混流式水轮机飞逸特性分析

文章对混流式水轮机在飞逸工况下的动态参数进行理论分析,探求其瞬变规律,同时深入分析混流式水轮机在发生飞逸时水流能量的利用和损失情况以及其飞逸特性曲线的特点,为混流式水轮机的水力设计、机组的安全稳定运行和改善过渡过程动态品质提供参考。     

初始运行工况对水泵水轮机飞逸过渡过程水力特性的影响

飞逸过渡过程是抽水蓄能电站可能发生的一类事故工况。此过程中水泵水轮机的转速、流量和压力大幅改变,转轮流态极易恶化,可能引发剧烈压力脉动和转轮受力失衡。水泵水轮机初始运行工况是飞逸过程的重要控制因素之一,但其对此过程中机组水力特性的影响尚不明确。本文用一维管道与三维水泵水轮机耦合的数值模拟研究了某模型抽水蓄能系统中水泵水轮机从两个不同初始运行工况发生飞逸过程时水力特性的差别。结果表明,相对于流动条件较好的额定工况,由流动条件较差的部分负荷工况开始的飞逸过程更容易引起水泵水轮机运行轨迹的剧烈跳动以及流道压力脉动和转轮径向水推力的幅值突增,原因是在此过程中更易形成转轮流动失稳,机理是过渡过程中的瞬时流态保留有相应初始工况的部分流动特征,即瞬时流态的演化存在迟滞效应。因此,在当前不断拓宽抽水蓄能机组运行范围以满足电网容量调节需求的背景下,应充分考虑初始运行工况对可能发生的飞逸过程的影响。     

抽水蓄能电站泵工况断电飞逸过渡过程三维耦合数值研究

该文建立了某抽水蓄能电站包括引水系统、调压井、水泵水轮机组与尾水系统等部件的全过流系统几何模型。采用联合VOF两相流模型和单相流模型的三维耦合湍流计算方法对其泵工况断电飞逸过渡过程进行了数值研究,获得并分析了若干参数随时间的变化规律和不同时刻流场的演变过程,与电站原型试验资料进行了对比。结果表明:历程线模拟结果与试验结果吻合良好,基于耦合算法的三维湍流过渡过程研究方法具有较高精度。电站内外特性变化剧烈,相互影响,依次经历水泵、制动、水轮机和飞逸工况。转轮内大量的涡流在尾水管形成了强烈的顺时针螺旋形涡带,是飞逸工况机组低频压力脉动的主要原因。     

电站超长输水系统筒形阀动水关闭特性研究

具有超长输水系统的水电站机组在发生飞逸时,受机组前设置的调压室涌浪影响,机组的过渡过程时间较长,而且在该过程中产生的最高瞬态转速可能会超过机组的最大飞逸转速。依据原始流量率定后的筒形阀流量系数,就筒形阀不同关闭规律对机组瞬态转速以及蜗壳水锤压力等指标的影响展开了研究。该研究成果可为长输水系统机组飞逸工况及筒形阀关闭规律研究提供参考。     

灯泡贯流式机组转子支架疲劳分析研究

尝试利用有限元分析技术对转子支架进行静态、额定、飞逸等工况下的应力计算,得到应力集中点的交变应力状况。再运用疲劳分析理论对交变应力进行修正,并评估上述典型运行工况下的转子支架疲劳寿命,为设计提供有效的判断依据。     

南水北调东线淮安二站泵装置模型试验研究

泵装置模型试验是检验和优化泵装置水力性能的重要手段。根据南水北调东线工程淮安第二抽水站的改造需要,为了进一步检验预测泵装置的水力性能,在河海大学水力机械多功能试验台上对淮安第二抽水站立式全调节轴流泵装置进行了能量、空化以及飞逸转速等方面的试验研究。试验结果表明,装置在水泵工况和飞逸工况下均能够安全、稳定地运行,而且也能够满足淮安第二抽水站改造的设计要求。对研究背景、该泵站的主要技术参数、试验的主要内容及其不确定度分析,装置模型的主要参数和试验条件、水泵工况模型的试验结果、原型装置的飞逸转速、原型的换算条件及结果等情况进行了介绍。     

大型混流式水轮机止漏环径向间隙设计研究

为避免水轮机止漏环与固定部件摩擦、碰撞迹象,止漏环间隙设计中应高度重视以下几点:(1)在水轮机模型开发阶段需要结合原型实际情况合理设计模型止漏环间隙;(2)在机组结构设计阶段应系统考虑各旋转部件、各支承部件及其基础的刚度与强度;(3)飞逸工况可按实际运行中考虑导叶开度限制时的最大飞逸转速考虑,保守设计亦可按最大水头导叶最大开口时的最恶劣工况考虑;(4)应校核发电机半数磁极短路或多个导叶剪断销剪断等单一特殊异常工况发生时水轮机止漏环间隙运行安全可靠性;(5)建议飞逸工况下水轮机止漏环与固定部件具有一定安全间隙,如水轮机止漏环与固定部件存在接触,需要考虑水轮机止漏环在接触、受力过程中对轴系稳定性影响,以及相应机械部件的形变、磨损等问题。     

基于桨叶调节的轴流转桨式水轮机模型飞逸数值模拟

为了研究不同桨叶启闭规律对轴流转桨式水轮机飞逸过程的影响,采用三维非定常数值方法模拟了5种桨叶控制方式下的轴流转桨式水轮机模型飞逸过程,对比分析了转速、流量、力矩和压力脉动等参数随时间变化特性及桨叶表面压力分布和尾水管内流场演变规律。结果表明:以桨叶静止工况下的最大逸速为基准,在±10°内启闭桨叶对最大逸速影响范围为-6.6%~5.0%;在飞逸过程中打开桨叶会加剧外特性参数波动,尾水管中心部最大负压值可达初值的2.86倍,产生的偏心螺旋涡带诱发强烈低频脉动,不利于机组稳定;关闭桨叶可降低水流流速,减小压力脉动及改善尾水管流态,但需探究合理关闭方式以避免过大的转速最大上升值。     

飞来峡贯流机组飞逸泄水工况试验介绍

介绍了飞来峡灯泡贯流式机组首次飞逸泄水工况试验的过程,对利用灯泡贯流式机组飞逸特性作超低水头泄水的理论进行了验证,为低水头径流式电站解决电站尾水的防淤积问题提供了参考依据.     

原型混流式水泵水轮机过渡过程中的压力脉动

电力市场日益增长的需求导致水泵水轮机频繁地改变运行工况,在偏离设计工况条件下,不得不历经压力脉动幅值较高的区域运行。混流式水泵水轮机的压力脉动主要由动静干涉、旋转失速以及尾水管涡带等不稳定流动引起的。然而,当前关于过渡过程中压力脉动的研究偏少,通常侧重于稳态运行。本文根据现场实测压力数据,采用Savitzky-Golay方法提取过渡过程中的压力脉动,并利用FFT、STFT等方法进行信号处理,揭示了实际抽水蓄能电站水泵水轮机甩负荷过程中压力脉动组成成分和相对强度变化的普遍规律。结果表明:蜗壳进口、无叶区在经过飞逸点后压力脉动将由高频的动静干涉和低频旋转失速共同组成,其动静干涉幅值极值分别出现在制动工况和飞逸点,旋转失速幅值极值均出现在飞逸点以后的制动工况。尾水管压力脉动组成频率则集中在低频区,与涡带和不稳定流态有关。     

炳灵水电站机组防飞逸的设计探讨

当机组因事故甩负荷时,机组调速系统同时发生某种故障,不能关闭导水机构,机组将发生过速甚至达到飞逸转速,可能使机组转动部分产生不同程度的损坏,甚至造成严重后果.为了防止机组损坏,在电站设计方面则需要采取防止飞逸或限制飞逸转速值的措施.对于灯泡贯流式机组因其引水方式、流道布置等要求,其防飞逸装置的特点和相应措施也与常规混流式机组不一致.炳灵水电站采用了由重锤卸荷阀、纯机械液压保护装置控制的重锤力矩和机组自关闭动水力矩相结合的方法作为机组防飞逸措施.     

轴流式水轮机模型飞逸过程三维湍流数值模拟

通过作者建立的非稳态过程三维湍流数值模拟方法,模拟了轴流式水轮机模型飞逸过程,并进行了其三维数值湍流计算,获得了机组到达最大转速时所需时间、最大飞逸转速值、飞逸过程内特性流场演变规律以及转速、流量、力矩与测点静压随时间变化的曲线。计算结果表明,所得最大飞逸转速与试验值非常接近,误差在1.5%以内;所得力矩及流量等外特性参数变化过程均符合高比转速水轮机理论特性;当转速增大到某一数值之后,尾水管水力稳定性急剧恶化是引起机组振动的主因。     

飞来峡水电站水轮机模型验收试验与参数选择

飞来峡水电站的水轮机参数选择，经过了几个设计阶段的变更最终选用了奥地利的伊林-奥钢联公司的贯流式机组，其参数为15m水头段的国际领先水平。水轮机通过模型验收试验，其模型最高效率达93.77%，面是高效率区范围广且变化平缓、超低水头飞逸泄流性能试验在水头0.53-3.31m范围内泄流量为保证值的121%-179%；压力脉动脉试验在飞逸泄流时其值偏大，但绝对值仅为0.37m，能量较小对安全稳定泄流不会构成太大影响；导水叶力矩具有自关闭特性，对机组防飞逸具有较好的效果。飞来峡水轮机的参数选择和模型验收试验都达到了满意的结果。     

水轮发电机组过速保护系统设计方案研究

水轮发电机组过速保护系统主要是由事故配压阀和纯机械过速保护装置组成。在机组发生过速时,机组的过速保护系统会按照设计流程准确动作、及时关闭导叶接力器,以使机组停机,避免水轮发电机组发生飞逸现象。因此,过速保护系统设计方案质量的优劣,直接关系到机组运行的安全。结合瀑布沟和深溪沟2座水电站水轮发电机组过速保护系统的实际应用情况,以及过速保护系统的设计原理,推荐了一种能适合大中型水轮发电机组过速保护系统的设计方案,以便为大中型水电站机组过速保护系统的设计或升级改造提供参考与借鉴。     

水泵水轮机全流道“S”特性区数值分析

抽水蓄能电站在水电中扮演着极其重要的角色,其机组水泵水轮机的“S”特性区流动情况是研究的重点。以自主研发的某水泵水轮机为研究对象,根据模型试验结果的“S”特性曲线,选取其中小导叶开度的“S”特性曲线,结合SST k-w湍流模型,运用ANSYS-CFX软件对曲线上部分工况点进行了数值分析。数值分析工况包括水轮机工况、飞逸工况、制动工况和反水泵工况,通过计算得到了单位流量和单位转速的关系曲线,所得曲线与模型试验曲线较为吻合。计算结果表明：在制动工况和反水泵工况时,固定导叶、活动导叶和转轮区域内均存在较多的旋涡性回流,为较为不稳定的工况。转轮区域内流动速度极低,叶片中间位置有无规则性回流,相邻的两个叶片头部之间形成横向流动的水环,水环在离心力的作用下阻挡水流进入流道,从而大大减小了转轮的过流能力,这可能是导致水泵水轮机在制动工况下单位转速降低的重要原因。     

水轮机调速器两段关闭阀缺陷处理探索

在水电站压力引水系统和水轮发电机组特性确定时,对水锤压强变化和转速上升大小起控制作用的是导叶调节时间和调节规律,而实现上述两项指标的装置,靠的是水轮机调速器或过速限制和两段关闭阀。文章对水轮机调速器两段关闭阀的主要设计特点进行介绍,对应用中发生的缺陷原因进行分析并提出结构改进方案。