混流式水轮机压力脉动特性研究

为探究不同长短叶片比例对混流式水轮机压力脉动特性的影响,基于流场数值模拟的计算方法,对不同长短叶片比例的混流式水轮机进行全流道三维非定常湍流计算。计算结果表明,混流式水轮机内部的压力脉动主要由转轮和导叶的动静干扰以及尾水管的低频压力脉动所致;当短叶片出口离转轮旋转轴最近点处与长叶片直径之比为0.6时,混流式水轮机效率最高,为92.66%,且该混流式水轮机各过流部件对应的压力脉动幅值以及振动幅值也最小,水力稳定性最好。对研究背景、计算方法与步骤,以及计算结果的分析等情况均作了较为详细的介绍。     

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。     

灯泡贯流式机组转轮室裂纹原因分析与处理

转轮室是灯泡贯流式机组重要的过流部件,是转轮进行能量转换的重要场所。机组运行过程中由于过流造成的卡门涡带、狭缝射流、压力脉动等不利因素,贯流式机组转轮室容易出现汽蚀与裂纹等质量缺陷。1F机组转轮室裂纹经过处理之后,机组在各种工况下运行时,检查转轮室本体及加固筋板无裂纹产生,各焊缝均无开裂,运行状况良好。     

直埋式蜗壳结构动力响应特性真机测试分析研究

水电站直埋式蜗壳的钢衬和外围混凝土完全联合承载,蜗壳内部的静动态内水压力很大的比例可以外传至外围混凝土结构,从而引起蜗壳结构较大的振动反应。采用数学统计和Welch法的功率谱估计分析方法,针对机组升负荷运行时蜗壳振动测试信号进行分析处理。结果表明,在升负荷运行时,尾水管脉动压力为主要水力振源;蜗壳内部脉动压力、蜗壳外围加速度与尾水管脉动压力变化趋势基本相同;同时揭示了直埋式蜗壳脉动压力振动能量的衰减、传递规律。可为直埋式蜗壳的机组与厂房的振动评估及动力反馈分析提供可靠的依据。     

某机组异常压力脉动下尾水管的处理及其刚强度、疲劳寿命评估

某机组在进行72 h试运行时,发现在部分负荷工况下机组出现了明显的异常压力脉动,并引发上机架和顶盖的振动幅值超出了国家标准。为了解决这一问题,采用基于有限元的有限体积法对机组进行了三维计算流体力学模型分析,对尾水管T管的刚强度和疲劳寿命进行了计算,使用在尾水管锥管内增加T管补气的方式,成功消除了机组部分负荷工况下的异常压力脉动,为解决工程实际问题提供了有力的依据。     

冯家山水电站水轮发电机组的振动防治

根据冯家山水电站水轮发电机组的振动原因及特点,提出了相应的防治方案:一级站机组以避振运行和加强轴瓦维护为主,二级站机组以避振运行、尾水管适时适量补气和加强过流部件修复为主。通过综合防治,机组的振动强度及噪音明显减弱,大轴摆度符合要求,转轮等过流部件汽蚀程度降低,延长了大修周期,降低了运行成本。     

三峡左岸电站VGS 机组真机与模型压力脉动对比分析

为了解真机在不同运行水头下的压力脉动、振动、摆度与噪声等稳定性参数及水轮机效率,分析真机实测试验结果与模型试验结果的相互关系,划分机组稳定运行区域和指导机组优化运行,三峡水力发电厂于2006年开展了135～156m升水位机组稳定性与能量性能试验.本文就升水位过程8F机组(VGS)压力脉动作了详细分析,发现模型试验中出现的高部分负荷特殊压力脉动带在升水位(141～155m)真机试验中不明显,在升水位过程,真机在特殊压力脉动带的幅值有增大的趋势但增幅很小,主频也与模型不一致,模型试验结果约为2倍和4倍转频,而在真机中是0.3Hz的尾水管涡带频率.     

三峡机组振动稳定性问题应以预防为主

三峡机组的振动稳定性问题，必须坚持以预防为主的原则，因为：三峡机组不允许出现强烈振动问题；没做好预防工作是振动问题出现的根本原因；三峡机组振动问题的后处理将更加困难；国外厂家在振动问题上也没有绝对把握；三峡机组已具有相当的预防条件，因此要尽快落实各项具体预防。作．提出了振动的分类及常规振动和异常振动的预防途径．三峡机组振动预防中需要注意的具体问题有：尾水管涡带压力脉动及其对机组运行的影响，控制上机架、下机架和水轮机顶盖的刚度是控制常规振动幅值的关键，等等．预防振动的关键技术研究有4个方面：（1）已投运巨型或大型机组振动问题分析；（2）机组部件和局部水体振动特性的计算；（3）机组部件动力响应计算；（4）确定三峡机组的常规振动载荷.     

低比转速导叶式混流泵水力性能分析

为了研究低比转速导叶式混流泵的水力性能,本文基于三维湍流流动雷诺时均N-S方程及SST k-ω 湍流模型对该泵内部三维流动进行定常数值计算.给定不同流量,分别计算分析混流泵的扬程、效率与流量的关系,预测水泵能量特性,并分析该混流泵在五个典型流量工况下各过流部件的水力损失及流场特性.结果表明,小流量工况,导叶区的流动分离...     

国外解决尾水管中不稳定流的几种办法

水轮机尾水管中存在不稳定流,形成压力脉动,引起机组振动,是混流式水轮机和轴流定桨式水轮机运行中的突出问题。国内外都在寻求解决压力脉动的方法。一般都用向尾水管补气或设置导流栅、阻水栅等措施,但R.H.西克却提出改进尾水管和转轮泄水锥的设计也能消除压力脉动,提高机组运行的平稳性和效率,并在许多机组上取得了令人满意的结果。     

混流式水轮机部分负荷水力振动

混流式水轮机组不稳定运行问题多数已被人们所认识,并有可行的工程措施予以解决。然而大量的现场试验研究结果表明在某些电站,存在一个脉动频率略高于机组转速频率的强水压脉动区,机组在此区域产生强烈振动,不能保证安全运行。将在湖南欧阳海水电站、黄河万家寨水电站试验中遇到的此方面问题进行介绍和探讨,分析了水轮机低负荷水压脉动区产生的原因和问题的解决方法,提出了在水轮机选型设计、水轮机及电站设计制造、合理选择水轮机安装高程、水轮发电机组运行管理等方面应注意的问题和解决措施。     

微型低比转速混流式水轮机的 水力特性分析

本文介绍了一种由冷却塔中冷却循环水驱动的微型水轮机。该机流量限于循环水流量、功率限于风机功率、水头依赖流量与功率;其蜗壳平面尺寸小,不设导水机构,转轮流道狭长。为了解该水轮机的水力特性,采用数值模拟与试验相结合的方法对其进行研究。研究表明：对于同一水轮机,其内流场特性表现出相似性,能量和压力脉动等水力特性也表现出相似性,水力效率相等,水力损失相等。该水轮机的水力效率较低,水力损失较大,其水能主要损失于引水部件,其次是转轮;由于引水部件距离转轮近,其固定导叶叶道的水力振动幅度达到10%以上。     

核主泵关键过流部件非定常流动特性分析

为改善核主泵的水力性能,减少核电事故,促进核主泵的国产化,对混流式核主泵的水力单元进行了定常与非定常数值计算,以探究其关键过流部件的流动特性。对流量在0.2~1.0 Q0工况条件下核主泵的外特性进行了分析,重点对其极小流量工况、最优工况以及设计工况下叶轮与压水室的内流特性进行了分析研究。结果表明,叶轮叶片的进口靠近后盖板的位置容易出现涡流,在叶轮的出口部位,压力脉动最为剧烈,而且叶轮的压力波动幅度明显要高于压水室的;压水室类球形蜗壳内的流体流动呈螺旋状,在其近壁面,特别是类隔舌的位置,较易形成不稳定的流动;叶轮与压水室压力脉动的主频与叶频相近,核主泵水力单元的最优工况出现在0.8 Q0,其效率为82.22%;同时研究结果还表明,如果流量过小,则易造成大量的绕流漩涡,而且压力脉动的程度也将随之显著增加。     

大型混流可逆式机组“S”形特性的现场测试

“S”形特性影响到混流可逆式机组的空载并网、调相以及紧急停机等操作,对机组的安全、稳定运行非常重要.通过现场测试对宝泉抽水蓄能电站1号机组的“S”形特性进行了研究,获得了机组进入不稳定“S”区后的三导(上导、下导、水导)摆度、上下机架振动以及内部测点压力脉动的幅值及频谱特性,为深入认识混流可逆式机组的“S”形特性提供了依据.     

基于结构声强的水电站厂房振动传递路径研究

基于结构声强理论对ANSYS进行二次开发,实现了水电站厂房结构声强计算及矢量可视化。以一大型水电站坝后式厂房为研究对象,对其在机墩垂直动荷载和尾水脉动荷载分别作用下的结构声强进行了计算和分析。根据厂房立柱、楼板和风罩等部位的结构声强值和矢量图得到了该电站厂房结构振动的主要传递路径。研究结果表明,该厂房振动传递的主路径为:振动通过机墩或蜗壳外围混凝土结构传递到柱梁和风罩,再传到发电机层楼板;振动通过尾水管传递到蜗壳外围混凝土,然后传到机敦,接着传到风罩、柱子和梁,再传到发电机层楼板。结构振动传递路径可为水电站厂房结构优化设计和减振提供技术支持。     

抽水蓄能电站地下厂房振因仿真分析

利用三维有限元分析方法,对某抽水蓄能电站主厂房两台机组进行了动力特性及动力响应仿真分析研究。根据地下厂房整体自振频率、局部构件自振频率与厂房振动主频的错开度分析结果,厂房的剧烈振动是由局部支撑构件在振源激励频率下发生共振引起的。通过对比现场试验振动加速度分布规律和有限元模型时间历程响应数值计算得到的振动加速度分布规律的对比分析,发现引起厂房振动的主要水力振源为导叶后与转轮之间的压力脉动,频率为2倍叶片过流频率(100Hz)。对该抽水蓄能电站的振因分析的研究结果为今后抽水蓄能电站设计阶段的抗振校核和运行阶段振动原因分析提供了参考。     

15度斜式轴流泵装置水动力特性实验研究

15度斜式轴流泵装置是我国近年在低扬程、大流量泵站引入的一种新型泵装置,由于出水流道前端呈S形弯曲,流道内的二次流导致某些工况下压力脉动和振动较大,这一问题尚有待深入研究。本文针对浙江盐官泵站技术改造所研制的新型15度斜式轴流泵装置进行了水动力学特性的实验研究。研究发现,与泵段相比,斜式轴流泵装置的最优工况点向负叶片角度和小流量区偏移。泵装置在较小叶片角度下的空化特性优于大叶片角度;当装置空化余量低到使泵装置效率下降1%时,叶片背面出现占据近1/3叶道区域的空化区。斜式轴流泵的飞逸转速在较大负叶片角度时可达额定转速的1.73倍。斜式轴流泵压力脉动在导叶出口、出水弯管和出水流道内明显高于常规立式轴流泵;从水泵进口方向看,当叶轮逆时针方向旋转时,斜式轴流泵装置出水流道隔墩左侧流量大于右侧。本文研究成果为大型斜式轴流泵站优化设计和稳定运行提供了新的科学依据。     

自吸泵内能量损失及非定常流动特性研究

自吸泵由于其特有的气液分离腔和回流孔结构使得其内部流动更为复杂,本文针对自吸泵内能量损失及非定常流动特性开展实验和数值研究。通过开展模型泵水力性能实验,发现数值计算结果与实验结果具有较好一致性。利用熵产理论和Q准则定量分析了不同工况下自吸泵内不同区域的能量损失特性及涡核分布特征,结果表明:泵内熵产分布特征与水力损失分布特征基本一致,叶轮、蜗壳和气液分离腔是自吸泵内能量损失的主要区域。蜗壳内部的压力脉动强度在靠近隔舌区域较大,蜗壳中段处变弱,蜗壳出口扩散段处又进一步增强。在小流量工况下,叶轮和蜗壳内部涡核分布面积较大,涡核主要分布在叶轮的进口处和出口处。