混流式水轮机转轮振动特性

为掌握混流式水轮机转轮振动特性以及各部件对转轮固有频率的影响规律,采用有限元法并基于流-固耦合模态分析理论,以某转轮为例,建立分析模型。结果表明,受水体影响转轮各振型的固有频率会不同程度地降低,转轮整体振型如扭转、弯曲和抬升等振型对应的水中频率与空气中频率的比值依次减小,仅叶片振动时对应的水中频率与空气中频率比值随叶片振动形态的增强而增大;叶片振动对应的频率覆盖频域较宽,很难避免共振现象的发生;上冠减薄,转轮固有频率降低,下环减薄,转轮摆动、扭转、弯曲振型对应的固有频率提高,其他振型的固有频率均降低,出水边补强转轮固有频率提高。结合分析结果和影响因素,提出了补气、修整叶片出水边、改善泄水锥形式、加设稳流装置等改善转轮水中振动状态的措施。     

大型竖井贯流泵压力脉动及轴系模态优化

为研究某大型竖井贯流泵的稳定性,基于ANSYS Workbench软件对南水北调某泵装置进行全流道数值模拟来研究水泵的压力脉动分布规律和轴系模态。计算结果表明:贯流泵转轮进口及出口处监测点的压力脉动时域图呈现出周期性;压力脉动的主频多为转频和转轮倍频,脉动幅值有随着扬程增大而增大;转轮转动是形成轴向水推力的主要因素,轴向力和径向力随着扬程的增大而明显增大;轴系在水体中固有频率下降幅度较小,干湿模态的高阶频率基本一致;对比非定常计算结果和模态分析结果,与转轮的固有频率差距较大,不容易引起共振,满足结构强度要求;模态优化结果显示,随着主轴直径的增大,轴系各阶的固有频率出现逐渐增大的趋势,而增长主轴长度,各阶的固有频率出现逐渐减小的趋势,同时轴承长度的增长会导致各阶的固有频率随之增大,其中增长轴承长度以及增大轴直径的变化对固有频率的影响更为明显,1阶频率分别增大83%和18%。研究结果为贯流泵装置水力设计和稳定性分析提供一定的参考。     

水轮机转轮干湿模态振动特性分析

混流式水轮机在运行过程中引起振动的因素很多,当引起的振动频率与转轮固有振动频率相关时,转轮将产生共振对转轮造成疲劳破坏。通过ANSYS软件对HL160水轮机转轮进行干湿模态分析,得出转轮在空气和水中的自振频率和振型等振动特性,对转轮进行湿模态分析是必要的,湿模态分析能够较为真实地考察转轮在水下的实际振型。     

基于流固耦合的水轮机振动的数值研究

该文研究应用ADINA软件采用任意拉格朗日欧拉(arbitrary Lagrange-Euler,ALE)法对一混流式水轮机转轮进行了流固耦合计算,得出了转轮在空气中和水中的频率和模态.通过计算表明在水压载荷和黏性载荷的作用下,水轮机的转轮频率存在一定程度的下降,模态发生了变化.并应用动态断裂力学预测了该转轮可能发生的裂纹破坏.     

基于流固耦合的水轮机振动分析

在流固耦合的基础上采用附加质量阵的方法对某-混流式转轮进行了振动分析,得出了叶片和转轮在空气和水中的振型和频率,并比较了流量和离心力对转轮模态的影响.对于小型转轮,离心力和小流量工况对转轮的震动影响较大,随着离心力的增加,转轮振动的频率有了明显提高,某些阶次接近转轮在空气中的固有频率.低频振动对水轮机的稳定性破坏比较大,要尽量避免机组低频振动.     

水泵水轮机内部流态特性及预应力模态分析

为研究抽水蓄能电站中水泵水轮机在不同水头下水轮机工况的稳定性,应用ANSYS Workbench平台进行了全流道数值模拟,研究了水泵水轮机的压力脉动机理并开展预应力模态分析,将模拟结果与试验结果对比,验证其可靠性。计算结果表明：额定水头下水泵水轮机流态较好,水流涡带现象与水压力脉动关联紧密,各部件监测点采集到的压力脉动呈现出一定的周期性;压力脉动的主频多为转频及其倍频,转轮与活动导叶间的动静干涉是无叶区压力脉动的主要来源;预应力下转轮的固有频率与各部件水力激振频率相差较大,因此发生共振的可能性较小。研究结果对水泵水轮机振动诱因分析及提高运行稳定性具有参考价值。     

混流式水轮机整体结构有限元分析

由于混流式水轮机整体结构的复杂性,因没有成熟的理论指导,在设计阶段对动力特性难加以考虑.通过有限元建立其动力学控制方程,以大型有限元软件为平台建立有限元计算模型,并使用先进的Lanczos法对结构整体与局部模态分析确定结构的固有频率和振型等动力特性.同时与其他振源频率进行了比较分析,研究其出现共振的可能性.     

水中运行设备共振幅频特性研究

在水力机械等淹没水中设备的运行中,常遇到剧烈振动造成设备损坏等故障,多认为由共振引起。本文首先对单自由度简谐振动系统自由振动、强迫振动方程的稳态振动解进行无量纲化处理,计算出不同阻尼比条件下的共振频率比、共振幅值比,发现阻尼比、共振频率比、共振幅值比三者之间存在一一对应的单调变化关系,并据此提出了分别测量设备在水中及空气中的自由振动频率,假定空气中自由振动频率为设备固有频率,再依次确定水中阻尼比和共振幅值比的反求式估算方法。本研究采用敲击法进行了混流式水轮机模型转轮水中及空气中自由振动频率测试,发现其水中自由振动频率比空气中低,其水中一阶自由振动频率与空气中一阶自由振动频率之比约为0.758~0.872;如假定该值为水中自由振动频率比,可计算出相应的水中阻尼比为0.652~0.490,共振幅值比约为1.01~1.17。本研究还进行了中间固定两侧悬臂梁在空气及水中的真实共振试验,在两侧悬臂梁计算固有频率附近均发生明显共振,发现水中共振频率比空气中明显降低,用反求法获得的水中共振幅值比小于2,水中共振幅值对空气中初始振动幅值放大倍数也非常小,进一步说明水中共振时对激振幅值的放大作用非常有限。     

基于声-固耦合的水轮机转轮动力特性研究

水轮机转轮的动力特性对水力发电机组和电站厂房的振动噪声设计具有重要意义。基于声-固耦合理论,考虑转轮表面水压及离心力应力刚化效应对转轮动力特性的影响,建立了一种转轮湿模态计算模型。以某电站水轮机转轮为研究对象,研究结果表明:相比干模态,湿模态具有相同的振型,但固有频率有所衰减,前4节径模态衰减系数约为0.77;转轮工作应力主要由离心力引起,表面水压作用较小,应力刚化不会改变转轮的湿模态振型,但会使固有频率略微提高,前4节径增长比不大于2.14%。     

基于模态分析的水轮机故障诊断研究

针对某振动较剧烈的水轮机,通过数值计算模拟水轮机叶轮附近压力脉动情况,并以此为边界条件计算水轮机的振动固有模态,分析其自身结构与异常振动的关联性。研究表明,水轮机运行时,水体压力脉动频率主要集中在24.5和49 Hz附近,即其叶轮通过频率的一倍频和二倍频,尤其是在叶片角度大于0°时,而水轮机叶轮模态分析所得的前2阶固有频率也在49.0 Hz附近,压力脉动频率和水轮机叶轮固有频率具有一定的相似性,因此容易引发共振,这也是该电站水轮机在叶片角度较大时振动较激烈的主要原因。     

大朝山电站转轮裂纹处理之我见

大朝山电站水轮机转轮由于卡门涡频率与叶片固有频率耦合，产生共振，使叶片短期出现严重裂纹，文章对裂纹及处理情况进行了介绍，同时提出了作者的意见和建议。     

株溪口水电厂机组转轮室结构安全数值分析

建立了株溪口水电厂灯泡贯流式机组转轮室的三维模型,采用有限元法,对转轮室的动静力特性和疲劳进行了分析。结果表明:模态计算显示机组正常运行时,转轮室的固有频率应在37~47 Hz,现场试验测点转轮室振动频率为叶片频率,转轮室无共振风险。转轮室的振动属于水力作用下的强迫振动,转轮室刚度偏小,引起振动偏大。转轮室结构强度可以满足机组运行要求,出现疲劳破坏的可能性较低。计算结果为保障转轮室安全运行提供了重要技术支持。     

抽水蓄能电站地下厂房整体与局部模态分析

抽水蓄能电站厂房结构常受到因水轮机运行过程中的离心力、电磁力矩以及流道内压力脉动所产生的振动影响,严重威胁厂房的安全稳定。本文以某抽水蓄能电站地下厂房下部结构作为研究对象,建立其整体三维结构有限元模型,对厂房整体及局部结构进行模态分析。结果表明:对于厂房整体结构,其一阶模态频率同转轮转动频率、动静干涉产生的压力脉动频率及其二倍频有较大的差距,满足防共振规范要求;对厂房局部结构,立柱和楼梯的低阶频率与动静干涉压力脉动频率相近,容易引发局部共振;而其高阶频率与动静干涉载荷二倍频相近,虽然高阶模态对结构振动贡献较小,但由于150Hz载荷将会导致附近各模态振型叠加,其作用效果不能忽视。     

张河湾抽蓄电站3号机组异常振动分析与处理

张河湾抽水蓄能电站3号机组在更换水泵水轮机转轮后,进行了一系列的调试试验。在准备甩75%负荷试验的升负荷过程中出现了异常的振动现象,异常振动主要频率成分为202 Hz和196.5 Hz。通过对压力脉动和顶盖振动在时域、频域及时频联合分析后,得出异常振动是转轮叶片出水边的卡门涡频率与转轮固有频率相接近而引发的水力共振现象。后来对叶片出水边进行了修型处理,处理后卡门涡诱发的共振现象消失。     

大朝山水电站转轮裂纹分析

大朝山水电站1号水轮机转轮试运行期间,由于叶片卡门涡频率与叶片固有频率耦合共振的主要原因,导致叶片发生裂纹,经技术分析和采取处理措施,在短时间内使裂纹问题得以彻底解决。文章对转轮叶片裂纹现象作了简要分析,并介绍了转轮制造工艺和质量情况。     

水轮机转轮室圆度检测系统设计

转轮室型面检测是水轮机机组检修的关键问题。针对大型球形转轮室型面数据难以检测的问题,设计了基于检测工艺要求的圆度检测系统,并建立检测机构的三维实体模型。利用ANSYS Workbench有限元软件,对检测装置机械结构进行静力和模态分析,分别得到装置机构的形变和等效应力以及机构前6阶的固有频率和振型。该检测系统的有限元分析和在三门峡水电站检修项目中的应用结果充分表明:所设计的检测系统具有抗振性好,力学性能好,精度高以及运行安全可靠等特性,在现场工作环境下能够实现转轮室型面精确检测的目的。     

南水北调丹江口加高工程施工栈桥结构模态分析

振动模态分析是桥梁结构设计的重要步骤。利用大型有限元软件ANSYS,对南水北调丹江口大坝加高工程38号-25号坝后架设的临时施工运输栈桥结构进行模态分析,计算了栈桥结构的前八阶固有频率与主振型。研究认为,当受到外部激励的频率与固有频率接近时,有可能产生共振,从而严重损害栈桥结构;栈桥第4、5、6、8跨是其薄弱环节,使用过程中应避免同频率的车辆在上面停留。研究结果为栈桥结构的动力学设计提供了重要依据,也可为其他同类型的结构设计提供参考。     

卡门涡街引起蝴蝶阀振动的原因分析和处理

卡门涡街是粘性不可压缩流体动力学的一种现象.在水电站,卡门涡街一般出现在水轮机的固定导叶、活动导叶和转轮叶片的出水边处,在卡门涡街频率与设备固有频率相近的情况下,产生共振.本文着重分析卡门涡街引起蝴蝶阀振动的现象和处理过程,以期为蝴蝶阀同类振动的处理提供参考与借鉴.     

混流式水轮机卡门涡致振机理探讨与分析

水轮机出现卡门涡后易引起振动等问题。许多安装混流式水轮机的水电站发生卡门涡频率的强烈振动，严重时甚至造成转轮叶片裂纹破坏，学界多认为这是由卡门涡共振引起。本研究通过比较卡门涡频率和固有频率的巨大差异、大朝山电站转轮叶片减薄修型后强振工况向大负荷转移等事实，提出新观点：大多数卡门涡强振及其破坏并非由共振引起。本研究进行了模型水轮机卡门涡观测试验，比较了流量、空化系数对可见卡门涡的影响，发现可见卡门涡多发生于大流量工况或低空化系数导致的涡心压力较低时，指出卡门涡由其涡心空化造成。通过电站消除卡门涡危害的措施等进一步说明：卡门涡共振存在于小流量工况，但共振能量低，没有显著破坏性;大流量工况的卡门涡强振并非共振，而源于卡门涡空化空腔溃灭产生的巨大冲击力。     

离心泵叶轮水中固有频率经验下降系数分析及优化

在工程实际中,通常采用结构在空气中的自振频率乘以一个经验影响系数得出水中的自振频率,但是通过传统经验影响系数得出的结果与现实相比有很大的误差。本文选用能更加清楚表达水体对叶轮固有频率影响大小的下降系数进行研究。运用基于流固耦合的有限元方法对圆柱模型和两种离心泵叶轮进行模态计算,通过对结果的分析和比较发现：下降系数与结构的固有频率和振型有很大关系,采用分段取值更为合理,模态低阶取小值,高阶取大值,旋转振型取小值。最后对离心泵叶轮模型计算结果进行二次优化,得到更加符合实际的经验下降系数：模态前6阶除第3阶取0.05外,其余取0.15,第7—10阶取0.40。