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     

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。     

甩负荷过程水泵水轮机流激振动数值模拟研究

抽水蓄能电站甩负荷过渡过程中机组振动剧烈,有导致转轮疲劳破坏风险。为探究转轮流激振动特性,对水泵水轮机在甩负荷中的典型工况（时刻）进行CFD-FEM数值模拟,分析了压力脉动、转轮动应力和振动模态。结果表明：转速是影响转轮压力脉动和动应力的最重要因素,最大转速工况最危险,转轮内压力脉动最剧烈,叶片动应力值和振幅均大于其他工况;压力脉动导致转轮动应力波动,两者频谱特征一致;转轮最大动应力出现在叶片进口与上冠“T型”连接处,过渡过程中最大值均超过材料许用应力;水力激励力频率与转轮固有频率相差较大,转轮在计算工况发生共振的可能性较小。     

转轮表面糙度对水泵水轮机泵工况水力性能的影响

本文研究了转轮叶片过流表面粗糙度对水泵水轮机泵工况下效率与空化的影响。采用对数律壁面函数与三维定常κ-ε湍流模型相结合的方法,在考虑粗糙度影响的基础上,对水泵水轮机模型转轮泵工况下的内部流场进行了模拟,并对模拟结果进行了分析;利用转轮内部流场数据与微观粗糙表面简化物理模型,采用多相流模型对局部粗糙叶片表面做微观流场分析。研究结果表明：粗糙度对转轮效率与空化均有影响,表面粗糙度值越大,效率下降越多,叶片表面上的空化数越大,以此推断叶片表面越易发生空化。     

混流式水轮机转轮非设计工况特性分析

本文利用计算流体力学(CFD)手段,对一个混流式水轮机模型转轮叶片在非设计工况下的特性进行了分析.在三维湍流数值模拟计算的基础上,研究了叶片上不同部位随着工况不同而产生特性参数的变化情况,考察了不同来流角度和叶片进口角度、叶片几何形状之间的关系对其性能的影响.计算结果和试验结果的对比,说明了CFD计算过程和结果是比较准确可靠的,从而可以深入分析变工况下流动参数和叶片几何形状之间的耦合关系及其对转轮特性的影响.     

李家峡1号机组转轮叶片动应力试验及机理分析

结合李家峡1号机组转轮叶片应力试验,研究转轮叶片在不同工况下的动应力和静应力水平、分布情况及动应力的频率特征,分析动应力成因及对转轮叶片寿命影响,为转轮裂纹机理研究以及指导大型水电机组的安全高效运行提供参考。     

叶片安放角分布规律对冷却塔用混流式水轮机转轮性能的影响研究

基于叶片骨线积分方程,采用逐点积分法针对三种不同叶片安放角分布规律设计了冷却塔用低比转速混流式转轮叶片。通过全流道数值模拟,分析了叶片安放角分布规律对设计转轮的压力分布、尾水管涡核分布及水轮机的能量特性的影响。研究结果表明,最优工况下,三个水轮机效率基本一致,但是叶片表面压力分布随着叶片安放角分布规律不同呈现明显的差异;在小流量工况下,下凹型叶片安放角分布规律设计的转轮效率较高;在大流量工况,按上凸型叶片安放角分布规律设计的转轮单位出力较大;设计工况下,线性分布的叶片安放角分布规律设计的转轮出流相对较好。     

叶片几何参数对水轮机稳定性的影响

本文主要从水力设计出发 ,根据叶片几何参数的变化 ,在不同工况下 ,利用CFD技术对叶片的压力分布、速度矢量变化、流线分布和叶片出水边环量变化的情况进行了分析。并将CFD分析的结果与模型试验中转轮涡带、叶片脱流情况及叶片应力计算结果进行了对比。探讨了叶片进口冲角对叶片头部脱流的影响、叶片出水边环量变化对转轮出口涡带的影响和叶片形状对叶片应力分布情况的影响。最后总结了叶片几何参数的变化对水轮机稳定性的影响     

短叶片低压边对水泵水轮机空化性能的影响

为探究短叶片低压边位置对高水头长短叶片水泵水轮机转轮空化性能的影响,针对其转轮的结构特点,设计具有不同低压边位置的短叶片方案。以低压边在上冠位置直径与转轮喉部直径的比值,从大到小依次命名为方案A、B、C,比值越小低压边位置越靠后。采用Rayleigh-Plesset空化模型对三方案分别进行3个水轮机工况和2个水泵工况的定常数值模拟,对比分析计算工况下各转轮的空化形态及能量特性。结果表明：在水轮机方式,小流量工况下随着短叶片低压边位置后移,转轮空化性能得到改善,而在大、中流量工况下方案B的转轮空化性能最优。在水泵方式,高扬程工况下转轮空化程度随低压边位置后移先减缓后加剧,低扬程工况下方案A的低压边位置最利于改善空化性能。综合考虑水轮机方式和水泵方式,直径比值为0.9487的方案B空化性能较优,效率和扬程相对较高。对后续高水头水泵水轮机转轮水力优化设计具有指导意义。     

水轮机转轮叶片力学分析研究

水轮机转轮叶片受力复杂,常发生疲劳裂纹,影响机组输出效率,甚至产生部件破坏而影响运行安全。为此,本文采用单向流固耦合方法计算水轮机转轮叶片所受应力,分别构建静力学和动力学模型,采用静力学分析和模态分析识别水轮机转轮叶片应力状态及变形情况。分析结果表明:水轮机转轮叶片的长、短叶片共振区域多位于出水边中部,其最大变形量分别处于[2.628 3,4.705 8] mm和[1.622 6, 4.038 3] mm范围内,这些区域在水轮机叶片的裂纹检修、维护保养和设计改进时需要重点关注。     

绩溪电站机组运行稳定性分析

绩溪抽水蓄能电站是我国自主研发长短叶片技术首次在抽水蓄能机组中应用,受到多方关注。在绩溪电站首台机组调试过程中,多方组织对包含机组振动、摆度、压力脉动等测点的机组稳定性进行了全面测试,采用时域特征值和频谱分析技术对试验数据进行分析,获得了机组在抽水启动、稳定抽水、稳定发电和发电启动带负荷过程等工况下的机组稳定性特征。测试结果表明：稳定工况下,绩溪首台机组振动和摆度混频幅值均在相关规范限定的A区范围内,满足机组稳定运行的需要;相较常规混流式水泵水轮机,采用长短叶片设计转轮设计时,各测点压力脉动频率成分更加复杂;协联抽水情况下,某些测点的主频有随扬程变化而改变。抽水启动和发电带负荷过程,机组稳定性参数能够满足运行需要。     

考虑流固耦合的混流式水轮机转轮模态分析

迄今为止 ,国内的许多进口和国产的大型水轮机组转轮叶片都出现了不同程度的裂纹破坏 ,严重影响了电站的安全生产和机组的稳定运行[1 ,2 ] 。大量的研究表明 ,导致裂纹产生的一个重要原因是水力激力引发的结构共振所产生的动载荷作用。特别是出现低频共振时 ,极易引起结构的严重破坏[2 ] 。随着机组单机容量的不断地增加 ,转轮的固有频率降低 ,发生共振的危险性也更大。因此 ,针对转轮在水介质中的模态特性的研究具有十分重要的现实意义。本文运用全流固耦合的三维有限元方法对某一混流式转轮在水介质中的模态特性进行了研究 ,得到了转轮在水中的自振频率和振型等振动特性。结果表明 ,转轮在水中的第 1阶固有频率与叶片旋转频率相近 ,额定工况下的卡门涡频率又接近于转轮的高阶固有频率 ,这极有可能引发结构的共振 ,导致裂纹的产生。     

混流式水轮机叶道涡形成分析及抑制研究

可再生能源的大力发展要求水电机组更加频繁地运行在部分负荷,以平衡电网参数,导致部分负荷下的叶道涡特性成为水轮机水力设计及优化的一个重要考核指标。本文基于理论分析和水轮机模型试验,分析了混流式水轮机叶道涡的形成原因,并提出抑制叶道涡初生和发展的有效措施。研究表明,水轮机转轮不能适应流量较大范围的变化而导致转轮内稳定连续的压力梯度被打破可能是影响叶道涡形成的因素之一。通过压缩转轮流道,采用仿生流线型设计及控制叶片扭曲程度对转轮进行改型,能够有效抑制和推迟叶道涡的初生及发展,为进一步扩大水轮机的稳定运行范围提供参考。     

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。     

基于刚挠背板的模态分析与抗振优化设计

研究了通信整机中刚挠背板互联结构的动态特性,并对其进行了抗振优化设计.在有限元软件中建立模型,通过模态分析获得其固有频率和振型,找出抗振薄弱环节;采用多种优化方法进行抗振优化设计.结果表明,刚挠背板互联结构的一阶固有频率为188Hz,振型主要为刚性背板部分的弯折变形及挠性部分的弯折扭曲,刚性背板部分及刚挠接口属薄弱环节;采用带加强筋的加强铝板对刚性背板进行抗振优化,可显著降低背板振幅,提高固有频率;改变安装方式,增加紧固点,整体一阶固有频率可升至1 179Hz,显著提高其抗振性.     

利用Euler梁模型计算汽轮机叶片静频和动频的传递矩阵法

根据在定常轴向力作用下,均匀梁的横向振动方程,推导了其固有振动特 连续质量传递矩阵模型。通过对模型的修正,获得了在分布轴向力作用下梁振支睡传递矩阵模型,并使用该模型计算了在不同分布轴向力作用下悬 固有频率以及４３２型叶片的频和动频,结果表明悬臂梁的固有频率以及４３２型叶片的静频和动频,结果表明此方法不仅能精确地计算在分布轴向力作用下梁结构的振动特性还能比较准确地计算叶片的静态和动态振动特性。     

双母线直流微电网的级联稳定性分析

双母线直流微电网因具有供电可靠、负载匹配性高、接入中低压配电网系统灵活方便等特点,逐渐成为未来家庭和楼宇的主要供电架构之一,而级联稳定性分析是其设计中的重要问题.对双母线直流微电网在不同稳态运行模式下的级联小信号稳定性进行分析,利用广义状态空间建模法、传统状态空间平均建模法建立变换器的阻抗模型,根据系统各单元稳态运行模...     

架空输电线路用柔性复合绝缘子的开发应用

针对架空输电线路用刚性复合绝缘子出现的一系列事故/故障,包括芯棒和配套金具损伤或断裂,经充分论证,提出按照承受拉仲载荷设计的刚性复合绝缘子及其配套金具用于承受弯曲和扭转载荷(包括V串复合绝缘予、复合相间间隔棒等)是导致上述事故/故障的关键原因.基于上述分析,自主研发了适于承受拉仲载荷但能够消除弯曲和扭转载荷的架空线路用...     

洛热1 号锅炉钢架立柱扭曲、弯曲的校正处理

洛阳热电厂l 号锅炉钢架立柱扭曲、弯曲变形的主要原因是由于存放时间长,焊接应力释放造成的。采用的热校机理与焊接机理相似,只是变形方向相反,用带状加热处理弯曲变形,用三角状加热处理扭曲变形,也可两者同时采用。带状加热时烤把直线移动,同时在宽度方向上作一定幅度的摆动,加热宽度视变形大小而定,且不宜大于钢材厚度的2 倍;三角状加热即加热区域为三角形,底边在被校正钢板的一边,顶点指向校正方向的一边。     

面内弯矩作用下薄壁弯头的极限载荷估算解

采用同时考虑材料和几何的非线性三维有限元数值分析技术,分析不同几何参数和不同弯曲模式下配直管连接薄壁弯头的弹塑性行为,研究几何参数和弯曲模式对弯头塑性承载能力的影响规律,获得了相应的极限载荷数值解,并在此基础上建立了极限载荷估算式.分析结果表明,在弯矩作用下,几何非线性对弯头塑性承载的影响显著;弯头在面内开弯载荷作用下的塑性行为与在闭弯载荷下的塑性行为差异很大,其塑性极限载荷值显著不同;弯头壁厚与其横截面半径的比值对弯头塑性承载能力的影响显著,其次为弯曲模式.