贯流混流式水轮机尾水管压力脉动分析

利用Fluent软件的大涡模拟(LES)模型对贯流混流式水轮机尾水管的压力脉动进行了数值模拟，并结合数值模拟中的涡带情况，对贯流混流式水轮机以及轴伸贯流式水轮机的振动问题提出对策与方案。     

水轮机尾水管内部压力脉动试验研究

水轮机尾水管内部的水压力脉动是影响水轮机组运行稳定性和发电效益的重要因素之一。对水轮机模型,测取了从直锥段进口至尾水管出口8个截面共26个测点在6个稳定运行工况下的水压力脉动数据。通过水压力脉动数据的FFT频谱分析,研究了直锥段和尾水管内部在不同位置不同工况下的压力脉动在时域及频域上的变化规律。结果显示,尾水管内部的压力脉动在不同位置不同工况都有区别,直锥段内的压力脉动与转轮出口流态密切相关,尾水管肘管之后的压力脉动与尾水管本身的形状关系较大。这对改善尾水管设计、提高机组运行稳定性具有参考价值。     

混流式水轮机的非定常流动分析

通过混流式水轮机定常和非定常流动计算,研究混流式水轮机在不同开度下的流动特点,阐述非定常流动分析结果。非定常流动计算结果表明:开度a12时,转轮出口靠近上冠处压力脉动不显著,中间流线和下环处脉动较为强烈;尾水管中涡带主要集中于直锥段,呈螺旋型,在肘管处逐渐变小消失。尾水管内部压力脉动主要集中在直锥段和肘管,频率为低频,是转频的0.233倍;其中直锥段脉动幅值较大,内外两侧压力脉动频率基本一致。开度a24时,转轮出口靠近上冠处没有回流,脉动小,中间流线和下环处压力脉动更为剧烈,脉动频率为转轮频率与叶片数乘积的倍数;尾水管涡带在直锥段水流形成的呈柱状涡,在肘管变成较小的螺旋型涡带,其结果是长的涡带在尾部形成像钻机式的切削作用,对水轮机效率和稳定性产生严重的影响,涡带的长度为研究混流式水轮机尾水管深度和优化设计提供理论依据。     

模型可逆式水泵水轮机S区压力脉动测试

S区特性是影响可逆式水泵水轮机过渡过程工况运行稳定的重要影响因素,通过研究模型水泵水轮机S区压力脉动可以为准确预测真机过渡过程工况下的特性奠定基础,为设计和运行提供有效指导。本文在某模型水泵水轮机特性试验的基础上,对S区包括蜗壳进口、无叶区、尾水锥管和尾水肘管等测点的压力脉动进行了测试,获得了各测点压力脉动混频幅值的分布与频率成分变化情况。测试结果表明:在等开度线上,飞逸工况时各测点的压力脉动混频幅值达到最大;同一工况点,无叶区压力脉动大于蜗壳进口压力脉动;沿流道方向,无叶区、锥管0.4D2、锥管1.0D2和肘管压力脉动依次减小;S区部分工况点存在主频为0.63fR的旋转失速频率;0.18fR频率成分广泛分布于S区内各工况点和测点中,引起这方面的原因可能是尾水管中的低频涡带、低频振荡或装置固有频率。     

动车组模型表面脉动压力的提取方法研究

列车表面脉动压力是引发列车气动噪声的主要来源,高速列车表面压力测试过程中,难于有效提取出脉动压力,为此,设计了动车组模型表面压力试验测试系统:利用LabVIEW编写数据采集和输出程序以及PID控制程序完成风速控制系统的设计,利用数据采集卡、离心通风机、有机玻璃风道以及动车组模型等完成压力测试系统的设计;提出利用EEMD分解和重构提取出不同速度级下测点处的脉动压力,并得到不同速度级下的脉动压力级波动范围和波动幅度。研究结果表明:该系统可有效测量出动车组模型表面压力;通过提取出不同速度级下的脉动压力,可以看出,随着速度的增大,脉动压力增加;建立的总脉动压力级与速度的关系可为列车的结构设计和减振降噪提供理论指导。     

混流式水轮机转轮优化设计及CFD分析

为了解决某小型水电站的混流式水轮机部分工况压力脉动大,空化、磨损严重的问题,对原水轮机进行了深入研究,并在原水轮机转轮的基础上研制出了新型的、适合该电站运行工况的水轮机转轮,对水轮机转轮进行了更换改造。对新型转轮和原转轮进行三维建模,分别与其余过流部件组装成水轮机全流道。采用ICEM进行网格划分,利用CFX软件,基于RNGκ-ε湍流模型,对原始全流道和改造后的全流道进行了数值模拟计算,通过计算结果分析转轮改造后水轮机内部流动以及外特性的变化,预估改造后水轮机的实际运行效果。     

高频脉动压力伺服阀及系统的研究

高频脉动压力伺服阀及系统的研究尚增温，华瑞霞，张秀英，史亮高频脉动压力伺服阀及其系统的研究是为石油开采生产中，提高油井的出油率、分析研究油井地质岩层的渗透率提供的试验设备。应用该系统，通过对各种油井构成岩石的渗透率的试验分析研究，可以确定用于石油第三...     

大型混流式水轮机转轮叶片结构动力特性分析

转轮是水轮机结构中重要部件之一。比较不同单元类型对转轮叶片振动计算精度的影响,从推导的转轮叶片液固耦合运动方程出发,分别计算混流式水轮机转轮叶片在空气中和在工作流道中振动的主频与主振型。结果表明,叶片在水中的频率较空气中的频率有所降低,而且不同阶的频率降低值不同。     

预开导叶下水泵水轮机S特性及其压力脉动分析

可逆式水泵水轮机兼具了发电以及储能的特点既满足人们环保意识的需求也满足对功率的平衡与控制。但水泵水轮机在S特性区内运行会发生机组并网困难或者甩负荷过程中水压异常上升,使机组振动加剧。为探究预开启导叶的方法对水泵水轮机S特性的改善,对水泵水轮机模型分别在同步导叶和不同预开启导叶条件下进行能量试验及全流道内流场的(Computational fluid dynamics,CFD)数值计算;通过试验数据与计算结果的对比分析预开导叶后水泵水轮机S特性及其压力脉动特征。CFD计算结果及模型试验数据表明,预开导叶的方法能有效解决水泵水轮机S特性问题,但是预开导叶后,飞逸工况下的单位流量变大,造成转轮内的流动轴对称特性较差,导致机组的脉动加大,尾水管压力脉动幅值较大,运行稳定性较差,所以通过预开导叶的方法来改善S特性仍然存在弊端。     

液压系统压力脉动分析及降低措施

液压系统中的压力脉动会使系统的工作品质恶化，通过对液压系统中产生压力脉动的机理分析，将被动滤波和主动滤波两种降低压力脉动的方法进行对比，认为主动滤波是降低压力脉动的一种行之有效的方法。     

水轮发电机组主轴系统振动的模糊可靠性分析

以混流式水轮发电机组为研究对象,应用有限元法建立水轮发电机组主轴系统非线性动力学方程,利用多尺度法计算其动态响应,采用可靠性理论及模糊理论构建振动可靠性的模糊模型,给出基于非线性振动的平稳运行的模糊概率计算公式,结果表明,应用模糊可靠性评估水轮发电机组主轴系统振动可靠性是合理可行的。     

Numerical simulation of pressure fluctuations in a large Francis turbine runner

The pressure fluctuation caused by unsteady flow in runner is one of the main reasons of vibration for a large Francis hydraulic turbine. It directly affects the steady operation of the hydraulic turbine unit. The existing research of the pressure fluctuation in hydraulic turbine mainly focuses on the unsteady flow in draft tube. Accurate distribution of pressure fluctuations inside a runner is not very clear. In this paper, the numerical method for predicting the pressure fluctuations in runner is investigated and the numerical simulation is performed for a large Francis hydraulic turbine. It is proved that the combination of shear-stress transport(SST) k-w turbulence model and pressure-implicit with splitting of operators(PISO) algorithm could give more reliable prediction of pressure fluctuations in runner. The frequencies of pressure fluctuations in runner are affected by the flow in guide vane and the flow in draft tube. The first dominant frequency is significantly determined by the flow in draft tube, especially at part load condition. This frequency is approximately equal to one-third of the runner rotating frequency. The evident second dominant frequency is exactly equal to the guide vane passing frequency. The peak-to-peak amplitudes of pressure fluctuations in runner at small guide vane open angle are larger than that at large open angle at the same operating head. The amplitudes at points on blade pressure surface are generally greater than that on suction surface. The research results could be used to direct the hydraulic design and operation stability improvement of a large Francis hydraulic turbine.     

Experimental study of the pressure fluctuations in a pump turbine at large partial flow conditions

Frequent shifts of output and operating mode require a pump turbine with excellent stability. Current researches show that large partial flow conditions in pump mode experience positive-slope phenomena with a large head drop. The pressure fluctuation at the positive slope is crucial to the pump turbine unit safety. The operating instabilities at large partial flow conditions for a pump turbine are analyzed. The hydraulic performance of a model pump turbine is tested with the pressure fluctuations measured at unstable operating points near a positive slope in the performance curve. The hydraulic performance tests show that there are two separated positive-slope regions for the pump turbine, with the flow discharge for the first positive slope from 0.85 to 0.91 times that at the maximum efficiency point. The amplitudes of the pressure fluctuations at these unstable large partial flow conditions near the first positive slope are much larger than those at stable operating condtions. A dominant frequency is measured at 0.2 times the impeller rotational frequency in the flow passage near the impeller exit, which is believed to be induced by the rotating stall in the flow passage of the wicket gates. The test results also show hysteresis with pressure fluctuations when the pump turbine is operated near the first positive slope. The hysteresis creates different pressure fluctuations for those operation points even though their flow rates and heads are similar respectively. The pressure fluctuation characteristics at large partial flow conditions obtained by the present study will be helpful for the safe operation of pumped storage units.     

混流式水轮机转轮叶片裂纹故障及其原因分析

混流式水轮机转轮叶片裂纹故障严重影响了水电站的安全稳定运行和经济效益的发挥。大部分叶片裂纹是疲劳裂纹，主要由流固耦合共振诱发的、过大交变应力引起。转轮在设计和制造过程中形成的各种缺陷以及过大的残余拉应力加速了裂纹的萌生和扩展。     

基于支持向量机的水轮机特性建模

水轮机运行中要考虑空化问题和稳定性问题,因此,有必要建立水轮机空化特性和压力脉动特性的数学模型。针对经过试验得到的水轮机空化特性和压力脉动特性相对应的空间曲面比较复杂的特点,本文研究用支持向量机对水轮机空化特性和压力脉动特性进行建模,并应用于四川紫坪铺水力发电厂中的水轮机空化特性和压力脉动特性的建模中。建模结果表明,水轮机空化特性和压力脉动特性的支持向量机双输出模型,能真实的表达水轮机的空化特性和压力脉动特性,并具有较强的泛化能力,可以在控制水轮发电机组的运行等方面得到应用。     

基于ANSYS的水轮机转轮流固耦合分析

为了得到水体作用下的混流式水轮机转轮的应力分布规律和变形特征,应用ANSYS有限元分析软件,采用流固耦合分析方法对某混流式水轮机转轮进行了分析。通过建立全流道分析模型,得到了转轮叶片上准确的水压力分布。将流场计算结果应用到结构场中,对转轮不同工况下的刚、强度进行了计算,得到了转轮精确的结构应力和变形。计算结果表明,该转轮在水体作用下最大应力值小于材料许用应力,能够满足强度设计要求;变形量小于设计预留间隙值,保证了转轮在运行时不会与止漏环内表面刮擦,从而引起止漏环脱落;转轮部件的应力数据对准确评估转轮使用寿命具有一定的实际意义。     

四辊轧机弯辊电液伺服控制系统动态特性的实验研究

针对四辊轧机弯辊电液伺服控制系统,进行供油压力波动对系统输出精度影响及通过动压反馈网络改善系统动态品质的实验研究,获得系统输出压力变化与供油压力波动量及系统带宽之间的关系,证明动压反馈网络的消扰作用,为确定伺服油源允许压力波动范围和精确设计恒压源系统提供依据。     

涡旋液泵内部非稳态流场的数值模拟

采用动网格技术对涡旋液泵内的非稳态流动进行了数值模拟,得到了泵在各个转角下的压力、速度、空泡体积分数,以及进出口流量和监控点的压力参数。结果表明,涡旋液泵内的流动是一种非稳态、非均匀,非对称的流动。动静圈的啮合间隙处因大压差和小流通面积而存在高速射流现象,并在啮合间隙下游出现负压区和空化。泵进口位置的偏移和动盘对腔外流体的推动使左右两个吸液腔的流动不对称,将造成涡盘受力的不平衡。在吸液即将结束时,因涡旋液泵对液体的挤压作用,在大约20°的转角范围内,泵的工作腔内出现极大幅值的压力脉动,严重危害泵的安全可靠运行。     

对夹式止回阀压力脉动对动态特性的影响

以对夹式止回阀为研究对象,用UG软件建立其内部流场三维模型,用ICEM划分非结构化网格。采用FLUENT软件中标准k-ε湍流模型、采用动网格及UDF技术,对该阀门全开流阻特性进行分析计算,并进行相应试验。试验数据与计算结果对比表明,相对误差较小,验证了数值计算的可靠性。采用动网格计算模型可较好地解决因阀瓣运动所导致的计算区域瞬时变化问题,用UDF技术编写阀瓣运动过程速度控制程序,获取对夹式止回阀动态特性曲线,研究入口压力脉动频率、幅值和全开角度对该阀动态特性的影响,为该阀的进一步动态特性优化提供参考。     

一种带电压波动动态补偿的称重系统研究

为了消除称重传感器外部电源电压波动对称量不确定度造成的影响,对称重系统电压波动的检测和补偿方法进行了研究,分析了电阻应变片的应变效应和惠斯通电桥的测量原理,给出了称重传感器输出电压与外部电源电压之间的修正关系,提出了一种通过同步检测输出电压和外部电源电压信号动态补偿电压波动的方法,设计了基于数字信号处理器TMS320F28335以及模数转换芯片ADS1234的称重系统对所提出的方法进行了验证。研究结果表明,在外部电源电压的波动范围内,补偿后称量结果的相对误差始终小于1%,说明该方法能够用于有效提高称重系统的称量精度。