混流式水轮机尾水管涡带引起的水力振动

对引起混流式水轮机水力振动的原因进行了研究，从尾水管涡带引起的水力振动着手，结合中、外大型混流式水轮机模型试验及真机试验结果，得出了在低水头工况、低负荷工况、中负荷工况、高负荷工况的基本振动规律，并对减轻混流式水轮机水力振动的主要对策作了论述     

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。     

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。     

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。     

关于混流式水轮机水力稳定性的几点建议

混流式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，引发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，随着水轮机比转速和单机容量的提高，有些电站因水头变幅大，转轮性能不完全适应电站条件，运行工况欠佳，制造质量存在问题和补气不力，运行稳定性问题已引起广泛的关注。本文综合国内外情况，对混流式水轮机的水力稳定性问题进行了初步分析，并提出一些建议。     

混流式水轮机压力脉动与振动稳定性研究进展

混流式水轮机水力振动是影响水电站安全稳定运行的关键问题之一,研究混流式水轮机不稳定流诱发的压力脉动和振动问题,对于提高机组和水电站的运行稳定性有着十分重要的意义.本文着重介绍了水轮机压力脉动与水力稳定性模型试验、水轮机压力脉动与振动数值模拟以及水轮机转轮动应力与叶片裂纹研究方面的最新成果.在总结、分析现有研究成果的基础上,提出了混流式水轮机压力脉动和振动稳定性领域需要进一步研究的问题.     

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。     

混流式水轮机跨振区时触发低频振荡特性分析与抑制策略

西南某大型混流式水轮机组在生产运行中,跨越振动区运行期间不时触发有功低频振荡现象,对电网稳定运行带来了一定的安全隐患.基于强迫振荡、扰动源定位及负阻尼等理论,分析了水力、机械等因素对低频振荡的影响,得出发生低频振荡的主要原因为水轮机跨振动区时停留在涡带工况区域,尾水涡带产生压力脉动,并且振荡符合强迫振荡机理.通过仿真优化励磁系统参数对抑制机组有功低频振荡所产生的不同效果,得出对励磁系统PSS参数进行优化可有效抑制混流式水轮机低频振荡现象.     

水泵水轮机无叶区内部流场及压力脉动分析

对于高水头混流式水泵水轮机而言,其运行过程中的机组不稳定性主要源于机械内部的水力振动,而无叶区压力脉动作为其水力振动的主要原因,在一定情况下会引起机械的疲劳失效。本文通过数值模拟与模型试验相结合的方法对水泵水轮机模型在水轮机运行工况下无叶区内部流场和压力脉动进行了研究,通过数值模拟对无叶区内部流场不稳定性和活动导叶与转轮之间无叶区压力脉动的幅频特性,以及其随负荷变化的规律进行了分析,同时利用模型试验,通过粒子图像测速（particle image velocimetry,PIV）测试技术对无叶区内部流场进行了详细的研究分析,重点关注了水泵水轮机无叶区流场中旋涡结构的发生机理、发展规律以及其对无叶区压力脉动的重要影响。     

大朝山水轮机转轮动应力试验研究

开展真机转轮叶片动应力试验研究是解决大型水轮机转轮开裂的关键.对大朝山水电厂6#机组水轮机转轮动应力进行全面的试验研究,分别对机组变转速、变电压和变负荷等稳定工况以及开停机、升降负荷、甩负荷、筒阀动水关闭等瞬变工况下转轮叶片静动应力和振动进行了测量,获得了大量第一手宝贵的试验数据,对真机转轮静动应力的变化规律进行了深入分析与探讨.研究成果对进一步揭示大型水轮机转轮的开裂原因和深入开展混流式水轮机的可靠性研究具有重要意义.图7参3     

负曲率导叶在高水头混流式水轮机中的应用及性能分析

负曲率导叶具有显著的水力特点和性能优势,应用于高水头混流式水轮机的水力研发,对提高水轮机的性能水平具有明显作用。通过对负曲率导叶在高水头混流式水轮机水力研发中的应用原理的论述分析,并通过锦屏二级水轮机研发项目工程应用实例,验证了负曲率导叶在提高高水头混流式水轮机水力性能上显著的技术优势,为我国未来500m左右高水头大容量混流式水轮机的研发提供借鉴。     

混流式水轮机尾水管涡带及其改善措施研究

尾水管中的偏心回转涡带是引起机组振动的重要原因之一。为了降低尾水管内的压力脉动,对一混流式水轮机进行三维非定常数值模拟,分析水轮机在部分负荷工况下压力脉动的幅值及频率特性。同时对加长泄水锥、0.03Q水力干扰、加长泄水锥与水力干扰共同作用的3种改进方案进行数值模拟,对比分析改进后尾水管的压力脉动特性。研究结果表明:3种改善措施均能有效改善尾水管内的压力脉动。加长泄水锥对降低尾水管直锥管段的压力脉动比较明显,相对于仅添加水力干扰,水力干扰与加长泄水锥方法联合能更有效的改变尾水管内的压力脉动的幅值和频率。3种改进措施均会降低水轮机效率,其中加长泄水锥与水力干扰结合方案的水轮机效率下降最大。     

水轮机转轮裂纹的原因及预防措施

笔者结合近年来水轮机转轮叶片发生的裂纹事件,分别阐述了混流式水轮机、轴流式水轮机、冲击式水轮机和贯流式水轮机的转轮叶片发生裂纹的主要原因,尤其对混流式水轮机转轮产生裂纹的原因从水力方面、设计方面、铸造缺陷、制造工艺、运行工况及共振等多因素综合作用进行了探讨,并通过实例分析,提出了裂纹处理和预防措施。     

高比转速混流式水轮机转轮前后水流特性研究

混流式水轮机转轮前后的流场研究对于转轮水力设计，改善其性能有着重要意义。本文介绍了一ｎｓ为２６０的混流式水轮机转轮前后流速场的测试结果，并进行了初步分析，对水轮机转轮的水力设计提出了一些有益的启示。     

灯泡混流式水轮机的研究与设计

本文将混流式水轮机的转轮应用于灯泡式机组中,介绍了这种灯泡混流式水轮机的基本原理、水力性能、水流运动规律及其过流部件的水力设计理论,并提出了这种水轮机的结构设计方法.通过分析研究,这种新型水轮机具有混流式水轮机和贯流式水轮机的优点,而避免了它们的缺点,可以在较宽的应用水头范围内替代现代应用最广的混流式水轮机,广泛使用于中小型水电站中.     

混流式水轮机改造前后内部流动特性对比分析

为探究将某高水头电站原常规混流式水轮机转轮改造为长短叶片式转轮后的能量性能、空化性能以及水力稳定性的改变,采用流场数值模拟的计算方法对改造前后水轮机运行在典型工况(小开度工况、额定工况、大开度工况)下进行全流道三维定常空化湍流计算以及全流道三维非定常湍流计算分析。计算结果表明,改造后的水轮机效率在小开度工况处提高了6.7%,额定工况处提高了6.2%,大开度工况处效率提高了6.8%;改造后水轮机空化性能在大流量工况处得到了大幅度提高;改造后水轮机压力脉动幅值在小开度工况处降低了20.9%,额定工况处降低了21.5%,大开度工况处效率降低了13.8%(监测点1处)。研究结果对类似混流式水轮机的改造有一定的指导作用。     

基于CFD的长短叶片水轮机全流道湍流流动定常研究

以混流式水轮机HLA351为原型,基于FLUENT,采用Realizable k-ε双方程湍流模型和三维时均N-S方程,对长短叶片结合混流式水轮机在额定流量工况下湍流流动进行了全流道三维定常模拟研究,获得了长短叶片水轮机全流道的流速和压力分布。计算结果表明,长短叶片结合的水轮机流速和压强分布合理、性能优,对水力机械的设计等研究具有重要的指导意义。     

降低混流式水轮机高部分负荷压力脉动方法探讨

针对混流式模型水轮机研发中有关降低高部分负荷压力脉动的方法进行了探讨．通过不同转轮多个方案的模型试验和深入比较,掌握了不同形式泄水锥对混流式水轮机高部分负荷压力脉动的影响规律以及不同补气位置对长泄水锥混流式水轮机转轮压力脉动的影响,为电站运行中降低高部分负荷压力脉动提供了科学依据.     

降低高部分负荷压力脉动方法探讨

本文针对混流式模型水轮机研发中有关降低高部分负荷压力脉动的方法进行了探讨。通过不同转轮多个方案的模型试验和深入比较,掌握了不同形式泄水锥对混流式水轮机高部分负荷压力脉动的影响规律以及不同补气位置对长泄水锥混流式水轮机转轮压力脉动的影响。为电站运行中降低高部分负荷压力脉动提供了科学依据。     

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。