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力，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。     

浅谈影响轴流转桨式水轮机稳定运行的若干因素

水轮机良好的运行稳定性是减少电站维护工作量、提高电站经济效益的关键。笔者结合以往水轮机设计实践经验,总结出影响轴流转桨式水轮机稳定运行的三大因素:水力因素、结构因素及电站运行条件因素,具体包括空蚀性能、压力脉动、水力矩、导叶与桨叶协联关系、结构设计、部件的刚度和强度、水质、电网稳定性等;阐述上述因素对轴流式水轮机稳定运行造成的影响,以及在轴流转桨式水轮机设计中采取的相应措施,可供电站轴流转桨式水轮机设计时借鉴。     

尤溪街面水电站水轮机运行稳定性初探

国内外大型混流式机组一般都存在不同程度的稳定性问题，从而影响机组的正常运行。而高水头小开度，叶片冲角过大，导致叶片头部脱流空化，形成叶道涡而产生振动，是水轮机运行水头变化幅度大的电站尤其应该注意的问题。本文结合街面水电站介绍了水轮机振动的原因和改善水轮机运行稳定性的措施。     

三里坪水利枢纽发电机组选型设计

三里坪电站水轮机在某些运行条件下的运行稳定性将受到影响,因此,在水轮机设计参数选择时,应将水轮机运行稳定性放在首位。在分析影响水轮机运行稳定性参数的基础上,比较了几种水轮机不同运行工况下的运行指标,并考虑电站厂房结构及机组造价等因素,最终确定了最适合三里坪水利枢纽的水轮机型号。针对所选的水轮机型号,提出了改善水轮机运行稳定性的措施。     

公格尔水电站水斗式水轮机选型及参数设计

针对公格尔水电站600 m高水头落差的特点,结合国内外水轮机最新发展趋势,通过对水轮机形式进行技术和经济综合分析,最终选定水斗式水轮机;并进一步对水轮机参数进行优化设计,为电站长期安全稳定运行提供了可靠的技术保障,同时也为国内外类似电站的设计提供一定借鉴。表4个。     

卧轴混流式双转轮水轮发电机组技术特点及应用前景简析

简述了卧轴混流式双转轮水轮发电机组的基本特点,通过调节投入运行的转轮数量,可以较好地解决流量变幅大的电站在小流量低负荷工况下的机组运行稳定性问题,扩大了卧轴混流式水轮机的运行范围,增加电站在枯水期的发电效益。同时,为该类型电站的机组选型提供了一种新的思路。     

北本水电站高水头大容量贯流式水轮机稳定性研究

水轮发电机组是水电站的核心设备,水轮机的稳定性将对未来水轮机的安全运行以及电站效益具有非常大的影响和意义。由于北本电站贯流式机组水头高,水头变幅大,因此,水轮机运行稳定性、转轮水力设计和制造、发电机参数和结构等的设计和制造难度都大,确定合理的水轮机参数及结构型式,确保水轮机长期、稳定、安全运行,意义重大。文中从北本水电站的实际情况出发,从影响贯流式水轮机稳定性的参数选择、应用水头、水力方面、结构方面及运行方式等多个方面,对机组主要参数选择、并对结构设计和机组振动进行了分析研究。     

高桥电站冲击式水轮机的结构与安装

高桥电站水轮机是东方电机股份有限公司目前已经制造并投入运行的单机容量最大的冲击式水轮机。主要介绍该电站冲击式水轮机的结构特点、安装工艺以及安装中出现的主要问题和改进方法。     

亭子口水利枢纽电站水轮发电机组选型设计及主要技术问题探讨

根据亭子口水利枢纽电站的具体运行特点,参考国内外同类电站资料及机组制造商的设计制造水平,针对亭子口水利枢纽电站水头较低、机组尺寸较大等特点,对水轮发电机组参数、水轮机运行稳定性、定子、转子和推力轴承等机组选型和结构设计中的主要问题进行了分析,并提出了相应的对策.     

里底电站水轮机水力设计关键技术及结构特点

为保证里底电站轴流转桨式水轮机稳定范围宽、空蚀磨损低、高效率等性能指标,依据本工程的特点,并借鉴国内外同类型机组的设计经验,对机组关键技术进行了研究并开展了水轮机水力和结构的优化设计.对水轮机运用CFD进行全流道数值模拟并进行结果分析,结合电站机组实际运行效果,论证了里底电站水轮机水力性能优越,综合出力及安全稳定性能优...     

水轮机压力脉动测试的分析与探讨

介绍了水轮机压力脉动试验中测量位置、测点数量、信号采样频率及采样时间、空化系数等因素对压力脉动试验结果的影响,并提出在进行压力脉动试验时,应增加测点,延长采样时间,提高采样频率,以避免信号遗漏和信号混叠等现象的发生。建议对水轮机的重要运行工况,应增加不同空化系数下的压力脉动试验,以避免在真机运行时可能产生“空化自激”现象,确保原型机组的安全运行。     

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.     

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。     

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。     

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。     

壁面处湍流状况测试研究

讨论并采用电化学方法，测试矩形管壁面处速度梯度及湍流强度，分析并实验探讨了离子迁移方向对测试电极动态响应的影响，将测试结果与同样条件下激光测速仪在近壁处温度结果进行了分析比较，与其他在圆管流动测试中得出的结论不同，测试结果表明，矩形管壁面外流体相对湍动强度随流量增大而减小，在高雷诺数下趋近常数。     

A STUDY ON THE MEASURING TECHNIQUES FOR EXCITING FORCE IN CAVITATION TUNNEL

A multi-function sampling system has been set up in Shanghai Ship & ShippingResearch Institute (SSSRI) where a test on the fluctuating pressure of two propeller models werecarried out. This paper deals with a study on the technical problems concerning the measurementand analysis techniques involved in the test. The sampling and processing procedure of signal is one of the major factors affecting the ac-curacy and stability of the prediction of fluctuating pressure induced by propeller. Integral-peri-od sampling, high enough sampling frequency and suitable resolution must be kept in samplingand processing. The procedure of sampling and processing should be validated by standard signalcorresponding to the blade frequency of different orders in comparative tests.     

基于桨叶调节的轴流转桨式水轮机模型飞逸数值模拟

为了研究不同桨叶启闭规律对轴流转桨式水轮机飞逸过程的影响,采用三维非定常数值方法模拟了5种桨叶控制方式下的轴流转桨式水轮机模型飞逸过程,对比分析了转速、流量、力矩和压力脉动等参数随时间变化特性及桨叶表面压力分布和尾水管内流场演变规律。结果表明:以桨叶静止工况下的最大逸速为基准,在±10°内启闭桨叶对最大逸速影响范围为-6.6%~5.0%;在飞逸过程中打开桨叶会加剧外特性参数波动,尾水管中心部最大负压值可达初值的2.86倍,产生的偏心螺旋涡带诱发强烈低频脉动,不利于机组稳定;关闭桨叶可降低水流流速,减小压力脉动及改善尾水管流态,但需探究合理关闭方式以避免过大的转速最大上升值。     

APPLICATION OF LYAPUNOV EXPONENT SPECTRUM IN PRESSURE FLUCTUATION OF DRAFT TUBE

The Lyapunov exponent spectrum is firstly applied in the analysis of pressure fluctuation of draft tube and calculated based on the time series of vibration in experiments for different situations. Results shows that the Lyapunov exponent spectrum varies with the setting of guide vane, So the Lyapunov exponent spectrum can be used to judge the pressure fluctuation of draft tube so as to timely adjust the setting of the guide vanes to reduce the damage caused by the vibration.     

不同压力速度耦合模式下水轮机三维CFD计算对比

为研究在水轮机数值计算中不同的压力与速度耦合模式对水轮机内流场的影响。对作为研究对象的水轮机进行全流道三维建模及CFD计算。分别在流道蜗壳、转轮、尾水管内设置测点,计算在设定工况下不同压力速度耦合的流场及测点压力脉动数据。分析结果表明:PISO与Simple压力速度耦合模式下流场速度场分布相似,压力分布差异巨大,PISO模式下压力脉动为高频,Simple模式下为低频,其中Simple模式计算与实际符合较好。