尾水管压力脉动检测方法研究

本文通过研究尾水管涡带的变化规律及与相应的压力脉动的对应关系，分析了压力脉动检测方法对尾水管振动特性研究的可行性。本文使用M atlab语言编程，对尾水管锅带图像进行图像增强、边缘识别及涡带度的识别。     

论气液两相流对稳定性及空蚀的影响

本文在定义空泡、空腔并分析它们和常压气泡区别的基础上,探讨了组成空腔的空泡所具有的快速溃灭和生成之特性会进一步放大压力脉动的可能性,论述了水力机械气液两相流中空泡、空腔的低压及可压缩性带来的影响及其差别,分析了尾水管涡带空腔的组成,以空腔能否形成合力为突破口着重探讨了涡带空腔"连续"与"散碎"的区别及原因,并提出了"压力脉动可能会增强空蚀甚至使超空化转变为对流道边壁的空蚀"这一新见解。尽管当涡带空腔大部分和尾水管边壁接触时涡带的"削波"现象表面上使测试的压力脉动幅值减小,但其给稳定性带来的危害可能更大。     

变速混流式水轮机尾水涡带及压力脉动分析

水电机组在调频、调峰及调节新能源波动的过程中经常偏离最优工况运行,由此带来的尾水管涡带和压力脉动问题备受关注,这严重限制了机组的调节能力。本文采用RANS-LES方法,模拟了混流式水轮机变速运行模式下的尾水管涡带和压力脉动分布特性。结果表明：在消涡转速附近,尾水管涡带减小明显,偏离消涡转速时,尾水管涡带将增强;从消涡转速增加到最佳转速,虽然涡带增多、压力脉动幅值有所增大,但效率也随之提高;在最佳转速运行时,水轮机效率最高,相对传统恒速运行模式,可以提高7%左右。研究结果可以为水电机组的运行管理提供参考。     

尾水管水力稳定性受直锥段高度影响的性能预测

本文选取了一个弯肘形尾水管,保持肘管和扩散段尺寸不变,分别增加和减少尾水管直锥段的高度,形成3种高度的原尾水管、深尾水管和浅尾水管.结果表明,在典型部分负荷工况,浅尾水管使转轮出口与直锥段内的回流区增加,尾水管内的二次流强烈,力矩脉动较大,同时尾水管内流态紊乱,能量损失大,不易形成稳定的涡带,因此,尾水管管壁附近压力脉动幅值相对较小,频率成分丰富,但尾水管的回能效果差;深尾水管和原尾水管都表现出偏心涡明显,涡带运动稳定,尾水管压力脉动频率稳定等特点.但深尾水管的压力脉动幅值和对转轮力矩的影响都较原尾水管小.     

水轮机内部涡流与尾水管压力脉动相关性分析

本文对三峡水轮机模型机组进行了全流道非定常湍流数值模拟,选择了2个活动导叶开度工况,分别计算不同流量下水轮机尾水管内的旋涡流动。计算结果能够明显显示尾水管涡带的形成和发展,及尾水管内各个记录面上的压力脉动和相应的旋涡转动周期有密切的关系;同时,还表示了旋涡沿流动方向的产生、发展和消失的过程,及其对于压力脉动的形成的影响作用。通过分析发现,形成涡带的旋涡运动是从上冠附近进入到尾水管的,类似于绕流体的脱体涡,说明对于上冠附近流场的研究有助于进一步探讨涡带运动形成机理和减小压力脉动措施。     

水轮机主轴中心孔补气

水轮机在偏离最优工况运行时,水流的环量会使尾水管中心产生低压并形成涡带.此涡带引起尾水管压力脉动继而引起机组的振动和噪音.通过主轴中心孔补气,可减小尾水管内的真空度,破坏尾水管内的螺旋形涡带的形成和压力脉动、转轮的汽蚀等,从而保证机组的安全稳定运行.参 1     

基于全流道非定常流动计算的轴流式水轮机尾水管压力脉动分析

以轴流式水轮机全流道三维非定常湍流数值模拟为基础,对轴流式水轮机尾水管内的非定常流场进行了分析,研究了尾水管内涡带的形态,对尾水管压力脉动的幅值和频率特点进行了分析.结果表明,大流量工况时,在尾水管内形成了一个与转轮旋转方向相反低压涡带,引发了低频压力脉动,这种低频压力脉动是水轮机中压力脉动的主要脉动源之一.     

混流式水轮机功率异常波动成因分析

石门坎水电站混流式水轮机组在部分负荷下运行时,机组有功功率波动过大导致该电站无法并网发电。采用SST湍流模型对该电站水轮机在偏工况下的三维不稳定流动进行了仿真计算,重点分析了尾水内部压力脉动特性,研究发现:尾水管空腔涡带振动频率与发电机自振频率发生共振是引起机组有功功率摆动过大的主要原因。     

灯泡贯流式水轮机全流道压力脉动数值模拟

采用大涡模拟方法对灯泡贯流式水轮机全流道非定常湍流进行数值模拟,分析了额定工况和小流量工况下的压力脉动特征。计算结果表明:额定工况下,导叶前后、转轮出口的压力脉动主频为叶片频率,振幅最大值出现在转轮出口,尾水管内的压力脉动主频为转轮的转动频率,幅值相对较小;小流量工况下转轮出口产生偏心涡带,涡带旋转导致尾水管内产生低频压力脉动,低频压力脉动由尾水管向上游传递,幅值逐渐减小;额定工况下叶片上监测点的压力脉动频率为转轮转动频率的整数倍,幅值较小;小流量工况下,叶片上监测的点压力脉动幅值显著增大,脉动主频与次主频之和约为转轮的转动频率。     

混流式水轮机出口旋流与尾水管涡带关系分析

为在设计过程中预测尾水管涡带,分析混流式水轮机转轮出口旋流与尾水管涡带之间关系,通过三维非定常雷诺时均值法对一个180 m水头段的混流式水轮机在三种典型工况下进行数值模拟分析,在数值模拟的基础上可视化尾水管涡带形状,并与模型试验的结果进行比较,验证模拟尾水管涡带方法的正确性。通过对典型工况下转轮出口速度、出口旋流数和涡带形状等来分析转轮出口旋流与尾水管涡带的关系,同时分析在尾水管锥段内旋流数轴向变化规律。结果表明：转轮出口旋流数随运行流量减小而增大,当转轮出口旋流数大于临界值时,尾水管内形成螺旋形涡带及低速区与回流;旋流数小于临界值时,尾水管内无明显涡带产生。     

水轮机尾水管内周期性湍流计算

本文运用大涡模拟进行水轮机尾水管内部非定常周期性湍流计算。对尾水管复杂计算域,提出了一种多块结构网格,计算结果用波形显示了尾水涡带和压力脉动的主要性质和运动特征。     

混流式水轮机尾水管涡带及其改善措施研究

尾水管中的偏心回转涡带是引起机组振动的重要原因之一。为了降低尾水管内的压力脉动,对一混流式水轮机进行三维非定常数值模拟,分析水轮机在部分负荷工况下压力脉动的幅值及频率特性。同时对加长泄水锥、0.03Q水力干扰、加长泄水锥与水力干扰共同作用的3种改进方案进行数值模拟,对比分析改进后尾水管的压力脉动特性。研究结果表明:3种改善措施均能有效改善尾水管内的压力脉动。加长泄水锥对降低尾水管直锥管段的压力脉动比较明显,相对于仅添加水力干扰,水力干扰与加长泄水锥方法联合能更有效的改变尾水管内的压力脉动的幅值和频率。3种改进措施均会降低水轮机效率,其中加长泄水锥与水力干扰结合方案的水轮机效率下降最大。     

尾水管空腔涡对抽水蓄能电站系统稳定性的影响北大核心CSCD

抽水蓄能电站在我国发展势头强劲,但发电工况中由尾水管空腔涡导致的机组功率振荡现象频发,严重危及电站和电网安全。本文为了研究空腔涡对输水发电系统稳定性的影响,从一维频域角度,分别构建了包括空腔涡在内的单管单机调节系统的传递函数和一洞两机系统的总体矩阵,并进行相应的稳定性计算分析。结果表明:与调速器影响相比,空腔涡影响对输水发电系统的稳定性起着决定性作用。当空腔涡诱发功率振荡时,系统不存在稳定域;当系统受到空腔涡影响却不足以发生功率振荡时,存在与无空腔涡时基本相同的稳定域。但空腔涡参数量级很小,随时可能因机组运行工况的变化而变化,进而诱发功率振荡。这为实际电站运行避免空腔涡引起系统失稳提供了理论依据。     

基于连续小波变换和卷积神经网络的尾水管涡带状态识别

混流式水轮机尾水管压力脉动是影响水电机组稳定性的重要因素,监测和识别尾水管涡带状态对于保障水电机组的安全稳定运行十分必要。为此,采用能有效表征信号时频域特性的小波系数云图作为特征图像,并结合卷积神经网络对图像拓扑结构的良好适应性,将图像智能识别技术引入尾水管涡带状态识别领域,提出了基于连续小波变换与卷积神经网络的尾水管涡带状态识别方法,实现了时频图纹理特征的自动提取,避免了人工辨识并简化了特征预处理程序,能迅速准确识别尾水管涡带状态。根据某水电站单机容量200 MW的混流式机组变负荷试验数据对该方法进行实例验证,结果证明了其有效性。     

原型水轮机的非定常湍流计算和尾水管压力脉动分析

本文对三陕原型混流式水轮机进行了三维非定常湍流计算,得到了水轮机的非定常流场,预测了尾水管内的压力脉动。通过与模型试验结果进行比较可以看出,本计算能够比较准确地预测尾水管内的压力脉动。本文还根据计算结果分析了尾水管内非定常涡带产生和传播的原理。     

EMD动态过程神经网络尾水管故障信息融合诊断

为准确识别水轮机尾水管涡带状态,本文提出一种基于EMD指标能量的神经网络故障诊断方法。采用经验模态分解方法分离尾水管压力脉动信号,建立基于指标能量的故障特征向量,并以此作为故障样本训练三层离散前馈过程神经网络,形成由动态特征向量到故障类型的映射关系,实现故障信息融合诊断。以水轮机尾水管压力脉动信号为例,进行了应用检验。结果表明,该方法的收敛速度和分类精度优于传统的RBF、BP神经网络法,分类识别的平均百分比误差小,准确度高,适合用于水轮机尾水管涡带的故障融合诊断。     

补气对尾水涡带及机组振动特性的影响分析

混流式水轮机的尾水管压力脉动作用力对机组动态特性有直接影响,该作用力的最主要特征指标为频率及幅值。传统公式法不能反映出主频与负荷效应的关系,因此文中着眼于对全负荷段尾水管压力脉动频率计算方法的研究,并且结合其对机组稳定性运行的影响效果进行了深入探讨。从尾水管涡带产生的机理出发,推导全负荷段尾水管压力脉动频率的计算公式,并结合在2种不同补气条件下的实测数据,对涡带特性进行深入研究,阐述了涡带对机组运行品质的影响效果。对比在2种补气工况时的实测结果,发现在压力脉动作用较为明显的负荷区间内,全负荷段压力脉动计算方法的计算结果与试验结果贴合程度较高,说明该方法可以较为准确地反映实际运行特性。补气能减少涡带的主要原理在于其能削弱脉动的相对幅值,而对脉动频率无大的改变,这对提升机组稳定性运行的效果有着直接的影响。研究结果对于分析水电机组动态特性有着积极的意义。     

小波包特征熵神经网络在尾水管故障诊断中的应用

为精确诊断水轮机尾水管涡带，该文提出一种基于小波包特征熵的神经网络故障诊断新方法。对采集到的尾水管压力脉动信号进行三层小波包分解，提取小波包特征熵，然后构造信号的小波包特征熵向量，并以此向量作为故障样本对三层BP神经网络进行训练，实现智能化故障诊断。试验结果表明训练成功的BP网络能够很好地诊断机组尾水管是否发生涡带以及涡带的严重程度，为水轮机故障诊断开辟新的途径。     

水轮机转轮泄水锥形状对机组内部流动影响分析

本文对三峡原型混流式水轮机进行了改型设计,采用延长泄水锥的方法作为降低尾水管振动的措施。通过对改型的整体机组进行三维湍流非定常计算,得到了水轮机的非定常流场,预测了转轮出口尾水管内部的压力脉动。通过与改型前整机的三维非定常湍流计算结果进行比较可以看出,改型后的机组尾水管振动幅值降低,涡带强度有所下降,达到了水轮机减振的目的。     

白莲河抽水蓄能电站机组功率振荡分析

针对白莲河抽水蓄能电站在低水头大开度下发电运行时发生的机组功率振荡现象,本文旨在探究其产生原因并分析功率振荡与系统相关参数之间的关系.首先构建了包括尾水管空腔涡的机组一维时域分析模型;其次采用特征线法对该现象进行了数值模拟及与实测结果对比分析,最后对空腔涡参数、调速器参数、导叶最快启闭速率、调节模式与机组功率振荡之间的...