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。     

混流式转轮固有频率分析

本文通过对混流式转轮固有频率的对比分析,找出了影响混流式转轮固有频率的因素,使转轮在水中的固有频率同时避开转频与叶片个数的乘积和转频与导叶个数的乘积,保证混流式水轮机的安全运行。     

混流式水轮机转轮低水头低负荷运行时的空蚀

本文通过混流式水轮机转轮的流动分析、模型试验,并结合电站现场空蚀的调查结果,对低水头、低负荷工况运行混流式水轮机转轮的空蚀特性进行了研究。其结果表明低水头、低负荷工况运行混流式水轮机转轮的空蚀轻微。     

泥沙直径和浓度对混流式水轮机转轮内流场的影响

为了初步研究泥沙直径和浓度对混流式水轮机转轮内部流场与性能的影响,本文采用固液两相流模型对某电站的高水头混流式水轮机进行全流道数值模拟,通过控制变量法研究不同来流泥沙直径和浓度对转轮叶片表面泥沙分布、平均压力和水轮机效率的影响。结果表明:含沙水较清水会不同程度使叶片表面水压力载荷增加,效率下降,在相同工况下转轮叶片进水边和出水边与下环连接处泥沙浓度较高;随着泥沙直径的增加,泥沙分布更加集中,磨损加剧。该研究可为含沙水流中运行的水轮机转轮设计提供参考。     

考虑流固耦合的混流式水轮机转轮模态分析

迄今为止 ,国内的许多进口和国产的大型水轮机组转轮叶片都出现了不同程度的裂纹破坏 ,严重影响了电站的安全生产和机组的稳定运行[1 ,2 ] 。大量的研究表明 ,导致裂纹产生的一个重要原因是水力激力引发的结构共振所产生的动载荷作用。特别是出现低频共振时 ,极易引起结构的严重破坏[2 ] 。随着机组单机容量的不断地增加 ,转轮的固有频率降低 ,发生共振的危险性也更大。因此 ,针对转轮在水介质中的模态特性的研究具有十分重要的现实意义。本文运用全流固耦合的三维有限元方法对某一混流式转轮在水介质中的模态特性进行了研究 ,得到了转轮在水中的自振频率和振型等振动特性。结果表明 ,转轮在水中的第 1阶固有频率与叶片旋转频率相近 ,额定工况下的卡门涡频率又接近于转轮的高阶固有频率 ,这极有可能引发结构的共振 ,导致裂纹的产生。     

高比速混流式水轮机的水力稳定性问题

混流式水轮机的水力稳定性与机组运行工况密切相关。当水轮机在远离设计工况(最高效率点)运行时，会产生脱流和涡带，引起机组甚至相邻混凝土构件振动，并可能产生疲劳破坏。近年来，随着单机容量和水轮机尺寸的增大，有些电站因水头变幅大、负荷调节范围宽、水轮机性能不完全适应电站运行条件、制造质量存在问题和补气不利，水轮机出现不同程度的水力振动，导致转轮叶片裂纹，尾水管壁撕裂，有的甚至引起厂房或相邻水工建筑物发生共振，危及电站安全运行。本文对混流式(特别是高比速混流式)水轮机的水力稳定性问题进行了初步分析和讨论。     

基于双向流固耦合的水轮机转轮动态特性研究

由于结构及流固耦合的复杂性,一直很难准确模拟水轮机转轮的动应力状态。利用双向流固耦合的方法,求得了水轮机转轮的动应力,得到了转轮运行中动应力的变化幅值。通过对结果的分析发现转轮应力和变形近似做周期变化,且周期和叶片与导叶个数有关。通过这种方法求出动应力后即可较准确预测转轮疲劳强度,也可对转轮在各个工况下动应力进行模拟,避免机组在转轮动应力较大的工况长期运行。同时对转轮固有频率及振型进行对比研究。相比在空气中,在水压力及离心力载荷作用下,转轮的固有频率下降约1%,这是由于水电机组刚度较强的原因,而在静水中下降较多。     

试验水头和空化系数对混流式水轮机尾水管压力脉动影响的试验研究

本文通过试验方法研究了模型试验水头和空化系数对混流式水轮机为尾水管压力脉动的影响。首先在混流式水轮机6个典型运行工况,即空载、低部分负荷(叶道涡)、部分负荷、最优工况、额定工况和超负荷工况进行变水头和变空化系数试验。试验结果表明在试验范围内,水头对混流式水轮机尾水管压力脉动幅值影响较小;而在一定范围内,空化系数对混流式水轮机尾水管压力脉动有较大影响。通过对部分负荷和超负荷工况幅值和频率分析发现,空化系数不仅对混流式水轮机尾水管压力脉动幅值有较大影响,对其频率分布也有较大影响。最后比较了以转轮中心线为空化基准面的压力脉动试验结果和以锥管中心线为空化基准面的压力脉动试验结果。研究表明,以转轮中心线为空化基准面进行压力脉动试验比较合理,故进行混流式水轮机压力脉动相似性研究时,需考虑空化系数的差异和空化基准面的选择。     

混流式水轮机叶道涡形成分析及抑制研究

可再生能源的大力发展要求水电机组更加频繁地运行在部分负荷,以平衡电网参数,导致部分负荷下的叶道涡特性成为水轮机水力设计及优化的一个重要考核指标。本文基于理论分析和水轮机模型试验,分析了混流式水轮机叶道涡的形成原因,并提出抑制叶道涡初生和发展的有效措施。研究表明,水轮机转轮不能适应流量较大范围的变化而导致转轮内稳定连续的压力梯度被打破可能是影响叶道涡形成的因素之一。通过压缩转轮流道,采用仿生流线型设计及控制叶片扭曲程度对转轮进行改型,能够有效抑制和推迟叶道涡的初生及发展,为进一步扩大水轮机的稳定运行范围提供参考。     

巨型水轮机长短叶片转轮现场焊接工艺分析

白鹤滩项目转轮是我国迄今为止设计制造的尺寸和重量最大的长短叶片混流式水轮机转轮,其独特的长短叶片结构形式可使转轮在部分负荷的运行范围内的效率得到提升,其优良的水力学性能需要极为严格的结构尺寸公差控制以及精品焊缝保障。为了实现白鹤滩转轮精品制造的目标,重点介绍了白鹤滩机组长短叶片结构形式混流式水轮机转轮现场焊接的一系列关键工艺。     

绩溪电站机组运行稳定性分析

绩溪抽水蓄能电站是我国自主研发长短叶片技术首次在抽水蓄能机组中应用,受到多方关注。在绩溪电站首台机组调试过程中,多方组织对包含机组振动、摆度、压力脉动等测点的机组稳定性进行了全面测试,采用时域特征值和频谱分析技术对试验数据进行分析,获得了机组在抽水启动、稳定抽水、稳定发电和发电启动带负荷过程等工况下的机组稳定性特征。测试结果表明：稳定工况下,绩溪首台机组振动和摆度混频幅值均在相关规范限定的A区范围内,满足机组稳定运行的需要;相较常规混流式水泵水轮机,采用长短叶片设计转轮设计时,各测点压力脉动频率成分更加复杂;协联抽水情况下,某些测点的主频有随扬程变化而改变。抽水启动和发电带负荷过程,机组稳定性参数能够满足运行需要。     

混流式水轮机功率异常波动成因分析

石门坎水电站混流式水轮机组在部分负荷下运行时,机组有功功率波动过大导致该电站无法并网发电。采用SST湍流模型对该电站水轮机在偏工况下的三维不稳定流动进行了仿真计算,重点分析了尾水内部压力脉动特性,研究发现:尾水管空腔涡带振动频率与发电机自振频率发生共振是引起机组有功功率摆动过大的主要原因。     

基于刚挠背板的模态分析与抗振优化设计

研究了通信整机中刚挠背板互联结构的动态特性,并对其进行了抗振优化设计.在有限元软件中建立模型,通过模态分析获得其固有频率和振型,找出抗振薄弱环节;采用多种优化方法进行抗振优化设计.结果表明,刚挠背板互联结构的一阶固有频率为188Hz,振型主要为刚性背板部分的弯折变形及挠性部分的弯折扭曲,刚性背板部分及刚挠接口属薄弱环节;采用带加强筋的加强铝板对刚性背板进行抗振优化,可显著降低背板振幅,提高固有频率;改变安装方式,增加紧固点,整体一阶固有频率可升至1 179Hz,显著提高其抗振性.     

利用Euler梁模型计算汽轮机叶片静频和动频的传递矩阵法

根据在定常轴向力作用下,均匀梁的横向振动方程,推导了其固有振动特 连续质量传递矩阵模型。通过对模型的修正,获得了在分布轴向力作用下梁振支睡传递矩阵模型,并使用该模型计算了在不同分布轴向力作用下悬 固有频率以及４３２型叶片的频和动频,结果表明悬臂梁的固有频率以及４３２型叶片的静频和动频,结果表明此方法不仅能精确地计算在分布轴向力作用下梁结构的振动特性还能比较准确地计算叶片的静态和动态振动特性。     

双母线直流微电网的级联稳定性分析

双母线直流微电网因具有供电可靠、负载匹配性高、接入中低压配电网系统灵活方便等特点,逐渐成为未来家庭和楼宇的主要供电架构之一,而级联稳定性分析是其设计中的重要问题.对双母线直流微电网在不同稳态运行模式下的级联小信号稳定性进行分析,利用广义状态空间建模法、传统状态空间平均建模法建立变换器的阻抗模型,根据系统各单元稳态运行模式的源荷属性提出4种模式,并利用阻抗比判据判定系统的小信号稳定性.仿真结果表明,在轻载模式下系统的稳定裕度最小,其中双有源桥、光伏变换器的阻抗特性不受功率交互的影响且一直具有负阻抗特性,而储能单元仅在作为负荷时具有负阻抗特性.对比3种无源阻抗方案以改善负载阻抗特性,提高系统的稳定裕度.实验结果表明:加入无源阻抗后轻载模式的负载电流纹波系数从14.3％下降至1.9％,可见无源阻抗可以改善负载阻抗特性,提高系统的稳定性和抗扰性能.     

架空输电线路用柔性复合绝缘子的开发应用

针对架空输电线路用刚性复合绝缘子出现的一系列事故/故障,包括芯棒和配套金具损伤或断裂,经充分论证,提出按照承受拉仲载荷设计的刚性复合绝缘子及其配套金具用于承受弯曲和扭转载荷(包括V串复合绝缘予、复合相间间隔棒等)是导致上述事故/故障的关键原因.基于上述分析,自主研发了适于承受拉仲载荷但能够消除弯曲和扭转载荷的架空线路用...     

洛热1 号锅炉钢架立柱扭曲、弯曲的校正处理

洛阳热电厂l 号锅炉钢架立柱扭曲、弯曲变形的主要原因是由于存放时间长,焊接应力释放造成的。采用的热校机理与焊接机理相似,只是变形方向相反,用带状加热处理弯曲变形,用三角状加热处理扭曲变形,也可两者同时采用。带状加热时烤把直线移动,同时在宽度方向上作一定幅度的摆动,加热宽度视变形大小而定,且不宜大于钢材厚度的2 倍;三角状加热即加热区域为三角形,底边在被校正钢板的一边,顶点指向校正方向的一边。     

面内弯矩作用下薄壁弯头的极限载荷估算解

采用同时考虑材料和几何的非线性三维有限元数值分析技术,分析不同几何参数和不同弯曲模式下配直管连接薄壁弯头的弹塑性行为,研究几何参数和弯曲模式对弯头塑性承载能力的影响规律,获得了相应的极限载荷数值解,并在此基础上建立了极限载荷估算式.分析结果表明,在弯矩作用下,几何非线性对弯头塑性承载的影响显著;弯头在面内开弯载荷作用下的塑性行为与在闭弯载荷下的塑性行为差异很大,其塑性极限载荷值显著不同;弯头壁厚与其横截面半径的比值对弯头塑性承载能力的影响显著,其次为弯曲模式.