水中运行设备共振幅频特性研究

在水力机械等淹没水中设备的运行中,常遇到剧烈振动造成设备损坏等故障,多认为由共振引起。本文首先对单自由度简谐振动系统自由振动、强迫振动方程的稳态振动解进行无量纲化处理,计算出不同阻尼比条件下的共振频率比、共振幅值比,发现阻尼比、共振频率比、共振幅值比三者之间存在一一对应的单调变化关系,并据此提出了分别测量设备在水中及空气中的自由振动频率,假定空气中自由振动频率为设备固有频率,再依次确定水中阻尼比和共振幅值比的反求式估算方法。本研究采用敲击法进行了混流式水轮机模型转轮水中及空气中自由振动频率测试,发现其水中自由振动频率比空气中低,其水中一阶自由振动频率与空气中一阶自由振动频率之比约为0.758~0.872;如假定该值为水中自由振动频率比,可计算出相应的水中阻尼比为0.652~0.490,共振幅值比约为1.01~1.17。本研究还进行了中间固定两侧悬臂梁在空气及水中的真实共振试验,在两侧悬臂梁计算固有频率附近均发生明显共振,发现水中共振频率比空气中明显降低,用反求法获得的水中共振幅值比小于2,水中共振幅值对空气中初始振动幅值放大倍数也非常小,进一步说明水中共振时对激振幅值的放大作用非常有限。

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。

X型叶片水轮机转轮流场的数值模拟

X型叶片在最近几年被广泛用于高水头大容量混流式水轮机,其数值模拟对计算机的配置提出了更高的要求。模型的建立和网格的粗细直接影响着水轮机数值模拟的结果和对硬件资源的需求。本文从这两方面着手,解决硬件资源一定条件下的大规模流场计算问题。采用全流道和单流道两种几何模型、三种网格精度对X型叶片混流式水轮机转轮进行数值模拟,对能量特性进行了预估,并分析了转轮内部的流动细节。分析结果表明:单流道计算所得能量特性结果优于全流道计算结果,与实验结果一致,这是由网格的粗细引起的;X型叶片表面压力和速度变化均匀,转轮内流动顺畅,表现出良好的水力性能,与实际情况相符;用单流道模型来代替全流道模型对转轮流场进行数值模拟,可以提高计算精度,节省计算时间,降低计算成本。

鱼友型水轮机研究进展及建议

鱼友型水轮机的研究旨在保证水轮机水力性能的前提下提高过机鱼的存活率。某些发达国家已投入一定的人力和财力进行了鱼友型水轮机的研究,取得了不少成果,部分成果已应用到水电站,而我国在该领域的研究还处于空白。本文对过机鱼损伤机理、鱼友型水轮机设计及水轮机过鱼试验等成果进行全面的归纳和总结,并对鱼友型水轮机的研究方向提出建议。

质量矩阵对水轮机组固有振动模态计算结果的影响

针对如何采用有限元法选用适当的单元质量矩阵模式对大型水轮机过流部件进行高精度、高效率和低成本的模态分析问题,本文详细介绍了一致质量矩阵和集中质量矩阵,并以三峡混流式水轮机组为例,数值模拟水轮机转轮、导叶和叶片的前若干阶固有模态,对两种矩阵所得结果进行了比较分析。结果表明,两种质量矩阵模式对低阶固有模态（前30阶）影响不大,固有频率计算值相对误差不超过2%,对应阶数的固有振型相似,而对高阶固有模态（30-100阶）影响显著,固有频率计算值相对误差达到4.25%,且固有振型不同;质量矩阵模式对水轮机转轮、叶片和导叶固有模态的影响随着模态阶数增加而变大,集中质量矩阵计算效率较一致质量矩阵高。从计算精度、效率和成本综合考虑,建议低阶固有模态分析采用集中质量矩阵,高阶固有模态分析采用一致质量矩阵。该研究为水轮机过流部件的动力设计和数值计算提供科学依据,也为水轮机过流部件进一步的动力学分析奠定了基础。

电磁流量计测量直管内速度及管长的CFD研究

电磁流量计是一种广泛采用的流量测量仪表,测量直管长度对于保证测量管内流速轴对称分布及电磁流量计计量精度起着关键性作用。本文采用CFD数值手段对电磁流量计测量直管长度及管内流速轴对称分布特性展开研究。为了准确地研究流速分布的轴对称特性,提出了定量衡量流速分布轴对称程度的速度对称偏差度,并基于此研究了不同内径、不同过流量条件下测量管内的流速分布轴对称特性和电磁流量计对测量直管长度的要求,为电磁流量计的检定、安装、应用提供科学理论依据,为依托项目建立高精度流量计量标准装置奠定基础。

我国水电设备标准化发展与建议

介绍了我国水电设备的标准体系及对水电设备的影响,并发现了其中存在的问题,提出了水电设备发展的建议。

我国水电设备产业发展浅析

介绍了我国水电设备产业的战略布局,并给出了指导性建议。从全局规划的角度,提出了水电设备在开拓国际市场需注意到问题,并且从战略层面指出了发展目标。

水力机械CFD应用的若干问题与思考

CFD技术广泛应用于水力机械的优化设计、水力稳定性及气液/固液两相流等领域,是水力机械理论研究以及解决工程问题的重要手段。分析了CFD技术在水力机械领域的应用水平,对水力机械CFD技术的发展提出了建议。

从低碳、环保角度看我国水电设备发展方向

全球对低碳和环保的重视,给水电提供了很大的发展空间,同时也对水电开发从移民、生态和环境保护方面提出了更高的要求。如何更好地发挥水电作为清洁可再生能源的优势,是水电开发相关行业以及政府部门需要深入思考的问题。本文结合当前热点,根据我国水电以及水电技术发展现状、面临的机遇和挑战,剖析了我国水轮机技术发展方向,以供水电设备制造企业以及研究领域参考。

基于改进欧拉算法的双吸离心泵泥沙磨损特性研究

固液两相流算法对双吸离心泵泥沙磨损模拟精度有直接影响。采用改进的固液两相流欧拉算法,考虑了相间阻力和泥沙扩散系数两方面因素,对典型悬移质泥沙粒径条件下的双吸离心泵流场进行了数值计算。研究发现,叶片表面湍流强度在头部和尾部较大,可达6%~10%;叶片头部和尾部的颗粒动态尺度大于中部。由湍流强度和颗粒动态尺度组成的湍动尺度效应,在叶片头部和尾部表现强烈,湍动尺度效应使固液相间阻力增大,更有利于颗粒的扩散,避免了颗粒聚集,对大颗粒的作用强于小颗粒。湍动尺度效应导致叶片表面固相体积分数分布范围减小,大颗粒的变化值大于小颗粒,叶片头部和尾部的改变值大于中部,叶片表面的严重磨损部位为叶片工作面尾部的块状磨损区,这比采用传统算法得到的带状磨损区和偏磨区计算结果,更符合离心泵实际磨损情况,考虑湍动尺度效应后得到的磨损率也有所增大。在此基础上,提出了双吸离心泵叶片水力设计和表面喷涂防护原则,为提高双吸离心泵抵抗泥沙磨损能力奠定了基础。

流体机械在水电领域的技术发展

水轮发电机组的单机容量,是一座电站重要的技术经济指标。一般条件下,采用较大容量的机组,既可以减少电站装机的台数,有利于工程枢纽的布置,也可以节省投资和缩短工程建设周期。电站建成后,运行成本低,水能利用效率也比较高。因此,水电机组向大容量方向发展,符合我国的国情,也是西部地区水电大开发的必然选择。近来,国内不少专家呼吁启动研究并应用百万千瓦级水轮发电机组,国家也提出在白鹤滩和乌电站建设百万千瓦机组的设想。开展百万千瓦机组的研制工作将是水电发展的必然需求。

抽水蓄能电站多倍叶频强振来源研究

抽水蓄能电站机组和厂房振动问题非常突出,其振动频率多为2或3倍水泵水轮机转轮叶片通过频率,该频率的产生机理一直没有明确可信答案,强振问题迟迟得不到解决。为弄清该问题,在对国内十余个抽水蓄能电站运行稳定性调研的基础上,对电站强振频率、波形与水泵水轮机导叶前压力脉动频率、波形进行了对比研究,发现了二者之间的相同点及脉络联系,发现产生于导叶前的空化衍生压力脉动是引起厂房振动的根源。研究从无叶区压力脉动的幅值及频率特性入手,总结提出了无叶区压力脉动的传播规律,指出多倍叶频压力脉动并非直接源自转轮,而是发源于导叶前的空化衍生压力脉动。无叶区压力脉动主要以压力波方式由转轮向上游传播,在经过导叶进水边因脱流而产生的旋涡空腔时,使空腔产生膨胀-收缩循环变化,产生空化衍生压力脉动。每一个导叶前旋涡空腔产生一个叶频空化衍生压力脉动,所有散布在转轮周围的导叶前压力脉动会在导叶前测点叠加成一周期长短不一的压力脉动,其分析频率为多倍叶频,该倍数通常为转轮叶道对导叶的整数覆盖系数。这说明,没有导叶、固定导叶区域空化空腔的存在,就没有多倍叶频空化衍生压力脉动及机组和厂房强振。

推进省级绩效预算改革的思考

目前地方政府绩效预算改革还存在绩效评价氛围不浓、评价体系和指标设置不够科学、评价结果难以运用等问题。在全国全面实行绩效预算还有较大难度,可考虑先在省一级进行探索,再逐步推广。推进省一级绩效预算改革,应着力营造积极的政治环境、良好的法律环境、倡导绩效至上理念和加快财政信息公共步伐;通过明确政府职责、合理确定绩效目标,改革会计制度、提高信息质量,提高财政干部和财务人员素质等措施,夯实绩效预算改革的基础;选择项目支出作为改革突破口,实施渐进式改革以减轻改革阻力,通过扩权和激励机制形成改革合力,分阶段构建省级绩效预算体系。

固液两相流浓度测量方法探讨

主要对浑水浓度的分类、定义及相应的测量和标定方法进行了理论分析和实践探索。由于固液两相流中存在悬浮固体颗粒和液体的相对运动,本文提出了"在不同测量断面上固体颗粒的动态体积浓度不同"的理论推断,并指出了动态体积浓度和静态体积浓度的区别,对固体颗粒的流量浓度和动态体积浓度的物理意义和特点进行了系统的分析和比较。流量浓度与动态体积浓度不同,在有压流动系统内,各测量断面上的流量浓度均保持不变。此外,还对静态体积浓度、动态体积浓度和流量浓度的测量方法进行了探讨,提出了一种通过测量浑水密度间接测量泥沙浓度的新方式。并对几种自动测量动态体积浓度的方式存在的问题进行了分析,指出了引水到系统外测量的动态浓度是流量浓度,介绍了超声波浓度仪的静态标定方法。

从我国水电设备质量现状看第三方质检机构的作用

我国许多小型设备制造厂在产品质量控制方面,不能严格按有关规定执行;用户通常为了节省成本,不要求进行第三方检测。这使得我国水电设备质量得不到有效监管,设备质量得不到保证。为了提高产品质量、增强国际市场竞争力,对水电设备进行第三方质量检测很有必要。为了有效发挥第三方水电设备质检机构的作用,相关政府部门和水电行业应进行引导和扶持--加强水电设备第三方质检的推广和宣传,在国内广泛开展水电设备的第三方质检工作,将部分水电设备的第三方质检作为强制要求等,以充分发挥第三方质检机构的作用,达到提高水电设备质量意识、保证设备质量的目的。

水力机械锯齿波压力脉动探讨

本文首先论述了锯齿波在水力机械的压力脉动和振动波形中大量存在,说明了对其进行深入研究的必要性。然后分析了锯齿波压力脉动产生的两大可能原因,其一是涡带空腔及周围自由涡带来的压力速升速降或空化空腔快速收缩-膨胀带来的冲击,其二是大幅值压力波在传播过程中因密度变化而产生的波形畸变;而对于尾水管涡带压力脉动而言,其主要原因是前者。在对锯齿波压力脉动进行快速傅里叶分析时,会分析出与主频压力脉动频率呈整数倍关系的所谓倍频分量,其实是一种假象。

中国水电设备的国产化战略

通过对我国水电设备产业发展过程的回顾,论述了国产化在水电设备产业起步、发展各个阶段发挥的重要作用及今后实施国产化战略的必要性,希望结合产业特点实现国产化。文章还结合对"三峡模式"和"打捆招标"两种模式的比较分析,探讨了引进技术的得与失,期望自主创新成为水电设备产业实现国产化和技术进步的关键因素。

国外水电站EPC工程风险分析和应对机制浅析

国外水电站EPC工程机遇与风险并存。如果忽视风险,不能采取正确的应对措施,对于企业的经济效益将产生重大影响。本文根据以往国际EPC项目管理的经验和教训,对于常见的风险进行了归类分析,从风险评估和风险应对的角度进行了阐述,提出了风险防范的措施。

脑膜瘤的脑电图改变

对４２例手术及病理切片证实的脑膜瘤患者行脑电图检查，结果表明：脑电图异常占９５．２４％，其中定位与临床符合率为６４．２９％，定侧符合率为２６．１９％。讨论了脑膜瘤脑电特点及定性诊断价值，认为脑电图仍为一重要的辅助诊断手段。