黑麇峰抽水蓄能电站尾水管压力脉动试验

尾水管压力脉动对水泵水轮机组的安全稳定运行和发电效益有非常重要的影响。对黑麋峰电站2号机组,采用在直锥段内部安放传感器的方式,在变转速空载、变负荷等多种工况下测定尾水管压力脉动在波形及频谱上的变化规律。结果表明,变转速工况下压力脉动相对幅值随转速升高而升高,变负荷工况下压力脉动相对幅值变化总趋势是随负荷增大而减小;部分负荷下的尾水管内压力脉动相对幅值范围为0.85%~5.6%;不同负荷情况下,尾水管内频率成分不同,在较低负荷下,尾水管内低频成分较多,以叶片过流频率(45 Hz)为主频;在接近额定负荷时,尾水管内主要频率为叶片过流频率及其倍频。     

不同导叶开度下混流式水轮机尾水管内部流动及压力脉动分析

为探究活动导叶开度对混流式水轮机尾水管内部流动及压力脉动的影响,通过建立西南某电站混流式水轮机三维全流道模型进行定常和非定常条件的数值模拟,研究混流式水轮机在额定水头不同导叶开度下的尾水管流动特性及压力脉动。结果表明：随着导叶开度的增加,尾水管直锥段出现明显的交替旋涡并引起尾水管低频压力脉动,尾水管内压力及速度分布的均匀性逐渐变差,尾水管弯肘段监测点压力脉动主频幅值先增大后减小。尾水管涡带是引起尾水管产生低频高幅特征压力脉动的原因。     

基于PIMPLE算法的低负荷水泵水轮机内部流态研究

为探究水泵水轮机在低负荷工况运行时的异常水力激振现象，基于OpenFOAM软件中的PIMPLE算法，结合SAS-SST湍流模型对水泵水轮机在不同低负荷运行工况的内部流态进行三维数值模拟。与试验数据对比后，证明PIMPLE算法在低负荷工况模拟时具有一定的稳定性和可行性。从模拟结果中可发现：机组在偏离额定工况运行时，无叶区内部易出现低频脉动现象，同时叶片吸力面及出水边均存在回流涡结构。而随着流量增大后，转轮内部流态得以改善，尾水管直锥段处从小开度工况下的偏心螺旋状涡带逐渐向同心圆柱形涡带演变，同时涡带的运动过程一定程度上会影响尾水管进口处流态及压强分布的均匀程度，是诱发尾水旋涡的主要影响因素。     

水轮机主轴中心孔补气对尾水管内部流态的影响

基于水气两相流模型,研究了水轮机主轴中心孔补气对尾水管涡带的影响以及对于改善水轮机内部流态的作用。研究表明,不同工况下最优补气量的大小有一定的差异;由于气体能量较小,补气量过小,在转轮的影响下它很快稀释于水体中,进入尾水管直锥段中心涡带区域的气体很少,起不到改善水流的作用,补气量过大,又会使断面过水面积减小,尾水管直锥段横向水流增强导致不利流态。研究成果揭示了补气量的大小对于改善尾水管内部水流的影响,从而为寻找最优的补气量提供理论依据。     

混流式水轮机尾水管流场数学模型建立及分析

以HLA855A-LJ-250型号水轮机为研究对象,针对最大水头、最小水头和额定水头3种不同工况进行全流道三维非定常数值模拟,着重分析尾水管内部流场分布规律,提取尾水管入口到出口的完整流线,并建立相应的数学模型。结果表明:额定工况下尾水管内部湍流动能和湍流粘度分布稳定,变化梯度小,内部流动最稳定,建立的数学模型拟合效果最好;最大水头工况下尾水管内部流场受空腔涡带的影响严重,在直锥段湍流动能变化梯度大,湍流粘度数值较高,容易造成尾水管内部流动不稳定,该工况下质点坐标分布波动较大,建立的数学模型较复杂;最小水头工况下尾水管内部流场变化趋势接近额定工况,该工况下建立的数学模型有较好拟合度。采用的研究方法为分析水轮机内部流场提供了新思路,有一定的借鉴意义。     

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。     

偏工况下混流式水轮机压力脉动数值仿真及其改善措施研究

某电站混流式水轮机组在部分负荷时机组出力大幅摆动,真机试验结果显示尾水管涡带频率与发电机低频振荡频率接近,二者产生共振导致功率波动。本文采用CFD方法对该电站混流式水轮机进行了三维非定常数值模拟,对包括电站现用泄水锥、加长型泄水锥、在尾水管内安装阻尼栅、在尾水管内安装导流板等4种方案下水轮机内部非定常流动进行了仿真,对比分析了各种方案对尾水管内涡带形状和压力脉动的影响。计算结果表明:加长泄水锥能降低压力脉动的幅值,但不能改变压力脉动频率;相比于阻尼栅,在尾水管中安装导流板能更有效地改变尾水管水压力脉动的主频并减小压力脉动的幅值,且对水轮机效率的影响较小。     

某混流式水轮机超出力运行可行性分析

为了解某混流式水轮机超出力运行的可行性,借助ANSYS计算平台,分析额定工况及水头超10％出力工况下流场及结构场进行的数值仿真计算,所得尾水管脉动压力、转轮叶片静应力等均满足规范要求;对尾水管锥管段等关键部位压力脉动监测结果也表明,各观测值均满足设计要求,说明水轮机在一定高水头区域超出力运行是可行的.     

尾水管脉动压力及扩散方式的研究

许多研究成果表明，影响水轮机水力稳定性有多种因素，其中一个重要因素是尾水管内水流的压力脉动。由于各种原因产生的高频和低频的压力脉动会使尾水管内部产生严重的空蚀破坏或者诱发水轮机叶片产生振动等问题。为此，结合广西百色水利枢纽工程尾水系统进行了水力学试验，量测了尾水管的脉动压力，得出不同工况下尾水管的水流特性。对于作为水轮机能量恢复装置的尾水管，还比较了两种不同设计方案的优劣。     

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。     

叶道涡危害及机理研究

为弄清混流式水轮机叶道涡是否引起压力脉动及危害、危害机理和程度,本文在模型观测试验的基础上结合电站实际进行了深入研究。本文首先介绍了叶道涡模型试验的方法及结果,结合压力脉动频谱分析及尾水管空化观测结果,指出叶道涡工况出现的频率接近转速频率的压力脉动由叶道涡引起,其频率随单位流量增加而增高,随单位转速增加而降低。叶道涡空腔随水流进入尾水管后,以转轮出口环向流速旋转,空化空腔在转轮叶片出口压力场扰动下产生收缩-膨胀甚至溃灭-生成的循环,衍生出新生压力脉动。叶道涡多发生于低单位转速的低负荷工况及高单位转速的大负荷工况,和水电站实际发生的类转频压力脉动非常一致,其频率覆盖范围也基本重叠,因此可推断类转频压力脉动由叶道涡压力脉动引起。研究还发现,三峡等大型水电站发生过该类型小负荷、类转频强烈压力脉动,由叶道涡引起;天生桥一级、二滩、李家峡等电站发生的转轮叶片出水边裂纹、尾水管锥管进口撕裂等破坏同样由叶道涡压力脉动危害造成。     

长短叶片混流式水轮机三维非定常流数值模拟

为探究长短叶片混流式水轮机在不同导叶开度下运行时内部水流流动的特点,基于流场数值模拟的计算方法对长短叶片混流式水轮机进行了全流道三维非定常湍流计算。结果表明,在不同开度下,转轮与导叶交界面处压力脉动主频皆为转轮转频与叶片数的乘积,且在小流量工况下主频振幅最大。当水轮机在小流量工况下运行时,尾水管涡带呈螺旋形,且绕转轮转轴顺时针旋转,与转轮旋转方向相同;当水轮机在额定工况下运行时,尾水管无涡带产生;当水轮机在大流量工况下运行时,尾水管涡带呈细长的圆锥形。     

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。     

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。     

混流式水轮机尾水管涡带及压力脉动数值模拟

应用ANSYS等相关软件对混流式水轮机进行全流道非定常数值模拟,分析了在偏工况下低流量的3种随开度不断变化的工况,模拟由部分负荷区到高部分负荷区的尾水管涡带及压力脉动的变化情况。应用CFD数值模拟,观察到尾水管随导叶不同开度变化时,尾水管涡带由双螺旋涡带到单螺旋涡带至柱状涡带的变化过程,并分析了相应工况之间的压力脉动频率及脉动幅值的变化规律。这对尾水管压力脉动产生机理的深入研究有着十分重要的意义。     

葠窝电厂2#机组尾水管补修加固技术

针对葠窝电厂2#机组尾水管存在的安全隐患,将尾水管直锥段上段1.1 m高钢衬更换,并重新灌浆处理。介绍了水轮发电机组尾水管钢衬修补及混凝土灌浆处理技术。     

水泵水轮机泵工况停机过程流动特性分析

小水电对于国家减少碳排放的作用日益扩大,由于抽蓄机组技术较为成熟,目前国家鼓励小水电向抽蓄机组转变。为分析小水电转变为抽蓄机组后的稳定性,利用动网格方法实现了对水泵水轮机泵工况停机过程的模拟,得到其外特性变化曲线,并对水泵水轮机泵工况停机过程的流动特性进行分析。研究发现：泵工况停机过程中,在转轮与导叶区域涡流首先出现在活动导叶与固定导叶之间,然后在转轮叶道内形成涡流,且随着停机过程的进行,涡流的分布逐渐混乱。无叶区压力在停机过程中先增大后减小,中心低压区面积逐渐增大。尾水管区域内涡流首先出现直锥段,然后该影响逐渐传递至下游,在扩散段形成涡流,随着转轮转速的降低,尾水管流态得到一定的改善。在整个过程中蜗壳、无叶区和尾水管位置的压力受到水锤作用的影响,无叶区的压力脉动受到动静干涉的影响,波动范围很大。图9幅,表1个。     

混流式水轮机尾水管非定常流动模拟及不规则压力脉动预测

混流式水轮机尾水管内螺旋形涡带引起的压力脉动是造成混流式水轮机组振动的主要根源之一,严重威胁机组的安全运行.本文基于CFD技术对一大型混流式水轮机尾水管压力脉动进行了数字化预测,文中首先对该水轮机在典型偏工况下尾水管的内流进行了长时间非定常计算,然后详细讨论该工况下尾水管内死水域与涡带的运动规律,并预测了尾水管的不规则压力脉动,最后对压力脉动预测值进行了分析,结果表明其波形、频率、相位与实际基本一致,证明文中压力脉动的预测方法是可行的.     

水泵水轮机反水泵工况区压力脉动特性分析

为研究水泵水轮机反水泵区的压力脉动特性,以某抽水蓄能电站模型水泵水轮机为研究对象,基于分离涡湍流方法(detached eddy simulation,DES),对水泵水轮机反水泵工况进行了数值模拟。探讨了全流道三维湍流场特性,并与试验结果相对比,分析了水泵水轮机在反水泵工况区压力脉动特性。结果表明,反水泵工况下,转轮与导叶之间和尾水管内的主频均为0.143倍转频,主频幅值占混频幅值比例分别达到12%和34.6%。通过流场分析,发现尾水管锥管段内的螺旋形涡带结构是导致这种低频脉动的主要原因。同常规运行工况相比,反水泵工况区的不稳定流场会导致压力脉动相对幅值的突增,引起机组剧烈的振动,严重影响机组的安全运行。