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。     

混流式水轮机大负荷压力脉动模型试验研究

混流式水轮机涡带压力脉动是引起水电机组剧烈振动的主要水力因素之一,其关注重点是低负荷偏心涡带,对大负荷直涡则研究较少.但是,在部分水电站大负荷压力脉动很严重,有的甚至引起尾水管底板撕裂、转轮掉块等问题,严重影响电站运行安全.本文重点介绍了某混流式模型水轮机进行大负荷压力脉动试验的方法及结果.试验过程中,在测量压力脉动的...     

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。     

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。     

混流式水轮机尾水管压力脉动研究综述

混流式水轮机尾水管压力脉动是造成机组运行不稳定的重要原因，严重的脉动甚至会威胁厂房的安全，而尾水管涡带是产生压力脉动的首要原因。所以，混流式水轮机尾水管涡带的研究对解决压力脉动有着十分重要的意义。为此，就混流式水轮机尾水管压力脉动的研究，即从理论研究、模型实验、数值模拟和真机试验4个方面。重点阐述在部分负荷、满负荷以及超负荷工况下的尾水管涡带特性参数变化的特点，介绍数值模拟方法在解决尾水管振动问题上的优缺点以及目前在真机试验上检测尾水管振动的新方法，从而也提出解决尾水管压力脉动的几个途径。     

基于CEEMDAN的HHT方法在混流式水轮机尾水管涡带分析中的应用

混流式水轮机尾水管涡带引起的低频压力脉动现象严重影响水电机组运行的稳定,目前急需对机组运行时的涡带状态进行实时分析。尾水管振动包含丰富的机组运行信息,通过处理振动信号可以有效提取其中的低频压力脉动成分。考虑到振动为非平稳时变性信号,频率成分多,低频特征提取难度大,涡带分析需兼顾时域与频域,因此引入基于完全自适应噪声集合经验模态分解(CEEMDAN)的希尔伯特-黄(HHT)变换对振动信号进行信号分解与时频转换。研究从尾水管振动信号中分解出了分布在1 Hz～300 Hz频率内的4～8种频率成分,通过其中低频压力脉动信号的时频特征,对尾水管涡带进行分析。结果表明,该方法可以准确判断混流式水轮机运行过程中的尾水管涡带情况,在涡带识别领域具有适用性与时效性。     

关于减小混流式水轮机压力脉动的探讨

运行中的水电站由于受电力系统负荷变化的影响,机组出力都在发生着变化,总是偏离最优工况运行。这就使水轮机过流部件尾水管进口处产生压力脉动,给机组稳定运行带来不利影响。特别是机组在非设计工况运行时,压力脉动更大,常常使机组振动加剧,使之无法正常工作。因此,运行中的机组应该避免在非设计工况下运行。为减小压力脉动,作者提出了在尾水锥管段设置格栅的新型结构的设想,认为根据文山马鹿塘电站的特点可进行这方面的试验研究。     

清溪二级水电站尾水管补气设计

为提高反击式水轮机低负荷运行的稳定性,通常对水轮机采取补气措施或其他机械方法破坏尾水管涡带的影响,达到减轻压力脉动和消振的目的。清溪二级水电站具有水头变化比大,机组在低负荷运行历时长的特点。本文着重介绍该电站在设计上采用加强尾水管自然补气措施,以提高机组在低水头、小负荷运行的稳定性。经运行表明,达到了预期的效果,为机组安全运行,创造了有利条件。     

混流式水轮机尾水管压力脉动试验分析

压力脉动产生于机组运行过程的非定常流场,是引起水轮机组振动及不稳定运行的主要水力振动源之一。其中,尾水管的螺旋状涡带是引起水力振动的最主要因素。本文通过对混流式水轮机模型试验,研究了混流式水轮机尾水管内压力脉动与空化系数、泄水锥形状及补气量的相互关系。     

墨西哥安哥斯图拉水电站的振动问题

墨西哥齐亚巴斯州贝里萨利奥·多明谷(Belisario Dominguez)水力发电站在中间负荷下运行时碰到了严重的静态振动问题。本文就这一问题的分析和解决作了叙述。安哥斯图拉水电站有时称为贝里萨利奥。多明谷水电站,座落于墨西哥东南格里亚尔瓦河上。该电站装有五台立式混流式水轮机,其水头为91.5米,引用流量185m~3/s,转速128.57转/分,单机额定出力18.4万千瓦。在1975年底该电站开始运行后,发现机组带部分负荷运行时,蜗壳和尾水管内有异常的压力脉动现象。从测量仪表上可看到,这种脉动表现为压力的周期性变化;伴有强烈噪声,噪声的大小有明显的周期性;在某些特殊情况下,因为尾水管水流压力低,而形成的涡带,会引起水轮机用负荷。     

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。     

隔河岩水电站机组稳定性分析

隔河岩电站机组自投运以来，虽然其综合性能较好，但也存在机组振动摆度偏大的部分负荷区域。通过模型试验和真机测试对比分析可知，两者具有一定的相关性。引起机组振动摆度过大的原因主要是部分负荷下尾水管偏心涡带所引起的低频振动。模型试验和真机测试表明，轴心补气对改善机组运行稳定性有一定的效果。建议进一步进行真机补气和不补气两种情况的对比试验，并测试尾水管压力脉动值；分析机组振摆过大的原因并采取相应的对策，扩大机组稳定运行范围。     

小浪底水电站水轮机水力振动监测与评估

为准确掌握小浪底水轮机允许运行边界条件,采用非旋转设备振动测量评价方法,在水轮机尾水管进人门处水平方向安装低频振动位移传感器,通过测量不同负荷工况下尾水管水平振动、顶盖水平/垂直振动与水轮机顶盖下腔、蜗壳进口、尾水管进人门、尾水管扩散段等处压力脉动变化数据,得出尾水管水平振动与压力脉动峰峰值变化趋势呈现一致性,结合测量数据、尾水管进人门现场噪声情况和模型水轮机综合特性曲线对水轮机运行稳定性进行了分析和评估,验证了真机运行特性与模型水轮机综合特性曲线的一致性,证明了用尾水管水平振动衡量尾水管内水力因素影响是进行水轮机水力振动评估的有效手段。     

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。     

部分负荷下混流式水轮机尾水管压力脉动试验

为解决严重的水力机组振动问题,进行水轮机尾水管内部水流压力脉动模型试验,在直锥段内部安放传感器,在尾水管边壁安放传感器,在部分负荷下测定不同工况水压力脉动在波形及频谱上的变化规律。试验结果表明,尾水管内压力脉动在不同工况及不同位置下均不相同,直锥段内压力脉动与转轮出口流态密切相关,弯肘段压力脉动在幅值上与直锥段压力脉动略微不同,两种测点布置的结果略微不同,实际测量时需按情况选择测量方法。     

龙羊峡水电厂4号机的稳定性试验

为使机组稳定运行,龙羊峡水电厂4号机尾水锥管中装有8根D_g200的补气短管.短管的补气口设在其所在的尾水谁管断面距边壁0.15R处,背水流方向.由于各种原因,4号机尾水补气口未能达到预期的补气效果,致使机组的出力摆动、压力脉动及各部振动偏大,形成了“不稳定工况区”,长期影响机组的调度和运行.根据“稳定性试验”时的补气状态及机组振动特征,将补气口位置改到0.3R处,从而解决了尾水管补气不畅和机组振动偏大等问题,消除了机组的“不稳定工况区.”     

李家峡水电站双排布置的水轮发电机组的运行分析

通过机组双排布置的模型试验，现场运行的稳定性以及现场实际运行监测的结果，对李家峡水电站双排布置的水轮发电机组的运行情况进行了总结，双排机组联合运行时，不同的负荷对机组间的性能影响是很大的，改善了上游排机组尾水管的水力特性，但对下游排机组尾水管的压力脉动影响较大。负荷的调配应遵循机组双排布置的特性，机组间进行合理的负荷分配。     

混流式水轮机转轮倒置安装轴向水推力的计算

目前大中型水电站混流式水轮机轴向水推力大，尾水管中涡带所产生的压力脉动常引起机组振动。如水轮机转化倒置安装，将向下的轴向水推力改为向上，可以抵消机组转动部分的重量；如改变尾水管形状，可以消除涡带压力脉动，减小机组振动。以漫湾电站为例，经过计算说明正常安装与倒置安装轴向推力轴承负荷可大大减小。但倒置安装后其结构问题尚需进一步研究。     

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。