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.     

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。     

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。     

混流式水轮机减压管对密封间隙及其周围流场的影响

混流式水轮机转轮上冠和顶盖间的压力腔中所产生的压力脉动会影响机组运行的稳定性。本文以某电站机组为例,通过含减压管的原型水轮机三维全流道湍流计算,分析了压力腔及转轮密封间隙中的压力脉动的形成过程,以及减压管数目对其影响,并且分析了减压管与转轮密封间隙泄漏量的关系。     

混流式水轮机转轮区叶道涡压力脉动数值研究

混流式水轮机在偏离最优工况区运行时,不但在尾水管中有明显的旋转涡带,在转轮区也会有涡束沿着叶片流出,我们称之为叶道涡.随着大型混流式水轮机的广泛应用,叶道涡有可能对机组的稳定运行产生影响.本文利用数值模拟技术对某混流式模型水轮机转轮内压力脉动进行研究.研究表明:转轮区的压力脉动主要是由叶道涡诱发的,叶道涡的频率基本等于转动频率.     

龙羊峡水电厂机组转轮裂纹成因分析

水轮机在高水头低负荷区域运行时容易出现不稳定流动,从而引起过流部件的压力脉动,这是转轮产生裂纹的原因之一。文章结合龙羊峡机组的运行情况分析了水轮机在高水头运行时的特性,对机组转轮产生裂纹的原因提出了解决方案。     

混流式水轮机叶片裂纹成因分析

对棉花滩水电站混流式水轮机转轮叶片的裂纹进行描述;根据水压力脉动和噪声测试、转轮结构力特性进行的有限元分析计算、现场机组稳定性和水力稳定性测试、现场叶片无损探伤检查等试验计算结果,对叶片裂纹产生的原因进行分析。     

某混流式机组转轮裂纹原因分析及处理措施

本文对某混流式水轮机转轮近5年出现裂纹的位置和数量迚行了统计,研究了裂纹发展的趋势和规律。从转轮的选型设计、结构设计、铸造材料、叶片强度、制造工艺、运行特性以及裂纹修复等形成裂纹的各个方面迚行了裂纹原因分析。针对裂纹形成的原因,提出了局部加强叶片强度和改迚叶片裂纹修复工艺的处理措施及相兲预防措施。为有效控制和减少水轮机转轮裂纹的发生提供一定的参考。     

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。     

大水头变幅工况下混流式水轮机尾水管水压力脉动分析

该文分析了在水头变幅较大的工况下混流式水轮机尾水管压力脉动与转轮出口环量及单位参数之间的关系。以三峡水电站水轮机运行工况为模拟条件进行了混流式水轮机尾水管压力脉动试验研究。研究结果表明 ,适当选定混流式水轮机额定参数对减轻尾水管水压力脉动是十分有效的。图 4表 2参 7     

混流式水轮机不锈钢转轮叶片应力有限元分析

针对混流式水轮机组不锈钢转轮叶片反复开裂的严重问题,通过ANSYS有限元模拟分析转轮叶片制造过程中产生的焊接残余应力和额定工况运行时叶片的应力分布.仿真计算结果表明,出水边焊缝附近是应力的峰值区域,残余应力和工作应力的综合作用是导致叶片产生疲劳裂纹的根本原因,计算结果为设计、制造阶段焊接残余应力和运行阶段转轮应力测试提...     

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。     

基于CFD的长短叶片水轮机压力脉动研究

以长短叶片混流式水轮机三维定常湍流计算结果作为非定常湍流计算初始条件,结合混流式水轮机湍流流动进行全流道三维非定常模拟研究。通过在蜗壳进口、固定导叶及活动导叶前、转轮前和尾水管截面测点压力脉动及频谱分析,得出长短叶片混流式水轮机内压力脉动产生和传播的部分规律。     

万家寨水电站水轮机运行状况分析及改进

针对万家寨水电站水轮机开停机过频、负荷率及运行效率低、机组运行稳定性参数 (振动、摆度、压力脉动 )超标、磨蚀严重、转轮裂纹及部件损坏等运行方面的问题 ,进行了系列试验分析 ,通过采取改善机组运行工况 ,对机组进行动平衡调整、转轮裂纹进行补焊、锥管进行补强等措施 ,使水轮机运行的问题得到初步解决。     

《东方电机》2005年总目次

水轮机作者期数页码贯流式机组的类型及东电大型竖井贯流式机组的开发钱昌燕孙媛媛11～12防止混流式水轮机转轮叶片产生裂纹的措施陶喜群113～18水轮机活动导叶计算机辅助配重计算方法付丰旗周文凯119～22,28龚嘴电厂水轮机改造压力脉动试验研究徐巍巍123～28主泵的全流道CFD分     

防止混流式水轮机转轮叶片产生裂纹的措施

本文通过对已在电站运行的一批大中型混流式水轮机转轮叶片裂纹情况的分析,介绍了其产生原因,提出了预防措施。     

混流式水轮机压力脉动计算

本文依据国内外大量混流式水轮机压力脉动实测试验结果,对理想流体应用毕奥-萨瓦尔定律,以兰姆型方程和伯努利方程为理论基础,导出了计算混流式水轮机转轮出口压力脉动振幅的实用公式。     

巨型水轮机长短叶片转轮现场焊接工艺分析

白鹤滩项目转轮是我国迄今为止设计制造的尺寸和重量最大的长短叶片混流式水轮机转轮,其独特的长短叶片结构形式可使转轮在部分负荷的运行范围内的效率得到提升,其优良的水力学性能需要极为严格的结构尺寸公差控制以及精品焊缝保障。为了实现白鹤滩转轮精品制造的目标,重点介绍了白鹤滩机组长短叶片结构形式混流式水轮机转轮现场焊接的一系列关键工艺。     

黄河万家寨水轮发电机组稳定运行的综合措施

通过对万家寨水轮发电机组真机测试数据的分析研究 ,发现该水轮机转轮叶片发生裂纹的主要原因是受现行水轮机选型原则的限制 ,该站部分水轮机在高水头下稳定性差 ,而同时转轮叶片出水边与上冠相接部位应力有较高集中所致。提出了为保证混流式水轮机高水头段的稳定性 ,应保证转轮叶片负压侧进口脱流线穿过最大水头的观点 ,并据此划分了水轮机的 3个运行区域 ,指导机组运行于稳定区 ,使转轮裂纹大幅度减小。同时通过对转轮采用补焊应力释放三角块的补强措施、机组动平衡试验、机组补气量试验、水轮机转轮泄压孔封堵试验等研究 ,为万家寨水轮发电机组的稳定运行提出了一系列的综合措施 ,其中部分措施已起到了作用 ,提高了机组运行的稳定性