抽水蓄能电站厂房振动问题分析及经验

针对张河湾抽水蓄能电站存在的厂房振动问题,对发电工况和水泵工况下的厂房与机组振动和压力脉动信号进行了分析,确定了引起厂房振动问题的原因是由于无叶区动静干涉引发厂房局部共振所导致,提出并实施了转轮和导叶更换解决方案,转轮和导叶更换后无叶区压力脉动大幅减少,厂房振动控制在可接受的水平上。案例经验在国内乃至国外的抽水蓄能电站均为首次,可为类似抽水蓄能电站厂房振动问题提供参考,同时也对大型水泵水轮机的水力设计有着重要的借鉴作用。     

抽水蓄能电站地下厂房结构振动反应分析

为分析抽水蓄能电站地下厂房结构在干湿模态下的振动特性,建立某抽水蓄能电站地下厂房的动力分析模型,基于强耦合方法,将声场理论运用到有限元计算中,计算厂房整体结构在考虑尾水管流体作用后的湿模态,并与厂房的干模态进行比较,通过计算得到尾水管内流体对厂房各关键部位自振频率的影响;通过水力脉动试验,获得该抽蓄电站流道的脉动压力的荷载特性;通过谐响应计算,计算了干、湿模态下水力脉动对厂房的影响。结果表明,由于水体阻尼作用,厂房及各关键部位的各阶振动频率均有所减小,在对厂房进行振动分析时水体的作用不能忽略;抽蓄电站尾水管内水力脉动的频率和幅值与活动导叶的开度有关,频率变化范围为0～26.70Hz,呈"V"型分布;厂房在尾水管流体脉动压力作用下频率响应都很小,且随着水力脉动频率的变化而变化。研究成果可为抽水蓄能电站地下厂房振动问题研究提供参考。     

基于尾水补气对改善毛家河水电站水轮发电机组振动区的探讨

水轮发电机组振动区过大,影响电站安全运行,轻则造成机组运行不稳定,同时引起机组零部件、过水部件焊缝疲劳、紧固部件松动或断裂等,从而加剧机组振动,同时增加尾水管压力脉动和过水部件气蚀等,加速对机组的破坏,更有甚者如发电机组和水工建筑物产生共振,则可能对设备和厂房产生更大的破坏,因此如何解决水轮发电机组振动区过宽,成为各生产运行单位的当务之急。提出通过加装尾水补气装置的方法以改善尾水流态,大幅缩减了水轮发电机组振动区的宽度。     

基于水光蓄互补联合发电系统混流式水轮机在超低出力区工况稳定性研究

鉴于水光蓄互补联合发电系统中水电站在超低出力区出现机组振动和出力摆动的问题,基于SST湍流模型,采用CFD软件对混流式水轮机在三种水头下的超低出力工况进行全流道非定常数值计算.结果表明:光伏电站对水光蓄互补联合发电系统出力变化影响大,三种关键技术的成熟运用决定系统的安全稳定运行,可采用互补补偿度表示联合发电系统补偿性能.超低出力工况的水轮机内流场流态紊乱,转轮流道内易出现叶道涡,尾水管内产生巨大的漩涡,转轮叶片出口出现回流现象.超低出力工况区的压力脉动现象明显,脉动幅值高,无叶区、转轮流道内和尾水管的压力脉动源不一致,且压力脉动频率向上和向下传播,并沿程逐渐减弱.本研究可为水光蓄互补联合发电系统水电站运行区间和水轮机优化设计提供技术支持.     

低比转速混流式水轮机流动噪声数值模拟

为预测低比转速混流式水轮机的主要流动噪声,采用重整化群RNGκ-ε模型和FW-H模型,计算了不同导叶与转轮叶片径向间距时水轮机导叶与转轮壁面上压力脉动构成的偶极子声源产生的流动噪声,分析了导叶与转轮叶片径向间距对水轮机压力脉动及噪声特性的影响,以及压力脉动与流动噪声之间的关系。结果表明,导叶末端和转轮叶片进口背面压力脉动最剧烈,是主要的偶极子噪声源,压力脉动和流动噪声的离散噪声在叶频及其谐频处出现峰值;随导叶与转轮叶片径向间距增大,压力脉动幅值减小,流动噪声减小,因此适当增大水轮机导叶与转轮叶片径向间距是一种有效降低流动噪声的途径。     

抽水蓄能电站水泵水轮机组及厂房振动规律研究

本文选取不同水头段抽水蓄能电站,对水泵水轮机组和厂房结构开展联合测试,通过对测试结果分析,总结得出机组和厂房结构振动的基本规律,明确了无叶区内叶片过流频率的压力脉动通过蜗壳进一步传播,其倍频对应的脉动压力分量引发厂房局部结构的振动。不同电站的局部结构振动水平不尽相同,被测电站的水轮机层和母线层立柱振动普遍偏大。除此之外,还需对局部结构的细节予以关注,如楼板装修层对振动的放大效应等。     

某水电站机组及厂房振动问题成因与处理

某水电站转轮改造后出现机组振动增大,并逐渐引起剧烈的厂房振动,严重影响电站的安全运行,通过机组稳定性测试、厂房局部结构振动测试与原型模态试验,分析机组运行状态,确定旋转装配体、下机架和电站主/副厂房面板固有频率和振型,计算其固有频率与转轮叶片倍频的偏差,判断是否存在共振风险,为机组后续改造方案的制定提供了依据。     

某水电机组异常水力振动分析与处理

某水电机组在运行时,发现压力脉动、机组振动与噪声较往常明显增大,且随负荷的增加而增大,这将严重威胁机组的安全稳定运行。为此进行了变负荷试验,对变负荷数据进行分析,发现活动导叶过流不均是引起机组振动过大的原因,停机检查发现活动导叶处卡有异物,取出异物后,机组压力脉动与振动过大问题得到解决,为类似问题的处理提供了参考依据。     

中低比转速混流式水轮机空化与水力振动分析

针对中低比转速水轮机空化、振动问题比较突出的现象,以大桥电站水轮机为例,采用分离涡模型(DES)对其进行了三维CFD计算,得到了活动导叶、转轮和尾水管内的压力分布、速度分布及压力脉动特性。结果表明,转轮空化发生在叶片出水边靠近下环的区域,与实际情况相符;机组在高水头、大开度工况下,振动更突出,振动频率为机组旋转频率的整数倍,表明振动主要由转轮造成,而非尾水管涡带引起的。     

负倾角水泵水轮机转轮水轮机工况压力脉动特性研究

为了系统地研究负倾角转轮机组在额定出力工况及50%出力工况下机组不同位置的压力脉动特性,以某抽水蓄能电站负倾角转轮为基础,通过三维建模软件UX建立全流道计算域,然后采用ANSYS ICEM和TURBOGrid划分全流道结构网格;并采用ANSYS CFX进行数值模拟得到各压力监测点压力脉动信号。计算结果表明,在两种工况下,机组压力脉动主频均为叶片倍频;负倾角转轮机组压力脉动振幅沿负z方向明显升高;机组压力脉动振幅随流动方向先升高后降低,在无叶区位置达到最大值。     

大型抽水蓄能机组振动特性分析与评价

抽水蓄能机组振动尤其是其水力稳定性直接关系到电站的安全运行,是检验主机设计加工、现场安装及新机调试等质量的重要验收指标之一。以清远抽水蓄能电站~#1机组为研究对象,基于动平衡试验等一系列现场试验,结合旋转机械振动测量评价ISO标准和机组自身特性,评价分析了~#1机组振动特性。结果表明,采用长短叶片转轮设计明显降低了无叶区压力脉动和水导轴承座振动,且其振动性能优于常规叶片转轮。利用现场动平衡试验解决了发电机转轴振动及轴承座振动由质量不平衡所导致的振动超标问题,在最优工况下~#1机组上导、下导轴承座振动位移均小于16μm,三导摆度位移均小于148μm,即便处于50%负荷稳态工况其振动幅值仍处于A/B区。     

惠州抽水蓄能电站厂房振动及噪音研究

为全面了解惠州抽水蓄能电站厂房在机组运行时的振动与噪音情况,对厂房振源、结构动力特性、厂房结构动力响应进行了测试分析,并评价了电站厂房结构的振动水平与噪音水平,对地下电站厂房的抗振设计及防噪降噪问题,提出了合理化建议及后续治理措施。     

多工况下高水头水泵水轮机压力脉动特性分析

为研究多工况下高水头水泵水轮机内部的压力脉动特性,以某抽水蓄能电站水泵水轮机模型为例,采用SST湍流模型对非设计工况点下的水泵水轮机进行三维全流道非定常数值模拟,同时监测了固定导叶与活动导叶间、无叶区及尾水管处的压力脉动。结果表明,对于固定导叶与活动导叶之间的区域,水轮机工况下的压力脉动主频为叶片通过频率,而水泵工况下的最高扬程和最低扬程工况的主频分别为转频和叶片数通过的频率;对于无叶区,由于受到强烈的动静干涉效应,水轮机、水泵工况下的主频均为转轮叶片数通过频率,且脉动幅值较大;对于尾水管区域,直锥段处的频率分布规律与流量有关,水轮机小流量工况下,尾水管内主要为0.3倍转频的低频压力脉动,而水轮机大流量工况下,脉动频率主要以2.6倍转频为主。     

三峡电站厂房振动及测试

为保障三峡电站厂房在振动情况下的安全运行,采用有限元法对三峡电站厂房机组段进行自振特性分析和共振复核,并通过模型试验得到流道的脉动压力值,分析厂房结构在脉动水压力下的振动反应,计算结果显示满足振动控制标准要求。为验证分析结果,对在156m水位下机组运行时楼板的振动进行了现场测试。结果表明,实测数据与计算分析结果在幅值、频率和分布规律上较接近,建立模型计算脉动压力值施加于厂房后的计算厂房振动方法可行。     

大型抽水蓄能电站不同楼板结构形式的动力特性研究

为研究不同结构形式下楼板振动特性的差异,在保证混凝土方量一致的前提下,设置板梁结构、厚板加圈梁结构和纯厚板结构三种形式,建立厂房三维有限元模型进行动力分析。结果表明,纯厚板结构的高阶自振频率高于板梁结构,而板梁结构略高于厚板加圈梁结构;在转轮叶片数频率及其两倍频率的脉动压力作用下,增加楼板厚度和板下增设梁系对绝大部分区域的楼板抗振是有利的,但三种楼板结构的振幅大致处于同一水平,不同结构形式有其抗振相对较强和相对较弱的部位,不存在绝对的最优方案。因此,实际工程中应综合考虑结构静力刚度、施工难度和管线布置等因素选择具体的楼板结构形式。     

不同边界条件下抽水蓄能电站地下厂房地震动响应分析

随着抽水蓄能电站运行水头和转速的不断提高,边界条件对厂房结构震动影响问题日益突出。为此,以某抽水蓄能电站地下厂房为例,通过建立其有限元三维模型,利用振型分解反应谱分析方法分析了不同边界条件下厂房的抗震性能,研究了地震情况下四种不同边界条件下厂房主要结构的反应特性。结果表明,是否考虑围岩对地下厂房稳定性并无很大影响,顺河向地震荷载对厂房作用影响很小;考虑粘弹性边界条件对顺河向地震波有一定放大作用,不可忽略,而叠加后的总位移值相对无质量边界条件有一定比例下降,下部结构有一定比例上升。研究结果为厂房抗震结构设计与安全分析提供了依据。     

某可逆式机组厂房振动问题的原因分析及处理方案

针对某电站存在的厂房振动问题,首先开展了机组稳定性试验,找出了厂房振动的激振振源,通过有限元分析法得出厂房内存在局部振动区域的结论,并找出局部共振的位置,最后提出了优化转轮的解决方案。新转轮经过一年时间运行,稳定性各项指标均在正常范围内,证明了所提供方案的有效性。     

基于流固耦合的某抽水蓄能电站可逆式水轮机转轮强度和模态分析

以国外某抽水蓄能电站为例,基于Ansys有限元计算平台,利用流固耦合方法研究了电站可逆式水轮机转轮在不同水头下机组流道内的水体对转轮叶片的影响,通过计算预应力和干湿条件下的转轮模态,分析了水体和预应力对转轮振动频率的影响。结果表明,在不同水头水压力作用下,转轮的静应力最大值出现在上冠与叶片相连处,叶片最大变形出现在叶片出水边的中间位置,且随着水头的升高而增大;预应力对转轮模态的影响较小,而水介质因阻尼作用对转轮模态减小效果明显。     

基于流固耦合的某抽水蓄能电站可逆式水轮机转轮强度和模态分析

以国外某抽水蓄能电站为例,基于Ansys有限元计算平台,利用流固耦合方法研究了电站可逆式水轮机转轮在不同水头下机组流道内的水体对转轮叶片的影响,通过计算预应力和干湿条件下的转轮模态,分析了水体和预应力对转轮振动频率的影响。结果表明,在不同水头水压力作用下,转轮的静应力最大值出现在上冠与叶片相连处,叶片最大变形出现在叶片出水边的中间位置,且随着水头的升高而增大;预应力对转轮模态的影响较小,而水介质因阻尼作用对转轮模态减小效果明显。