硫酸盐环境下MKPC浆体干湿循环制度设计及性能评价

为评价硫酸盐干湿循环耦合作用下磷酸钾镁水泥(MKPC)浆体的力学性能和物理性能,根据GB/T 3810.3—2016测试方法,通过真空保水和不同温度的真空烘干试验,设计出适用于MKPC浆体试件的干湿制度。遵循设计的干湿制度,测试MKPC试件在硫酸盐环境下进行不同干湿循环次数和全浸泡不同龄期的质量损失、强度变化。试验结果如下:经过反复试验,以相邻两次质量变化率<0.1%为标准,设计出MKPC试件1个干湿循环周期为72 h。MKPC试件在5%Na_(2)SO_(4)溶液干湿循环120次后其抗折强度、抗压强度较未干湿循环试件的强度分别下降24.44%、18.63%,质量损失为4.12%;在5%Na_(2)SO_(4)溶液浸泡360 d后,MKPC试件的抗折强度较未浸泡的强度下降1.23%,抗压强度较未浸泡的试件强度增加1.11%,质量损失为1.54%。因此,MKPC试件在干湿循环作用下对抗折强度变化和质量损失更加敏感。

水电站水机电-结构系统动力耦联模型研究及数值模拟

建立了包括引水系统、水轮机、调速器、发电机电磁系统、电网、水电机组轴系及厂房耦联结构等子模型在内全新的水电站系统非线性动力耦联模型。基于水力、电机、结构等学科理论构建了涉及水力、机械和电磁等因素的联立微分方程组,并采用有限元法建立机组轴系和厂房结构模型。结合Ansys的二次开发功能提出了水-机-电多因素影响下机组和厂房耦联结构模型不同工况动力特性的研究方法。采用差分法及特征线法等数值计算方法,利用该模型对水电站系统的开机工况进行了数值模拟计算和分析,同时对模型的合理性给予了验证。计算结果表明,该模型可以模拟计算水电站系统的开机工况运行过程,并能够较好反映水电站运行时的各种非线性动力特性。针对水电站系统较为复杂的特点,该模型的建立可对电站发电系统进行全面的数值模拟以评价和预测其运行安全性和结构可靠性,从而为水电站在极限工况和过渡工况的运行动态控制提供有益参考。

大型水电站地下厂房的水力振动数值分析

在分析当前进行地下厂房水力振动分析构建有限元模型中所存在问题的基础上,以目前国内在建、装机容量最大的溪洛渡水电站地下厂房为例,基于模型试验资料选择典型工况,进行了流道脉动水压力作用下的动力反应时域分析。结果表明,该地下厂房主要部位的位移、速度、加速度和应力振动幅值满足允许限值要求。

水电机组转子-转轮弯扭耦合振动特性分析

针对水轮发电机组轴系由多振源激励引起的非线性振动问题,本文构建了考虑动、静偏心因素的不平衡磁拉力及非线性密封力联合作用下机组轴系弯扭耦合振动模型,采用数值分析方法对系统动力学特性进行了研究。通过分岔图、轴心轨迹图和频谱图等方法分析了质量偏心、密封间隙对系统振动特性的影响。结果表明,动静偏心的加入对系统动态特性表现形式及振幅均带来了明显改变,系统稳定性在一定程度上得到了提升,新的运动特征周期6得以显现。质量偏心在恶化转子振动的同时会削弱不平衡磁拉力的影响,使振动趋于规则,但过大的质量偏心会导致定转子发生全周碰摩故障,容易引起系统潜在的不稳定。密封间隙的增加可以减少阻尼和摩擦,使系统运动趋于稳定;但过大的密封间隙会增加流体的泄漏,降低水轮发电机组运行效率。

水电站机组-厂房结构突增负荷过渡过程振动特性研究

水电站机组及厂房结构受水、机、电激励影响在过渡工况下振动问题突出,但现阶段相关理论研究严重滞后于工程实际,制约了该结构进一步寻求改善其瞬态振动的合理控制方式及技术措施。为此,以核心水力振源之一——尾水管压力脉动的构建为切入点,从理论分析的角度提出了一种在不同负荷工况下由尾水管偏心涡带诱发的水力激励数学表述,基于已有水力发电系统水-机-电-结构耦联模型,将系统突增负荷过渡过程纳入机组-厂房结构振动研究体系,并对结构在该非稳态运行情况下的振动特性进行了分析。计算结果表明,同稳态工况相比,机组各导轴承结构在瞬态工况下存在运行稳定性降低、振幅明显增大等现象。同时,相对于机组轴系,水电站厂房发电机层楼板在该过渡工况下的振动现象更为显著,特别是竖向振动情况异常突出,位移增幅可达其在稳态运行条件下的数倍。该研究成果可为水电站机组-厂房结构在该过渡工况下的动力响应分析提供合理可靠的模型与研究方法。

磁流变液阻尼器控制下贯流式机组轴系碰摩振动特性分析

针对贯流式水轮发电机组轴系受多振源引发的振动问题,基于线性接触力和库伦摩擦力组成的叶尖碰摩力模型,建立综合考虑不平衡磁拉力、油膜力以及不平衡水力等外激励影响下的机组转子-转轮-轴承系统碰摩动力学模型。为抑制转轮叶片振动诱发的碰摩故障,将一种电流调节式磁流变液阻尼器引入系统,采用数值方法研究有无磁流变液阻尼器在不同转速及转轮质量偏心下对转轮振动的抑制规律。结果表明:磁流变液阻尼器的存在使原本复杂的系统响应形式变得有序,能够减弱机组在转速变化过程中产生的振动,使转轮运动更为贴近同步周期运动形式;同时,可缩减因质量偏心变化造成的混沌行为并减小其振幅波动。磁流变液阻尼被动控制对贯流式水轮发电机组具有良好的适用性,可为贯流式机组轴系减振提供有益借鉴。

动静偏心电磁激励下水电机组碰摩转子-轴承系统弯扭耦合振动特性分析

基于对同时考虑定转子间动、静偏心不平衡磁拉力模型的构建,建立了电磁激励下水电机组碰摩转子-轴承系统弯扭耦合振动非线性动力学方程,采用数值分析方法研究了质量偏心、励磁电流和气隙动静偏心参数变化对系统动态响应的影响,并与仅考虑广义气隙偏心影响下机组碰摩弯扭耦合振动模型进行了对比。结果表明,随着质量偏心的增大,系统弯扭耦合作用明显增强。动、静偏心的加入显著改变了系统动态特性,周期7及周期10等新的运动特征得以显现。此外,动、静偏心对系统动态响应的表现形式影响存在明显不同。相比于静偏心,以诱发一倍转频电磁激励成分为主的动偏心故障更容易使机组产生较大振动,甚至造成全周碰摩情况发生,需要引起足够的重视。

考虑顶盖系统的水轮机竖向振动传递路径分析

本文在以往水力振源竖向振动分析模型的基础上引入顶盖子系统,顶盖是水力振源向固定结构传递振动的主要路径之一。本文主要对顶盖系统的水轮机竖向振动传递路径进行了研究。该研究基于振动基本理论和一般概率摄动法,应用Kronecker代数、矩阵微分理论等方法,在考虑包括质量、阻尼、刚度等传递路径参数的不确定性因素下,对竖向振动传递路径进行了理论分析和数值计算,在频域内给出了水力振源竖向振动的路径传递率和传递率方差,据此可为更全面的分析水电站竖向振动的传递路径,同时为解决水电站振动传递路径系统分析提供方便有效的解决思路。

基于工程经验和RBF神经网络的水轮机综合特性曲线拓展和重构

水轮机特性曲线是描述水轮机运行过程中运行参数变化及相互关系的重要数据图.采用径向基函数(Radial Basis function,RBF)神经网络拓展和拟合水轮机特性曲线的方法可避免用具体的数学表达式表示该特性曲线高度非线性的函数关系,而是通过对离散样本点的学习和训练来获得水轮机全特性曲线.在使用RBF方法进行拟合数据和重构曲面之前,本文利用边界条件和工程经验将已知工况区域的特性曲线向小开度区域和低效率区域进行了有效拓展,大幅增加了RBF神经网络的学习样本数量,从而进一步提高了RBF方法拟合水轮机全特性曲线的精度和可靠度.以HL180水轮机为例,对拓展和拟合水轮机综合特性曲线的具体过程进行了详细介绍.计算结果表明,同仅采用RBF神经网络方法相比,采用本文方法得到的水轮机全特性曲线具有更高的精度和可靠度.