

水轮机固定导叶的自振特性

首先模拟原型观测两端弹簧刚度,用20节点等参元求解固定导叶在空气中的自振特性;进而推导了固定导叶的水体附加质量,并计算其在水中的自振特性。     

三板溪水电站模型水轮机优化设计

效率、空化和稳定性是水轮机的三个重要指标,本文通过三板溪电站模型研发,通过CFD分析,对模型水轮机的蜗壳、固定导叶、活动导叶、转轮、尾水管进行了全面的优化设计。通过模型试验验证,三板溪电站水轮机水力性能得到了全面的提升,模型最高效率达到了95.2%,空化性能和稳定性都达到了预期目标,CFD分析结果与模型试验结果基本吻合。     

岩石-混凝土界面I-II型断裂及声发射特征

通过对岩石-混凝土复合试件进行三点弯曲和四点剪切断裂试验,研究了界面I-II复合型断裂力学行为及声发射特征。结果表明：（1）岩石-混凝土界面裂纹主要有三种破坏模式。模态比越高,界面粗糙度越大,界面裂缝出现非界面扩展复杂模式的可能性越大。（2）利用声发射特征参量的突变能够有效判断起裂和失稳临界状态,利用平均频率（AF）、上升时间与幅值之比（RA）两参数比值可量化分析断裂过程的拉剪破裂机制,利用AE事件聚积的方向可预测界面裂缝的扩展方向,从而揭示界面断裂损伤演化规律。（3）试件失稳破坏前夕,声发射信号主频变化明显,低幅低频信号大量剧增且突现不少低幅高频信号,主频有由离散发展为连续的趋势。高模态比时,主频分布的范围相对较大。     

水轮机部件流固耦合振动特性研究

本文把有限元法与边界元法相结合来计算水轮部件流固耦合振动问题。结构用有限元离散,用边界元计算结构周围的流体。编制了结构水下流固耦合振动的通用计算程序。对已有理论解的水中实心圆柱悬臂结构进行了计算,把计算结果与理论解作了比较。文中还对轴流式转轮叶片进行了流固耦合计算。为了更好地验证本文提出的计算方法和所编程序,还设计了一个模型固定导叶,对其进行了流固耦合计算分析和空气中及水中动态特性测试,计算结果与试验结果吻合较好。