三峡船闸末级闸首超长泄长廊道中阀门水力学关键问题研究（2）:—事故运水关闭过程的阀门水动力学特性

运用物理模型试验和数学模型计算的结果，阐述了三峡船闸末级闸首超长泄水廊道的阀在事故动水送闭过程中，阀门段水流出现的明满流交替流态特征，分析了阀门关门速率，起关开度对阀门后廊道冲击特性的影响，实测了阀门可能承受的最大作用水头，探讨了阀门启闭力、支铰荷载和阀门段的空化特性。     

三峡船闸末级闸首超长泄水廊道中阀门水力学关键问题研究(2)——事故动水关闭过程的阀门水动力学特性

运用物理模型试验和数学模型计算的结果 ,阐述了三峡船闸末级闸首超长泄水廊道的阀门在事故动水关闭过程中 ,阀门段水流出现的明满流交替流态特征 ,分析了阀门关门速率、起关开度对阀门后廊道冲击特性的影响 ,实测了阀门可能承受的最大作用水头 ,探讨了阀门启闭力、支铰荷载和阀门段的空化特性 .     

反弧形输水阀门水力学试验研究

本文摘要介绍了多年来所进行的葛洲坝船闸输水阀门水力学试验研究及其成果。综述了选型试验、启门力试验、支铰力测定及减压模型试验等内容,并根据试验资料分析,得到了一些有益的结论。为了减免2号及1号船闸输水阀门的空蚀,提出了不同的通气布置型式;对支铰力测定、启门力脉动及阀门水力学的水弹性问题,提出了一个新的试验方法;对原型中出现的雷鸣声及3号船闸的啸声进行了探讨并对船闸阀门水力学研究尚待改进的问题提出了初步看法。     

船闸反向弧形阀门底缘体形优化试验

结合三峡工程船闸设计条件,通过比尺为17的物理模型试验,研究了改善双面板型反向弧形阀门底缘体形及相关结构以降低阀门动水启闭力及其脉动值,并通过门体压力分布的观测分析,讨论了影响阀门动水启闭力的主要因素。研究表明,阀门底缘体形对启闭力有较大影响,优化底缘几何形状,可有效减小阀门动水启闭力及其脉动幅值。     

弧形钢闸门的动力稳定分析

分析了引起弧形闸门振动和破坏的原因，指出低水头弧形闸门在动水压力荷载作用下的失事往往由支臂杆的动力失稳引起，应该特别注意弧形闸门支臂杆的动力稳定性问题。给出了支臂杆的计算模型，讨论了其简化模型的合理性。以斜支臂框架为例，对两端铰结、一端作用有弯矩的斜杆进行了动力稳定分析。     

三艘船闸设计中的关键技术问题是如何解决的(下)——船闸技术的新发展

问题8三峡船闸输水系统反向弧形阀门是如何解决高水头频繁操作的启闭问题的? ——谈高水头大型反向弧形阀门及其启闭机技术 三峡船闸输水系统反向弧形阀门的最大工作水头45.2m,支铰单侧最大拉力990t,启门力1500 kN,闸顶竖缸液压启闭机吊杆的最大长度约70m。阀门需能频繁快速开启,对     

小湾水电站底孔弧形闸门支铰应力分析

将闸门和支臂及支铰作为整体考虑，在铰轴与活动铰链和固定铰座连接处采用薄层接触单元模拟其间只传递法向压力的特性，分析了正常工作荷载作用下支铰各部件的应力分布。计算成果表明，正常工作荷载作用下，小湾水电站底孔弧形闸门支铰各部件的应力分布合理,满足强度要求。     

偏心铰式弧形闸门启闭力试验研究

偏心铰式弧形闸门在启闭过程中其受力状态与常规闸门有所不同,受力条件较为复杂,准确计算闸门启闭力难度较大。设计人员在确定该类闸门的启闭机容量时尚无统一的规范可循。以水布垭放空洞工作闸门为研究实例,通过水工模型全程模拟了偏心铰闸门启闭的运行状况,利用脉动压力和拉压传感器测量无摩擦情况下的闸门启闭力,在此基础上,分析计算了原型闸门运行时所受止水摩擦力后的闸门启闭力,重点研究了偏心铰闸门运行时启闭力的变化特征,并将试验和计算成果绘制成启闭力曲线,为设计人员选取启闭机容量提供了依据。原型闸门在投入运行后经过了超高设计水头的考验,各项指标均满足要求,闸门运行正常。     

赵山渡弧门支铰采用球面滑动轴承设计

针对国家重点工程─—珊溪水利枢纽起山渡引水工程中泄洪闸弧形工作闸门支铰结构设计，对圆柱滑动轴承和球面滑动轴承的采用进行了技术分析，对其性能进行了比较和讨论，认为球面滑动轴承应用在弧门支铰中具有许多优于圆柱滑动轴承的特点：（1）轴承可以绕轴的两个方向转动，使设计计算模型中的铰接点假设符合实际；（2）轴承除可承受径向力，还可承受轴向力，支铰设计时不须另设轴向传力结构；（3）轴承自动调整能力强；（4）轴承结构紧凑，支铰轴长度、轴径可降低，相应的支铰结构尺寸和重量可降低较多，支铰轴径与圆柱滑动轴承相比可减少30％～35％；（5）轴承与铰轴无相对转动，铰轴可采用普通结构钢且表面不须进行镀铬处理．     

虹吸式出水管虹吸形成过程的壁面压力及脉动特性

通过物理模型试验测量虹吸式出水管在虹吸形成过程中典型断面的压力过程线，采用邻域平均法提取脉动压力数据，采用统计特征和短时傅里叶变换信号处理方法分析时均和脉动压力特征。结果表明：管壁时均压力沿水流方向先减小后增大，驼峰段的上壁面时均压力随着流量增大逐渐大于下壁面；虹吸形成过程中，压力脉动呈正偏态分布，均方差沿水流方向不断降低；压力脉动主要由水泵旋转和水气运动引起，频率在0～30 Hz之间，主频与水泵转频相近；相比虹吸稳定流阶段，水力驱气阶段存在的气囊压缩和释放过程使得压力脉动频率及幅值上升，接近泵站系统自振频率，容易产生结构振动，需要通过设计和运行的优化减少该阶段的持续时间。     

混流式水轮机部分负荷下尾水管压力脉动试验研究

通过三峡电厂升水位试验数据分析了混流式水轮机部分负荷下尾水管压力脉动主频的变化趋势,指出了目前两种用于计算尾水管涡带频率的适用性不足。试验数据表明,定水头下尾水管压力脉动主频在部分负荷低负荷段随着水轮机流量的增大有减小的趋势,在部分负荷高负荷段中呈“V”型分布,这种“V”型分布与尾水管固有频率相关;定导叶开度情况下,部分负荷下尾水管压力脉动主频与水头没有必然联系;试验同时表明,部分负荷下尾水管压力脉动对机组稳定性参数具有直接影响,是引起机组稳定性参数变化的主要原因。     

大型电站叠梁门分层取水进水口水力特性研究

电站进口前加设叠梁门后引起局部水流条件复杂,本文以模型试验和数值模拟为研究手段,系统阐述了叠梁门分层取水进口水流流态、门顶最小运行水深、水头损失和叠梁门反向附加水击压力等。研究表明,加设叠梁门后机组各栅孔进流较为均化,门井水面波动加大,主要引流区间在门顶以下10 m—门顶以上25 m水域,叠梁门门顶最小运行水深一般为15~30 m,进口段水头损失1.20~1.95 m(水头损失系数为0.45~1.15),较无叠梁门时增大1.11~1.63 m,对机组发电经济效益将产生一定影响,机组甩负荷对叠梁门下游面板产生的附加水击压力(2.9~3.0)×9.81 k Pa。     

混流式水轮机部分负荷下尾水管压力脉动试验研究

通过三峡电厂升水位试验数据分析了混流式水轮机部分负荷下尾水管压力脉动主频的变化趋势,指出了目前两种用于计算尾水管涡带频率公式的适用性不足。试验数据表明,定水头下尾水管压力脉动主频在部分负荷低负荷段随着水轮机流量的增大有减小的趋势,在部分负荷高负荷段中呈“V”型分布,这种“V”型分布与尾水管固有频率相关;定导叶开度情况下,部分负荷下尾水管压力脉动主频与水头没有必然联系;试验同时表明,部分负荷下尾水管压力脉动对机组稳定性参数具有直接影响,是引起机组稳定性参数变化的主要原因。     

EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF CHARACTERISTIC FREQUENCY IN UNSTEADY HYDRAULIC BEHAVIOUR OF A LARGE HYDRAULIC TURBINE

The features of unsteady flow such as pressure variation and fluctuation in a large hydraulic turbine usually lead to the instability of operation.This article reports the recent in site investigation concerning the characteristic frequencies in pressure fluctuation,shaft torsional oscillation and structural vibration of a prototype 700 MW Francis turbine unit.The investigation was carried out for a wide load range of 200 MW-700 MW in the condition of water head 57 m-90 m.An extensive analysis of both time-history and frequency data of these unsteady hydraulic behaviours was conducted.It was observed that the pressure fluctuation in a draft tube is stronger than that in upstream flow passage.The low frequency with about one third of rotation frequency is dominative for the pressure fluctuation in part load range.Also the unsteady features of vibration of head cover and torsional oscillation of shaft exhibited the similar features.Numerical analysis showed that the vibration and oscillation are caused by vortex rope in the draft tube.In addition,a strong vibration with special characteristic frequency was observed for the head cover in middle load range.The pressure fluctuation in the draft tube with the same frequency was also recorded.Because this special vibration has appeared in the designed normal running condition,it should be avoided by carefully allocating power load in the future operation.     

龚嘴水电站尾水管补气模型试验研究

针对龚嘴水电站增容改造后在低负荷状态运行时存在压力脉动和噪声较大的问题,采用大轴中心孔补气模型试验方法,在1号机组开展顶盖强迫补气试验,并在真机上进行了验证。试验结果表明:选择合适的相对补气量时,压力脉动的混频和主频相对幅值均显著下降,对降低部分负荷区域的压力脉动和噪声具有很好的效果。该方法对其他中低水头电站的尾水管补气措施有一定参考价值。     

THEORETICAL,NUMERICAL AND EXPERIMENTAL STUDY OF WATER HAMMER IN PIPE SYSTEM WITH COLUMN SURGE CHAMBER

1 .　INTRODUCTIONWaterhammerreferstoanon linear phe nomenonwherepressuresurgesoccurfollowingasuddenchangeinflowvelocityina pipesystem .Thechangeinflowvelocitymaybeinducedbyvalveoperation ,pumpstart uporshut down ,fluidinjectionordischarge ,thesuddencessationofen ergysupplierdevicescausedby powerfailureorpipemovementundercertainexternalactionsuchasimpactandearthquake ,etc .Theseinducenon linear pressuresurgesorwaves propagationthroughoutthepipesystematacousticspeed .Thesurgepressurecouldha…     

三峡模型水轮机转轮的流态观测及过流通道内水压脉动试验研究

针对三峡机组运行水头变幅大、机组钤芳最成工况运行时间长等特点，在开发的三峡模型乐轮机组上进行了流态观测与水压脉动试验，本次试验选取了三峡电站动物范围内不同水头、不同负荷下的５５个工况，对该选定工况进行如下工作，即利用光导内窥交易和闪光测频仪对模型转轮叶片进出口流态进行了不同空化系数下的观测及描绘；对过流通道上布置的８个水压脉动测点，进行了电站装置空化系数下的水压脉动试验；以及在同一工况的不同空化系     

三峡电站混流式水轮机水力稳定性研究

三峡电站水轮机是目前世界上运行水头变幅最大的巨型混流式水轮机之一 ,其运行稳定性是设计、研究、制造和使用部门关注的首要课题。在左岸电站机组招标文件和合同执行过程中 ,明确提出水力稳定性是首要考虑的问题 ,并具体规定了模型和真机的稳定性指标。在水轮机模型验收试验中 ,发现一些现象与众所周知的部分负荷的压力脉动不同 ,表现为在运行水头范围内存在压力脉动峰值带 ,频率较高 ,且从蜗壳进口至尾水管的几个部位均同时出现较大的压力脉动幅值。根据模型试验的结果 ,分析了空蚀系数和补气对压力脉动的影响 ,提出了改善三峡电站水轮机水力稳定性的几点措施     

泵站管路系统水力过渡过程及二次防护措施研究

为选择合适的停泵水锤二次防护措施,针对泵站管路系统的特点,运用水锤特征方程组,确定了管道瞬变流的求解方法;同时,采用Bentley Haestad Hammer软件,对重庆市松既长江提水工程子项目——金子山高位水池至上游水库提水工程的水力暂态过程进行了模拟,并对停泵水锤、被动型后保护与主动型水击预防模式引起的管道内水压变化情况进行了计算。计算结果表明:(1)在3种工况条件下,水压的峰值分别为252.80,191.80 m及174.01 m,升压比分别为1.50,1.44及1.05;(2)水泵停机时间分别为3.74,3.77 s及4.60 s,水泵均未出现反转情况;(3)被动型后保护瞬态最高水头曲线呈弓形,而主动型水击预防瞬态的最高水头曲线接近正常水头线;(4)3种工况下的阀门出口处压力波动范围分别为71.4~254.8,70.7~181.0 m及46.0~174.0 m,而且主动型的水击预防模式水泵出口的波动最为缓和。主动型水击预防可以最大幅度地降低水锤的升压峰值,是更完善的二次防护措施。