导流洞双层进水口优化与传统进水口对比研究

为了研究导流洞双层进水口优化体型后的水力特性,并对其与传统进水口布置进行比较,基于某抽水蓄能电站导流洞的设计参数,采用Fluent软件中的VOF水动力模型进行了三维数值模拟.通过改变竖井宽度,即改变水平洞与竖井进口面积比、去除竖井以及采用常规喇叭口进水口3种方案,对双层进水口进行了比较分析.分析重点包括相对流量、水流弗劳德数、相对压强以及水头损失系数等4个方面的特性.研究结果表明:面积比的变化对双层进水口的流量分配和流速分布产生了显著影响.相比于去除竖井的水平进水口,双层进水口在增加泄流量、降低进水口水头损失方面具有明显优势.在孔流流态下,双层进水口的泄流能力已接近单独采用喇叭口泄洪洞.结果显示,双层进水口的泄流主要以竖井下泄为主.在孔流流态时,双层进水口的泄流受下游泄洪洞断面的控制.其独特优势在于能快速对导流期的水平洞进行封堵,并在运行期间迅速进行泄放洞的改建,以便尽快进入运行状态.

基于DEMATEL-ISM方法的水电站机组检修作业安全事故致因链分析

针对水电站机组检修作业种类和危险因素多、安全事故频发等问题,通过文献挖掘与专家访谈方式,对水电站机组检修作业安全影响因素类别进行了划分。基于DEMATEL-ISM方法,构建了安全事故致因多层次递阶ISM模型来确定事故致因因素层级,通过剖析事故致因因素的中心度和权重,挖掘关键致因因素和推求事故致因链的路径权重,厘定关键致因链。采用该模型对某水电站致因链进行了分析,结果表明,安全检查不到位为关键致因因素,“安全检查不到位→违规作业→设备的问题→粉尘、油漆等有害物质”为关键致因链。

BIM技术在产业园建设项目厂房机电安装中的应用研究

建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)技术能够优化工程流程,减少返工和浪费,降低错误率和成本,提升项目的整体性能。同时,BIM技术还促进各方协同合作,提高沟通协调效率,减少信息丢失和误解。介绍BIM技术在厂房机电安装中的应用现状,分析了BIM技术在产业园建设项目厂房机电安装方面的优势和问题,给出了扬州新能源产业园东区建设项目中应用BIM的具体案例和实施建议。

轴流式水轮发电机组不对中-碰摩耦合故障振动特性分析

针对轴流式水轮发电机组因联轴器偏角不对中引起的碰摩转子-转轮系统振动问题,基于修正的LuGre摩擦模型,该研究推导了联轴器不对中故障下转轮叶片碰摩力表达式。在此基础上,搭建了综合考虑不平衡磁拉力等外激励作用下系统动力学模型。采用数值方法研究了不对中角度对系统振动特性的影响,并结合Floquet理论分析了以转速为控制变量的系统周期解稳定性。结果表明,不对中的存在增大了系统发生失稳可能性,显著改变了系统动态特性。此外,不对中角度对转子与转轮振动响应的影响具有较大差异,随着不对中角度的增加,转轮振动变化明显且碰摩程度较为恶劣。该研究结果可为轴流式水轮发电机组安全运行及稳定性分析提供有益借鉴。

抽水蓄能机组特性曲线对电站水力过渡过程的影响

为了研究抽水蓄能机组特性曲线对过渡过程的影响,采用三组比转速接近的已建电站的特性曲线对某电站进行了水力过渡过程计算分析。通过对比计算发现:减小飞逸曲线与机组运行轨迹线交点的单位转速,有助于降低机组最大转速上升率。初始工况点应选在特性曲线相对平滑的地方,有助于减小机组在过渡过程中的流量变化,降低蜗壳进口最大压力。“s”特性斜率变化率越小,整体越平滑,尾水管进口最小压力越高。可以为项目前期选择合适的转轮提供理论依据。

水电机组摆度周期性波动问题的分析和研究

本文针对某水电站机组上导轴承摆度峰峰值持续呈正弦周期性波动的问题,通过增加临时探头测量机组动态和静态时上机架支臂和基坑的间隙,以及不同方向支臂的间隙和机组运行参数等,发现支臂和基坑间隙一一对应,且间隙随环境温度的增加而增加,该间隙的变化规律符合因大部件金属构件蠕变传递至基座传感器引起的上导摆度周期波动的特征。因此可以确定机组摆度周期性波动是因为大部件金属随着温度变化而出现较大的位移蠕变,且该蠕变为非对称蠕变,以上过程量逐级传递至基座传感器位置,同时该文建议采用该结构形式的机架时应充分考虑支臂蠕变方向和限位措施。

大型岔管内螺旋流涡带数值分析研究

岔管部件广泛应用于常规水电站、抽水蓄能电站等重要水力发电工程。大型岔管(D主≥6 m)由于岔管外形,肋板结构及内部流态三因素耦合可能导致螺旋流涡带,其对岔管的水力损失具有不可忽略的消极后果。本文基于经典k-ε湍流模型联合考虑实际岔管材料壁面粗糙率,构建了考虑壁面真实粗糙度的钢岔管内部流态k-ε湍流模型。计算结果与实验数据对比验证了本文构建数值模型的有效性及准确性。随后采用导流叶片策略有效消除了大型岔管内的螺旋流涡带现象。研究结果表明:多导流叶片优化方案可有效减少和消除大型岔管中的螺旋流态,并减少岔管水力损失。具体地,对岔管支管路中不同流量工况,优化后的主管路部分流线分布均匀,最大流速位于岔管支管路弯管(内弯)附近;优化后岔管肋板两端涡旋流态基本消除。对岔管支管流量不均匀工况,支管路内螺旋流涡带流态明显减缓,只存在少量螺旋流态。本文研究结果可对岔管水力优化设计及相近研究领域提供一定参考。

考虑水电调节费用补偿的风光水联盟优化调度策略

针对风光水综合能源跨区消纳调度中的梯级储能和梯级水电联合调节调度、水电调节费用公平疏导等关键问题,提出了考虑水电灵活调节费用疏导补偿的风光水联盟四阶段优化调度模型。首先,建立了基于梯级储能调节的入网前风光出力波动平抑模型,使平抑误差和平抑成本最小;提出了基于相对波动系数的梯级储能调节成本和调节功率的公平疏导方法。其次,基于梯级储能和梯级水电联合调节的风光水联盟联合出力对电网负荷的跟踪,构建了风光水联盟与区域电网的主从博弈模型,优化电网电价和联盟售电计划,达到双方利益最大。然后,构建了计及风光水不确定性的前两阶段调度模型的鲁棒优化模型,获得兼顾经济性和鲁棒性的联盟各主体能量调度策略。最后,构建了基于合作者边际贡献指数的非对称纳什谈判联盟效益分配模型,实现合作剩余的公平分配和水电调节费用的公平疏导。算例结果表明,该方法提升了各利益主体合作后的净利润,有利于维系联盟合作的稳定性,促进风光水综合能源跨区消纳。

竖井式进出水口水力特性研究进展

竖井式进出水口是抽水蓄能电站水道系统两端控制水流的常用进出水口型式之一。竖井式进出水口双向过流,水流在短距离内经历两次90°流向转变(水平-竖直-水平),流向变化剧烈,水力条件复杂,深入研究竖井式进出水口水力特性,进而优化其体型结构,对抽水蓄能电站设计及施工具有重要意义。首先,介绍竖井式进出水口应用背景及体型特点,分析竖井式进出水口水力特性存在的问题;其次,对竖井式进出水口孔口流量分配、拦污栅断面流速分布、漩涡和水头损失等方面研究进展进行总结;最后,归纳了竖井式进出水口水力特性研究方法,探讨了今后研究应聚焦的主要方向。

水泵水轮机尾水管压力脉动特性及涡带特性分析

抽蓄电站是电网的重要组成部分,水泵水轮机长时间偏离最优工况运行会导致水力不稳定问题,其中,尾水管涡带和压力脉动问题备受关注,严重影响机组安全稳定运行。以水泵水轮机为研究对象,分析了其尾水管内流特性与压力脉动时频特性。对比了两种第二代和两种第三代涡识别方法对尾水管涡带演化过程的可视化效果,Omega-Liutex涡识别方法对阈值依赖性小且对涡带形态的识别更清晰完备,因此,采用Omega-Liutex涡识别方法研究了不同负荷工况下尾水管涡带的瞬态变化特性。研究结果可以为水泵水轮机稳定运行提供一定的理论参考。

针对水轮机调节系统隐蔽攻击的混沌跳频扩频防御方案

水轮机调节系统作为水电机组的关键部分,其安全运行至关重要。为提高水轮机调节系统的安全性,设计了一种防御方案,检测并防御系统中潜在的隐蔽攻击。首先通过对系统信号进行混沌跳频调制和解调,消除隐蔽攻击的不良影响;其次,基于理论分析,推导出维持系统稳定的跳频频率约束,保证系统性能不因加入跳频/扩频信号和频率异步现象而受损。仿真结果表明,该方案能够在非高斯噪声环境中持续检测和防御不同类型的高强度隐蔽攻击,且不影响系统正常运行。此外,所提出的防御方案还具有复现隐蔽攻击信号的能力,这有助于操作员了解攻击信息并采取针对性措施。

基于遗传程序水闸综合智能化控制系统的设计

提出了一种基于遗传程序的水闸综合智能化控制系统,旨在解决传统水闸控制系统中由于一对一布线导致的可靠性问题。研究涵盖了系统的硬件设计包括通信功能与监控界面,以及软件设计特别是利用遗传程序确定控制目标的传递函数和设计回路控制器。通过实验测试,结果显示该控制系统显著降低了元件总故障率,提高了闸门开度控制的准确性,增强了系统的可靠性。这一发现证明了遗传程序技术在智能化控制系统中的应用价值,为水闸控制系统的设计和优化提供了新的方向。

水工钢闸门结构应力在线监测研究

要验证水工钢闸门在运行工况下的强度是否满足设计要求,需要对水工钢闸门的结构进行应力测试。目前采用在闸门上贴应变片的方法可以近距离短时间的得到应力数据,但要想得到水工钢闸门全寿命周期的应力数据,就需要对水工钢闸门结构进行在线应力监测。本文针对水工钢闸门所处的特殊运行环境,提出了一种可长期且远距离监测应力的方案,经现场试验该方案是可行的。

侧式进 出水口顶板扩张角对拦污栅断面流速分布影响规律研究

抽水蓄能电站侧式进出水口双向过流,其顶板扩张角的大小将直接影响拦污栅断面流速分布是否均匀,甚至出现反向流速。抽水蓄能电站设计规范将3°~5°作为侧式进出水口顶板扩张角的推荐范围,其依据是矩形渐扩管阻力系数最小的扩张角度,但侧式进出水口体型较之复杂很多,因此有必要进一步探讨。本文以某侧式进出水口体型为研究对象,采用数值模拟方法,研究了11种角度的顶板扩张角对出流工况和进流工况拦污栅断面流速分布的影响。结果表明:在出流工况下,随着顶板扩张角的增大,中孔拦污栅断面的主流位置由居中部逐渐向底部降低,断面流速分布由上下基本对称趋于底部大上部小的上下不对称,当顶板扩张角较大时中孔拦污栅断面上部出现反向流速;随着顶板扩张角的增大,边孔拦污栅断面流速分布由基本均匀逐渐变为底部大上部小的不均匀分布;随着顶板扩张角的增大,中、边孔孔口流速不均匀系数均逐渐增大,但中孔拦污栅断面流速分布受顶板扩张角影响更大。在进流工况下,随着顶板扩张角的增大,中、边孔拦污栅断面流速分布及孔口流速不均匀系数均无明显影响。研究成果可为优化侧式进出水口设计提供指导。

基于MRD优化布置的水轮发电机组碰摩系统振动抑制

针对水轮发电机组转子-转轮系统碰摩故障问题,采用磁流变液阻尼器(magneto-rheological damper,MRD)对轴系振动进行抑制,旨在探究MRD对机组轴系振动的影响规律及其对系统碰摩故障的抑制效果。首先,将机组轴向位置函数引入MRD非线性动力学模型,推导了碰摩故障下含轴向分布参数的MRD-转子-转轮系统动力学方程。其次,基于数值模拟方法,以机组转速为控制参数对比分析了是否考虑MRD的转子-转轮系统非线性动力学行为。最后,研究了不同MRD轴向布置参数对碰摩转子-转轮系统动力学行为的影响。研究结果表明:MRD的加入对转子、转轮非稳态运动具有良好约束作用,能够显著减小转子、转轮振动幅值,有效避免了机组轴系碰摩故障的发生;当阻尼器位置参数s_(1)、s_(2)分别取0.25与0.95时,MRD对系统的减振效果最佳。通过在机组轴系合理布置MRD,可有效改善系统振动情况,从而为水轮发电机组振动控制提供有益指导。

基于VMD-TCN的水电机组健康状态监测系统设计

针对常规的水电机组运行监测系统以高频振动信号监测为主,低频振动信号监测失误问题较多,影响水电机组正常运行的问题,设计了基于VMD-TCN的水电机组健康状态监测系统。硬件方面,设计了AC102加速度传感器;软件方面,采集水电机组健康状态数据,对水电机组状态信号进行处理,判断机组健康状态。基于VMD-TCN分解水电机组健康状态监测信号,根据采集到的状态信号进行信号频段子模态分解,确保监测精准度。系统测试结果表明:该设计提升了系统的监测效果,系统性能良好。

基于AHP与TOPSIS的水电站能效管理水平评价方法研究

针对现有水电站能效管理水平评价方法的不足,将层次分析法(AHP)和优劣解距离法(TOPSIS)引入评价过程中,综合考虑经济、安全和管理3个方面的因素,构建了水电站能效管理评价指标体系;针对九分位标度法的不足,采用指数标度法确定各指标权重;分别利用TOPSIS方法和专家打分法对定量指标、定性指标进行评分,并进一步实现水电站能效管理水平的综合评价;以某实际水电站为例,分析和计算2018-2022年的水电站能效管理水平得分,结果表明该电站能效管理水平总体上呈上升趋势。

基于故障树分析法(FTA)的阿尔塔什水利枢纽电气二次系统可靠性设计

以新疆阿尔塔什水利枢纽为背景,介绍了可靠性理论在电气二次系统设计中的工程应用,重点阐述了可靠性分析方法、可靠性框图、可靠性数学模型的分析使用,并对电气二次系统可靠性设计的基本思路和工程实现进行探讨。

U型渠道移动式流线型量水槽扩散段水力特性及结构优化方法

移动式量水槽较固定式具有不易淤积、可移动多处重复使用等优点,流线型外形的量水槽水力性能好,量水槽的扩散段对水力性能影响大,然而当前还缺乏扩散段的设计原理与方法方面的研究。为了研究量水槽结构型式对水力特性的影响,为流线型量水槽结构设计提供理论指导,该研究建立D40U型渠道模拟模型,其后用FLOW-3D对35、45和55 L/s流量下的半椭圆+半椭圆、半椭圆+抛物线、半椭圆+圆弧、半椭圆+Myring曲线和鱼形量水槽进行模拟,结合原型试验验证数值模拟效果,探讨扩散段设计原则与方法。最后基于isight平台对水力性能较好的半椭圆+Myring曲线和鱼形量水槽进行结构优化。结果表明,45 L/s流量下不同进水口距离下水深数值模拟与试验值相对误差为0.1%~1.3%,上游、喉口和下游断面流速相对误差分别为0.19%~6.63%、0.06%~6.15%和0.02%~6.22%,模拟结果精度高。5种量水槽上游佛汝德数均小于0.5,最大壅水高度为5.71 cm,均满足测流精度和渠道安全要求。其中,半椭圆+Myring曲线量水槽水头损失和壅水高度最低,半椭圆+半椭圆量水槽临界淹没度最高,佛汝德数最小。量水槽扩散段设计原则为:在略微减少临界淹没度的条件下,扩散段前半段设计为曲率较大的曲线,以降低上游壅水高度;后半段设计为曲率相反且曲率较小的曲线,以改善过流流态,平顺水流,降低水头损失。优化后的半椭圆+Myring曲线和鱼形前半段曲率增大,后半段曲率减小,壅水高度和佛汝德数均有所降低,水头损失分别降低5.5%和6.3%,优化后曲线线型满足扩散段设计原则。研究可为流线型量水槽结构设计与优化提供理论指导。

分数阶转子-轴承耦合系统非线性动力学分析

为深入挖掘水轮发电机组转子-轴承系统的非线性耦合振动特性,将该系统的阻尼力从传统的固定整数阶扩展到灵活多变的分数阶范围。建立了含分数阶阻尼的转子与含分数阶的轴承在耦合作用下的动力学模型,分析了不同分数阶阶次对系统的影响,探讨了含分数阶阻尼转子与轴承的耦合模型在阶次对称系统和阶次非对称系统中的不同运动形态,给出了系统不同条件下的运动状态分布图,对比了碰摩故障在整数阶和分数阶条件下不同形态的动力特征,验证了所提出分数阶阻尼的优越性。结果表明,分数阶阻尼相比于整数阶阻尼具有非局部性、记忆性和适应非线性等新的动力学特征。