混流式水轮机大负荷压力脉动模型试验研究

混流式水轮机涡带压力脉动是引起水电机组剧烈振动的主要水力因素之一,其关注重点是低负荷偏心涡带,对大负荷直涡则研究较少.但是,在部分水电站大负荷压力脉动很严重,有的甚至引起尾水管底板撕裂、转轮掉块等问题,严重影响电站运行安全.本文重点介绍了某混流式模型水轮机进行大负荷压力脉动试验的方法及结果.试验过程中,在测量压力脉动的...     

清溪二级水电站尾水管补气设计

为提高反击式水轮机低负荷运行的稳定性,通常对水轮机采取补气措施或其他机械方法破坏尾水管涡带的影响,达到减轻压力脉动和消振的目的。清溪二级水电站具有水头变化比大,机组在低负荷运行历时长的特点。本文着重介绍该电站在设计上采用加强尾水管自然补气措施,以提高机组在低水头、小负荷运行的稳定性。经运行表明,达到了预期的效果,为机组安全运行,创造了有利条件。     

老龙口电站1号机低负荷运行尾水管压力脉动处理浅析

老龙口电站i号水轮机在低负荷运行时,尾水管中形成涡带,使尾水管水流发生周期性变化引起压力脉动,形成强烈的噪音和较大的振动。针对这一情况,通过对尾水管补气装置的改造,减轻了机组在低负荷运行中引起压力脉动和振动,确保机组安全稳定运行。图5幅,表1个。     

偏工况下混流式水轮机压力脉动数值仿真及其改善措施研究

某电站混流式水轮机组在部分负荷时机组出力大幅摆动,真机试验结果显示尾水管涡带频率与发电机低频振荡频率接近,二者产生共振导致功率波动。本文采用CFD方法对该电站混流式水轮机进行了三维非定常数值模拟,对包括电站现用泄水锥、加长型泄水锥、在尾水管内安装阻尼栅、在尾水管内安装导流板等4种方案下水轮机内部非定常流动进行了仿真,对比分析了各种方案对尾水管内涡带形状和压力脉动的影响。计算结果表明:加长泄水锥能降低压力脉动的幅值,但不能改变压力脉动频率;相比于阻尼栅,在尾水管中安装导流板能更有效地改变尾水管水压力脉动的主频并减小压力脉动的幅值,且对水轮机效率的影响较小。     

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。     

三峡水电站机组现场振动测试分析

本文基于三峡水电站左岸8号机组现场振动测试[1],通过对机组变转速试验、变负荷试验和水压脉动试验,发现机组转动部分存在一定的动不平衡以及在135 m水位下机组运行时尾水管水压脉动表现为3个主要特征区,说明了水轮机尾水管低频涡带压力脉动具有巨大的振动能量,是引起机组顶盖振动、摆度和尾水管结构破坏的主要振源。     

基于CEEMDAN的HHT方法在混流式水轮机尾水管涡带分析中的应用

混流式水轮机尾水管涡带引起的低频压力脉动现象严重影响水电机组运行的稳定,目前急需对机组运行时的涡带状态进行实时分析。尾水管振动包含丰富的机组运行信息,通过处理振动信号可以有效提取其中的低频压力脉动成分。考虑到振动为非平稳时变性信号,频率成分多,低频特征提取难度大,涡带分析需兼顾时域与频域,因此引入基于完全自适应噪声集合经验模态分解(CEEMDAN)的希尔伯特-黄(HHT)变换对振动信号进行信号分解与时频转换。研究从尾水管振动信号中分解出了分布在1 Hz～300 Hz频率内的4～8种频率成分,通过其中低频压力脉动信号的时频特征,对尾水管涡带进行分析。结果表明,该方法可以准确判断混流式水轮机运行过程中的尾水管涡带情况,在涡带识别领域具有适用性与时效性。     

小浪底水电站水轮机水力振动监测与评估

为准确掌握小浪底水轮机允许运行边界条件,采用非旋转设备振动测量评价方法,在水轮机尾水管进人门处水平方向安装低频振动位移传感器,通过测量不同负荷工况下尾水管水平振动、顶盖水平/垂直振动与水轮机顶盖下腔、蜗壳进口、尾水管进人门、尾水管扩散段等处压力脉动变化数据,得出尾水管水平振动与压力脉动峰峰值变化趋势呈现一致性,结合测量数据、尾水管进人门现场噪声情况和模型水轮机综合特性曲线对水轮机运行稳定性进行了分析和评估,验证了真机运行特性与模型水轮机综合特性曲线的一致性,证明了用尾水管水平振动衡量尾水管内水力因素影响是进行水轮机水力振动评估的有效手段。     

混流式水轮机尾水管压力脉动研究综述

混流式水轮机尾水管压力脉动是造成机组运行不稳定的重要原因,严重的脉动甚至会威胁厂房的安全,而尾水管涡带是产生压力脉动的首要原因。所以,混流式水轮机尾水管涡带的研究对解决压力脉动有着十分重要的意义。为此,就混流式水轮机尾水管压力脉动的研究,即从理论研究、模型实验、数值模拟和真机试验4个方面。重点阐述在部分负荷、满负荷以及超负荷工况下的尾水管涡带特性参数变化的特点,介绍数值模拟方法在解决尾水管振动问题上的优缺点以及目前在真机试验上检测尾水管振动的新方法,从而也提出解决尾水管压力脉动的几个途径。     

关于减小混流式水轮机压力脉动的探讨

运行中的水电站由于受电力系统负荷变化的影响,机组出力都在发生着变化,总是偏离最优工况运行。这就使水轮机过流部件尾水管进口处产生压力脉动,给机组稳定运行带来不利影响。特别是机组在非设计工况运行时,压力脉动更大,常常使机组振动加剧,使之无法正常工作。因此,运行中的机组应该避免在非设计工况下运行。为减小压力脉动,作者提出了在尾水锥管段设置格栅的新型结构的设想,认为根据文山马鹿塘电站的特点可进行这方面的试验研究。     

水轮机补气的原理和技术

对混流式水轮机在部分负荷运行时的尾水管涡带压力脉动,常用补气的方法解决。国内外在补气方面作了大量的试验研究。很多水轮机安装了各种类型的补气装置。但对补气消除涡带压力脉动的原理还有误解,特别是补气装     

混流式水轮机转轮倒置安装轴向水推力的计算

目前大中型水电站混流式水轮机轴向水推力大，尾水管中涡带所产生的压力脉动常引起机组振动。如水轮机转化倒置安装，将向下的轴向水推力改为向上，可以抵消机组转动部分的重量；如改变尾水管形状，可以消除涡带压力脉动，减小机组振动。以漫湾电站为例，经过计算说明正常安装与倒置安装轴向推力轴承负荷可大大减小。但倒置安装后其结构问题尚需进一步研究。     

不同导叶开度下混流式水轮机尾水管内部流动及压力脉动分析

为探究活动导叶开度对混流式水轮机尾水管内部流动及压力脉动的影响,通过建立西南某电站混流式水轮机三维全流道模型进行定常和非定常条件的数值模拟,研究混流式水轮机在额定水头不同导叶开度下的尾水管流动特性及压力脉动。结果表明：随着导叶开度的增加,尾水管直锥段出现明显的交替旋涡并引起尾水管低频压力脉动,尾水管内压力及速度分布的均匀性逐渐变差,尾水管弯肘段监测点压力脉动主频幅值先增大后减小。尾水管涡带是引起尾水管产生低频高幅特征压力脉动的原因。     

三维非定常湍流尾水管涡带计算研究

混流式水轮机弯肘型尾水管在部分负荷工况下产生带气泡的尾水涡流, 涡流在离心力的作用下形成与水流共同旋的涡带，由此产生的低频压力脉动是混流式水轮机面临的一个普遍性问题。水轮机中存在的水力压力脉动现象将诱发转轮叶片疲劳破坏。更有甚者对整个机组、厂房构成威胁, 严重影响了机组的安全稳定运行。本文采用全流道三维非定常流动数值模拟方法, 研究三峡混流式水轮机在部分负荷工况运行时，由尾水管涡带以低频的周期在尾水管内旋进引起的压力脉动现象。采用全流道非定常流动粘性湍流计算，计算结果表明在各记录点都捕捉到了涡带低频压力脉动：频率为0.333Hz, 是转频1.25Hz的3.75分之一，相近工况模型试验实测涡带频率为5.31Hz, 是转频18.62Hz的3.51分之一，从涡带频率看计算结果与试验测量结果一致。     

中水头电站尾水管型式优化分析

在水电站尾水管设计中，因尾水管等流道不匹配而造成巨大电能浪费。通过对Ｗ电站尾水泛型式分析和优化，可以提高水轮机效率１％￣２％。还可以减少尾水管压力脉动，有利于电站安全稳定运行。水电设计者应重视机组段试验研究，使设计方案更加优秀。     

三峡电站混流式水轮机稳定性研究

三峡电站水轮机是目前世界上运行水头变幅最大的巨型流流式水轮机之一，其运行稳定性是设计、研究制造和使用部门的关注的首要课题。在左岸电站机机招标文件和合同执行过程，明确提出水力稳定性是首要考虑的问题，并且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     

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     

叶道涡危害及机理研究

为弄清混流式水轮机叶道涡是否引起压力脉动及危害、危害机理和程度,本文在模型观测试验的基础上结合电站实际进行了深入研究。本文首先介绍了叶道涡模型试验的方法及结果,结合压力脉动频谱分析及尾水管空化观测结果,指出叶道涡工况出现的频率接近转速频率的压力脉动由叶道涡引起,其频率随单位流量增加而增高,随单位转速增加而降低。叶道涡空腔随水流进入尾水管后,以转轮出口环向流速旋转,空化空腔在转轮叶片出口压力场扰动下产生收缩-膨胀甚至溃灭-生成的循环,衍生出新生压力脉动。叶道涡多发生于低单位转速的低负荷工况及高单位转速的大负荷工况,和水电站实际发生的类转频压力脉动非常一致,其频率覆盖范围也基本重叠,因此可推断类转频压力脉动由叶道涡压力脉动引起。研究还发现,三峡等大型水电站发生过该类型小负荷、类转频强烈压力脉动,由叶道涡引起;天生桥一级、二滩、李家峡等电站发生的转轮叶片出水边裂纹、尾水管锥管进口撕裂等破坏同样由叶道涡压力脉动危害造成。     

三维非定常湍流尾水管涡带数值模拟

采用全流道三维非定常流动数值模拟方法,研究了混流式水轮机在部分负荷工况运行时,尾水管涡带在尾水管内引起的压力脉动现象。计算工况为典型的部分负荷工况,单位转速为70.52r/min, 单位流量为0.679m3/s。计算结果表明在4个计算点都得到了涡带低频压力脉动：频率为0.333Hz, 是转频1.25Hz的1/3.75,相近工况（n11=71.25r/min,Q11=0.689m3/s）模型试验测得涡带频率为5.31Hz, 是转频18.62Hz的1/3.51,从涡带频率看计算结果与试验测量结果一致。研究成果表明数值模拟方法是可行的,可以在设计阶段预测尾水管内涡带压力脉动的特性。     

长短叶片混流式水轮机三维非定常流数值模拟

为探究长短叶片混流式水轮机在不同导叶开度下运行时内部水流流动的特点,基于流场数值模拟的计算方法对长短叶片混流式水轮机进行了全流道三维非定常湍流计算。结果表明,在不同开度下,转轮与导叶交界面处压力脉动主频皆为转轮转频与叶片数的乘积,且在小流量工况下主频振幅最大。当水轮机在小流量工况下运行时,尾水管涡带呈螺旋形,且绕转轮转轴顺时针旋转,与转轮旋转方向相同;当水轮机在额定工况下运行时,尾水管无涡带产生;当水轮机在大流量工况下运行时,尾水管涡带呈细长的圆锥形。