混流式水轮机尾水管压力脉动试验分析

压力脉动产生于机组运行过程的非定常流场,是引起水轮机组振动及不稳定运行的主要水力振动源之一。其中,尾水管的螺旋状涡带是引起水力振动的最主要因素。本文通过对混流式水轮机模型试验,研究了混流式水轮机尾水管内压力脉动与空化系数、泄水锥形状及补气量的相互关系。     

隔河岩电站1号水轮机水力稳定性的若干问题研究

根据原型实测动水压力、空化噪声、补气、大轴摆度及水轮机检查等成果,研究了水轮机水力稳定性.成果表明:在168～233 MW负荷区,水轮机存在低频涡带空化,脉动压力、补气、噪声、摆度等大幅度增加,尤其在177 MW附近脉动压力和大轴摆度已达到甚至超过厂商保证值;在所研究负荷范围内,水轮机都存在高频激波空化噪声,主要发生在转轮叶片及缝隙中,在满负荷时最为明显,研究发现已出现空蚀前兆.     

混流水轮机尾水管压力脉动近似分析方法(续)

混流式水轮机尾水管中由涡带引起的压力脉动，对水轮机的稳定运行有很大影响，研究尾水管中的压力脉动规律，对指导水轮机的运行是有重要意义的。一般认为，混流式水轮机尾水管中由涡带引起的压力脉动，与尾水管进口处的水流环量有关，本文阐述了一种在已知模型综合特性曲线的条件下，利用数据拟合的方法来近似地计算混流式水轮机尾水管中压力脉动特性的方法。     

老龙口电站1号机低负荷运行尾水管压力脉动处理浅析

老龙口电站i号水轮机在低负荷运行时,尾水管中形成涡带,使尾水管水流发生周期性变化引起压力脉动,形成强烈的噪音和较大的振动。针对这一情况,通过对尾水管补气装置的改造,减轻了机组在低负荷运行中引起压力脉动和振动,确保机组安全稳定运行。图5幅,表1个。     

混流式水轮机尾水管非定常流动模拟及不规则压力脉动预测

混流式水轮机尾水管内螺旋形涡带引起的压力脉动是造成混流式水轮机组振动的主要根源之一,严重威胁机组的安全运行.本文基于CFD技术对一大型混流式水轮机尾水管压力脉动进行了数字化预测,文中首先对该水轮机在典型偏工况下尾水管的内流进行了长时间非定常计算,然后详细讨论该工况下尾水管内死水域与涡带的运动规律,并预测了尾水管的不规则压力脉动,最后对压力脉动预测值进行了分析,结果表明其波形、频率、相位与实际基本一致,证明文中压力脉动的预测方法是可行的.     

三峡水轮机的三维非定常湍流计算和压力脉动分析

本对三峡混流式水轮机全流道进行了三维非定常湍流计算，得到水轮机的非定常流场，预测了尾水管内、转轮前、活动导叶前、固定导叶前和蜗壳进口的压力脉动。通过与模型试验结果的比较看出，计算能够比较准确的预测尾水管内压力脉动。同时，分析了尾水管内非定常涡带产生和传播的原理。并通过对水轮机内各测点压力脉动的分析表明，尾水管内涡带和转轮与活动导叶间的动静干扰是产生压力脉动的两个主要脉动源，在整个水轮机流道内传播。     

三维非定常湍流尾水管涡带计算研究

混流式水轮机弯肘型尾水管在部分负荷工况下产生带气泡的尾水涡流, 涡流在离心力的作用下形成与水流共同旋的涡带，由此产生的低频压力脉动是混流式水轮机面临的一个普遍性问题。水轮机中存在的水力压力脉动现象将诱发转轮叶片疲劳破坏。更有甚者对整个机组、厂房构成威胁, 严重影响了机组的安全稳定运行。本文采用全流道三维非定常流动数值模拟方法, 研究三峡混流式水轮机在部分负荷工况运行时，由尾水管涡带以低频的周期在尾水管内旋进引起的压力脉动现象。采用全流道非定常流动粘性湍流计算，计算结果表明在各记录点都捕捉到了涡带低频压力脉动：频率为0.333Hz, 是转频1.25Hz的3.75分之一，相近工况模型试验实测涡带频率为5.31Hz, 是转频18.62Hz的3.51分之一，从涡带频率看计算结果与试验测量结果一致。     

非定常流弯肘型尾水管不规则压力脉动预测

尾水管内螺旋状涡带引起的压力脉动是造成混流式水轮机机组振动的主要原因之一,直接威胁机组的安全运行。为此,提出一种基于CFD数值计算的水轮机尾水管压力脉动数字化预测法,并利用此法对一大型混流式水轮机偏工况下尾水管内水流流动进行了长时间非定常流计算,讨论该工况下尾水管内死水域与涡带的运动规律,预测了尾水管的不规则压力脉动,压力脉动分析结果表明,其波形、频率、相位与实际基本一致。     

混流式水轮机尾水管压力脉动研究综述

混流式水轮机尾水管压力脉动是造成机组运行不稳定的重要原因，严重的脉动甚至会威胁厂房的安全，而尾水管涡带是产生压力脉动的首要原因。所以，混流式水轮机尾水管涡带的研究对解决压力脉动有着十分重要的意义。为此，就混流式水轮机尾水管压力脉动的研究，即从理论研究、模型实验、数值模拟和真机试验4个方面。重点阐述在部分负荷、满负荷以及超负荷工况下的尾水管涡带特性参数变化的特点，介绍数值模拟方法在解决尾水管振动问题上的优缺点以及目前在真机试验上检测尾水管振动的新方法，从而也提出解决尾水管压力脉动的几个途径。     

偏工况下混流式水轮机压力脉动数值仿真及其改善措施研究

某电站混流式水轮机组在部分负荷时机组出力大幅摆动,真机试验结果显示尾水管涡带频率与发电机低频振荡频率接近,二者产生共振导致功率波动。本文采用CFD方法对该电站混流式水轮机进行了三维非定常数值模拟,对包括电站现用泄水锥、加长型泄水锥、在尾水管内安装阻尼栅、在尾水管内安装导流板等4种方案下水轮机内部非定常流动进行了仿真,对比分析了各种方案对尾水管内涡带形状和压力脉动的影响。计算结果表明:加长泄水锥能降低压力脉动的幅值,但不能改变压力脉动频率;相比于阻尼栅,在尾水管中安装导流板能更有效地改变尾水管水压力脉动的主频并减小压力脉动的幅值,且对水轮机效率的影响较小。     

高水头混流式水轮机减负荷瞬态流动特性研究

为了平衡和补偿间歇性可再生能源不定时并网对电网的不利冲击,水轮机不得不频繁地经历减负荷瞬态工况转换过程,从而诱发水轮机内部不稳定的压力脉动及涡流结构。基于多面体网格及动网格技术,开展了高水头混流式水轮机导叶关闭减负荷过程水轮机特征参数响应、压力脉动及涡流演化特性的数值模拟工作。研究发现,采用压力边界条件获得的水轮机水头与试验结果吻合较好,流量结果可信度高。负荷变化过程中,无叶区压力脉动相对变化趋势与导叶运动规律一致,且幅值变化不大。导叶开始及停止运动,引起尾水管内的压力信号发生突变,并逐渐形成低频周期性压力脉动。涡带运动诱发的不稳定压力脉动,是转轮轴向水推力形成的主要原因。在导叶闭合过程中,强度较小的轴对称涡带首先沿轴向和径向拉伸,随后沿轴向收缩。导叶停止运动进入部分负荷工况,直涡结构进一步收缩,演变为细长状双螺旋结构,最后双螺旋涡结构合并成强度较高的单一螺旋状涡带。此外,水轮机负荷的减小使尾水管内出现回流,漩涡运动等不稳定现象。     

清溪二级水电站尾水管补气设计

为提高反击式水轮机低负荷运行的稳定性,通常对水轮机采取补气措施或其他机械方法破坏尾水管涡带的影响,达到减轻压力脉动和消振的目的。清溪二级水电站具有水头变化比大,机组在低负荷运行历时长的特点。本文着重介绍该电站在设计上采用加强尾水管自然补气措施,以提高机组在低水头、小负荷运行的稳定性。经运行表明,达到了预期的效果,为机组安全运行,创造了有利条件。     

三峡原型水轮机的非定常湍流计算和压力脉动分析

本文对三峡原型混流式水轮机进行了三维非定常湍流计算，得到水轮机的非定常流场，预测了尾水管内、转轮前、活动导叶前、固定导叶前和蜗壳进口的压力脉动。通过与模型试验预测结果的比较看出，计算能够准确预测水轮机内的压力脉动。分析表明尾水管内涡带和转轮与活动导叶间的动静干扰是产生压力脉动的两个主要脉动源，并在整个水轮机流道内传播。     

水轮机补气改善机组稳定运行实例

水轮机补气可改善转轮空蚀、机组稳定和减小尾水压力脉动,我国水电机组不少设计安装有水轮机补气装置,有的投运后加装补气装置。水轮机模型试验对机组出力、效率有较好的相似性,而空蚀、压力脉动性能模型     

混流式水轮机尾水管涡带及压力脉动数值模拟

应用ANSYS等相关软件对混流式水轮机进行全流道非定常数值模拟,分析了在偏工况下低流量的3种随开度不断变化的工况,模拟由部分负荷区到高部分负荷区的尾水管涡带及压力脉动的变化情况。应用CFD数值模拟,观察到尾水管随导叶不同开度变化时,尾水管涡带由双螺旋涡带到单螺旋涡带至柱状涡带的变化过程,并分析了相应工况之间的压力脉动频率及脉动幅值的变化规律。这对尾水管压力脉动产生机理的深入研究有着十分重要的意义。     

基于不同涡识别准则的水轮机尾水管涡带形态识别研究

尾水管涡带为混流式水轮机在部分负荷工况运行下,尾水管内水流出现的一种螺旋状涡旋运动现象。尾水管涡带是水轮机流动不稳定的表征,涡带诱发的压力脉动对水轮机运行稳定性有直接严重的影响且易造成疲劳破坏,因此在复杂的三维黏性湍流中辨识出涡结构及其演化过程、深入分析涡结构对水轮机水力稳定性研究非常有必要。该文基于k-ωSST湍流模型对运行在42.35%额定出力的某混流式模型水轮机进行了尾水管内部流动特性的实验测试与数值研究,数值压力脉动幅值及主频与实验测试吻合得比较好,误差分别约为2.70%和2.62%。进一步,采用压力等值面法、Q准则、λ_2准则及近年新发展的?涡准则以及Liutex涡矢量方法进行尾水管涡带形态识别研究。结果显示:等压面法在捕捉涡带形态上能力明显不足,涡带尾部过早断裂消失;尽管?准则具有阈值选择范围较小的优点,然而却过高地预估了涡带尾部形态;Liutex方法与Q准则和λ_2准则在涡带形态捕捉能力上相当,均能清晰、合理地显示旋转涡带的形态。     

基于CEEMDAN的HHT方法在混流式水轮机尾水管涡带分析中的应用

混流式水轮机尾水管涡带引起的低频压力脉动现象严重影响水电机组运行的稳定,目前急需对机组运行时的涡带状态进行实时分析。尾水管振动包含丰富的机组运行信息,通过处理振动信号可以有效提取其中的低频压力脉动成分。考虑到振动为非平稳时变性信号,频率成分多,低频特征提取难度大,涡带分析需兼顾时域与频域,因此引入基于完全自适应噪声集合经验模态分解(CEEMDAN)的希尔伯特-黄(HHT)变换对振动信号进行信号分解与时频转换。研究从尾水管振动信号中分解出了分布在1 Hz～300 Hz频率内的4～8种频率成分,通过其中低频压力脉动信号的时频特征,对尾水管涡带进行分析。结果表明,该方法可以准确判断混流式水轮机运行过程中的尾水管涡带情况,在涡带识别领域具有适用性与时效性。     

东风发电厂机组大轴中心补气装置改造

混流式水轮机运行过程中产生的尾水真空及空腔涡带是转轮发生空蚀的主要原因，空蚀使水轮机效率降低、振动加大，严重时会造成设备损坏事故。减小尾水真空及空腔涡带的方法就是对尾水管补气。东风发电厂原水轮机补气方式为尾水短管补气，补气效果差，且造成尾水锥管破坏严重及机组振动等问题。经研究，东风发电厂结合机组增容改造将水轮机补气方式改为由大轴中心补气，本文介绍了大轴中心补气装置的结构特点及改造后补气效果试验等。     

尾水管压力脉动试验分析

借助于模型转轮流态观测系统，对模型转轮尾水涡带宽度的变化规律进行了研究，并与压力脉动测量值进行了比较，研究试验中各工况参数，涡带宽度，压力脉动之间的关系，从而进一步分析水轮机的振动特性，其中发现了尾水压力脉动平缓区现象，这在研究水轮机的水力振动现象中还是新发展。     

水泵水轮机无叶区压力脉动产生机理研究

抽水蓄能电站厂房振动问题是影响电站及电网安全稳定运行的关键技术难题。本文首先介绍了水泵水轮机无叶区压力脉动的幅值和频率特性,总结出无叶区压力脉动幅值大于其它位置、水轮机工况无叶区压力脉动幅值大于水泵工况、水泵水轮机水轮机工况大于常规混流式水轮机等规律性特征,指出了无叶区压力脉动的主频为叶片通过频率。其次,本文应用自由涡环量等于常数原理,通过对水泵水轮机水轮机最优工况远离运行区、水轮机工况转轮叶片进口速度三角形、飞逸转速工况压力脉动幅值最大等问题的深入分析,提出了水泵水轮机水轮机工况无叶区高幅值压力脉动源自于转轮叶片进水边正面脱流产生的自由涡这一机理性认识。