水轮机导叶关闭过程的探讨研究

为了充分揭示水轮机导叶不同关闭过程对水轮机甩负荷过渡过程的影响,选择导叶两段关闭规律,针对第一段关闭时间、第二段关闭时间和导叶位置拐点开度,探讨这3个关键参数对机组转速变化和蜗壳水压力变化的影响,对工程实例进行计算分析,得出了导叶两段关闭过程的规律并进行了优化。合理的水轮机导叶两段关闭过程可以有效的解决机组甩负荷时转速升高和蜗壳水压上升这一矛盾,从而更有利于提高水电站运行的稳定性和安全性。     

轴流式水轮机抬车力的计算方法

轴流式水轮机过渡过程中出现三种转换工况,即水轮机工况、制动工况和水泵工况。从图1可见导叶开启时,机组不带负荷其转速上升过程和导叶在大开度运行时突然甩负荷而迅速关闭的转速变化过程线是不一致的。导叶在突然全关闭瞬间,由于机组惯量使暂持较高的转速旋转,而不会立刻停止。这时水轮机处于暂态水泵工况。当导叶迅速关闭过程,同时出现惯性力,严重时还会出现反水锤现象。1973年在长湖电站的甩负荷试验时,发生了反水锤,     

低水头下水泵水轮机水轮机工况压力脉动研究

基于Realizable k-ε湍流模型,对某蓄能电站模型水泵水轮机进行几何建模,设定压力脉动监测点,进行三维全流道水轮机工况非定常数值计算,分析导叶开度为29mm,33mm,37mm和41mm四个工况下各监测点的压力变化,并与模型试验结果进行对比,研究水泵水轮机在低水头下的压力脉动特性。结果表明:Realizable k-ε湍流模型对低水头下水泵水轮机压力脉动的数值模拟可行,在大开度工况时更加精确;导叶开度为29mm时水泵水轮机内部监测点压力脉动最强,随着导叶开度的增加压力脉动在逐渐的减弱;转轮旋转形成的"活动导叶-转轮-尾水管"两级动静干涉,使活动导叶与转轮之间无叶区内监测点的压力脉动时域图呈现周期性变化规律,对应主频为叶频,尾水管锥管段时域图也呈现周期性变化,并在其频域图叶频处出现一个峰值;肘管内监测点压力脉动由于尾水涡带的影响主频为0.17~0.56倍转频的低频分量。     

提高老水轮机出力的研究与应用

庆元马蹄香电站自增容后,在丰水期4台机全开时,水轮机出力不足,机组达不到额定功率6800kw。而电站丰水期长达6-7个月,因此研究提高老水轮机出力,对提高电站发电量,增加电站经济效益有很大意义。1水轮机出力不足的原因1．l水轮机净水头不足是造成水轮机出力不足的主要原因马蹄去电站是1966年动工兴建,1972年4月建成的老电站。原装机4X1250kw,1986。1987年增容为4X1700kw。水机型号：HL702-WJ-71;设计水头51．3m;设计流量（单机）4．lin'／s。增容是在未改变水轮机及引水系统的情况下完成的,由于引用流量从增容前的12m'／s,增…     

导叶不同步装置降低蜗壳进口压力的机理研究

利用基于特征线原理的蜗壳进口压力的表达式，结合含导叶不同步装置的水泵水轮机的全特性曲线，对高水头抽水蓄能电站中，低比转速水泵水轮机甩负荷时，导叶不同步装置降低蜗壳进口压力的机理进行了理论分析和探讨。导叶不同步装置的及时投入，增大了流量特性曲线在“S”特性影响区内的正斜率，减小了水轮机甩负荷时每一时间步长内的蜗壳进口压力的上升幅值，从而在一定程度上降低了蜗壳进口压力的最大值，但并不改变蜗壳进口压力的双峰特性。另外，在水轮机甩负荷工况的同时，MGV装置的延时投入时间越短，预开启导叶的附加开度的增加速率越快，蜗壳进口压力的最大值就降低的越多。     

基于流固耦合的混流式水轮机转轮应力特性分析

本研究采用顺序流固耦合方法,计算了某设计中的混流式水轮机转轮在不同水头下发额定出力时的静应力分布,以及设计最高水头额定出力工况下的动应力特性。静应力计算的结果表明：最大应力出现在叶片出水边与上冠连接处,并且随着水头增高,静应力最大值有减小趋势。动应力的计算结果表明：设计的转轮,动应力的幅值满足稳定运行的要求。     

用于稳定计算的水轮机调速系统原动机模型

水轮机调速系统模型中,水轮机原动机（包括水轮机和过水系统）的强非线性对稳定计算结果有着重要影响。水轮机原动机的主要特点是强非线性以及水击,尤其在导叶开度大于50%的区间,在该区间范围内增大相同的导叶开度导致增加的功率小。通过水轮机原动机理论建模研究,并以现场试验修正理论模型,建立了适用于电力系统稳定计算的水轮机调速系统原动机模型,即“机组导叶开度与出力关系曲线加理想水轮机”的非线性模型;根据水轮机真机与模型机组的相似性,进一步提出了利用水轮机模型综合特性曲线和现场试验得出最大水头和最小水头下该曲线的方法,以满足电力系统稳定计算的不同需要。     

水轮机及其引水系统、调速器和缓冲装置的电子仿真

水轮机电子模拟实时仿真装置的构思是受1981年已经发表过的水轮发电机仿真装置的启发,只考虑引水系统、调速器和缓冲装置的一种模拟仿真装置。该仿真系统可以模拟任何一种冲击式、混流式、轴流式水轮机的运行工况:研究从半额定速度到甩负荷速度范围内出力、流量、流速和水头以及导叶开度之间的非线性关系。在加拿大魁北克水力研究所(I.R.EQ.)已有四个这样的系统与高压直流仿真器(H.V.D.C.)和网络瞬态分析器(T.N.A.)联机使用。Manicouagan电站水轮机仿真证实,无论瞬态或稳态仿真器都与原型机运行近似,     

新安江增容研究取得初步成果

针对新安江水电站增容而进行的水轮机转轮研究中,要求在原有75MW机组水轮机通道不变的情况下,仅改变转轮取得每台增加10MW的出力,而其它性能不降低。经啥尔滨大电机研究所的试验研究,得出了新转轮A—153a。其效率比新安江原有HL009及HL741两     

轴流转桨式水轮机单片微机轮叶控制器的研制与应用

1问题的提出轴流转桨式水轮机组在进行负荷(P)调整时,不但要调节导水叶的开度(a),而且还要按照实际运行水头(H)调节轮叶转角(φ),以使水轮机的效率最高.因φ=f(H,a),H、a、φ三者之间呈非线性函数关系,当H一定时,a与φ之间有一种以水轮机效率最高为准则的确定关系,即轴流转桨式水轮机的“协联”关系.H不同,这种确定的“协联”关     

南五水电站抬机现象的分析与处理

针对南五水电站发生的抬机现象，着重分析了在小型低水头电站的设计中，易被忽视的转反向水推力对抬机的影响；指在低水头小型电站的调保计算中，应综合考虑水轮机在导叶关闭时，尾水真空与转轮的反向水推力抬机的影响。     

某抽水蓄能机组动水关闭球阀试验分析

对于水头较高的水电站,球阀是除导叶外第二套导通和截断水流的挡水设备,是防止导叶关闭故障引起机组事故扩大的最后一道保障。为检验某抽水蓄能机组球阀的动水关闭能力,进行球阀动水关闭试验,阐述了试验测点布置、试验方法及注意事项,对球阀振动、水流方向轴向位移、操作油压、球阀接力器开度及机组稳定性指标等试验数据进行分析。由试验数据可以看出,试验机组在发电额定负荷工况导叶开度保持不变的情况下球阀能可靠关闭,为后续新建抽水蓄能机组动水关闭球阀试验提供参考。     

1000MW水轮机模型转轮叶片应力场测试技术研究

本文研究的主要内容是使用最佳的信号处理系统、数据采集系统、遥感数据发射和接收系统、感应供电系统以及数据处理系统,监测水轮机模型转轮叶片表面应力场变化。模型试验在不同单位转速、导叶开口、试验水头等工况条件下进行,得到了模型转轮叶片应力随着测点位置、导叶开度、试验水头的变化规律。一方面可以在数据趋势上验证理论分析正确性;另一方面可以对叶片表面应力有定量的认识。基于水轮机模型转轮叶片应力场的试验结果,可以建立研究叶片裂纹产生原理和边界条件的理论模型,进而对叶片裂纹产生的理论模型和计算机仿真结果进行修正和验证,为1000MW水轮机稳定性设计提供理论依据和试验依据。     

水头变幅大的混流式水轮机水力设计

水轮机稳定性问题一直是研究的难点，对水头高、水头变幅大的电站尤其受到关注，且目前已经投入运行的大型水电站都存在不同程度的振动问题，虽然产生的因素很多，但水力问题是重要因素之一。本文结合龙滩水电站水轮机参数优化及稳定性研究项目，通过CFD分析，对模型水轮机的蜗壳、固定导叶、活动导叶、转轮、尾水管进行了全面的优化设计，模型转轮共计算了22个工况点，经过优化的转轮延迟了小负荷区涡带的产生和叶片正背面脱流的产生。通过模型试验验证，龙滩水电站水轮机水力性能研究是成功的，研究成果达到了预期目标，CFD分析结果与模型试验结果基本吻合。     

水泵水轮机“S”特性对机组水头低时发电影响及对策分析

介绍了水泵水轮机“S”特性并从理论上分析了其形成的原因。由于活动导叶与固定导叶的共同作用，抽水蓄能机组水头低时发电，导叶异步开启时，进入转轮前部分水流的流速得到了提高，并高于导叶同步开启时进入转轮前水流的流速。从而有效地改善了对应空载工况点处的“S”特性，解决了水泵水轮机“S”特性此时对机组运行的不利影响。并结合实例进行了分析。     

不同步导叶对混流式水轮机压力脉动的影响分析

采用Realizable k-ε模型,对混流式模型水轮机三维全流道非定常湍流进行模拟,在实验验证的基础上,对不同步导叶(MGV)作用下的压力脉动进行了分析.选择部分负荷工况,分别研究MGV在5种不同开度下水轮机各过流部件的压力脉动特征.计算和实验结果表明:MGV不改变尾水涡带的旋转频率,随着MGV开度的变化,尾水管内主频和非主频的变化规律不同,甚至可能相反;转轮内的脉动主频为转轮转频与尾水涡带的旋转频率之差,其幅值变化规律与尾水管内脉动主频相同;MGV使转轮上出现了新的压力脉动频率,其值为转频与MGV数量的乘积,不同步导叶的开度偏离同步导叶开度越大,该频率的振动越强;在MGV作用下,各点主频脉动变化规律与采用同步导叶调节反映的规律是相似的,使用MGV装置可以在保证机组出力的条件下避开有害的压力脉动区.     

水泵水轮机甩负荷过渡过程中脉动压力的模拟

水泵水轮机甩负荷过渡过程中脉动压力幅值较大,甚至可达近百米,但一维数学模型计算所得为均值压力,即水击压力,无法模拟脉动压力。工程设计中通常依据经验确定脉动压力极值的变化范围,但无从考虑不同水泵水轮机、甩负荷不同工况轨迹线的对脉动压力的影响。为此本文利用水泵水轮机模型试验脉动压力等值线图,并结合甩负荷工况轨迹线对脉动压力的幅值进行预测,结果表明预测值与实测值的波形基本一致。该方法不仅能较准确地模拟由水击压力和脉动压力构成的总动水压力,而且有利于导叶关闭规律的优化,即优化甩负荷工况轨迹线,避开脉动压力最严重的区域(大开度飞逸点附近区域),使得总动水压力极值最小。     

混流式机组暂态转速上升的计算公式

众所周知,当机组在t_0瞬间丢荷后,由于调速器接力器滞动t_0始带动导叶动作,经Ts秒将导叶全关或复开至空载开度。在此过程中,导叶迅速关闭使流量及进水流向急剧变化。而因水锤作用按某一规律上升,机组效率按某一规律水头下降。过渡中瞬间t的出力N_t (图1)为:     

抽水蓄能机组泵工况分阶段启动及经济运行

在仙游抽蓄电站机组调相转抽水的过程中,由于导叶开启过快,使得电机功率改变量较大,导致电网频率波动较大。对此,本文提出了在泵工况采用导叶分阶段线性启动的解决方法。基于高扬程水泵水轮机模型转轮特性数据,研究了不同导叶开度时机组运行的稳定性;分析了水泵流量、轴功率、效率与扬程和导叶开度的关系,提出了确定泵工况高效经济运行最大导叶开度的方法。通过对水泵和水轮机工况区压力脉动的比较分析,得出水轮机工况的压力脉动比水泵工况相同位置的大得多,所以水泵工况也可以采用导叶开度分阶段开启方式的重要结论。对水泵零流量工况的分析表明,当水泵启动时,采用缓慢开启导叶的方式有利于避免发生较大的零流量压力脉动现象。同时,选择较小的导叶开启目标开度有利于减小零流量压力脉动强度。最后,水力过渡过程计算示例表明,在水泵启动过程每个阶段导叶保持不变的过程中,水压和轴功率波动幅度较小且很快衰减,机组能够稳定运行,发生超过水轮机工况压力脉动的风险微小。由于高水头或高扬程水泵水轮机转轮单位流量和力矩特性及压力脉动具有类似特点,上述结论也可供其它抽蓄电站参考。     

水轮机工况下的水泵水轮机静态稳定

S区是水泵水轮机与常规水轮机转轮主要的差异，是导致水泵水轮机稳定性问题的主要因素之一。本文从单位流量Q11、单位力矩T11和单位转速n11基本定义出发，分别导出了全特性曲线上单位流量Q11与单位力矩T11对单位转速n11的导数，根据单位流量Q11与单位力矩T11的微分特征，结合定导叶开度情况下水轮机工况流量Q-工作水头H和反水泵工况流量Q-工作扬程H特性曲线，分别获得了水轮机工况和反水泵工况机组稳定运行需满足的条件。采用静态稳定理论获得了水泵水轮机在水轮机工况和反水泵工况稳定运行时工作水头/扬程扰动量所满足的关系，在此基础上给出了水轮机稳定运行需满足的条件并定义了S区。研究结果为建立水泵水轮机在水轮机工况的稳定运行区提供了技术支撑。