基于拓展傅里叶水电机组轴系参数敏感性研究

为了分析预测水轮发电机组轴系系统状态变量的变化规律,采用模块化建模方法,建立了考虑外部激励作用的水轮发电机组轴系系统非线性动力学模型;通过选取机组轴系系统参数取值范围及分布规律,采用具有全局敏感性分析优势的拓展傅里叶敏感性分析方法,对机组轴系系统参数开展敏感性分析,探究了各个轴系系统单参数及参数间耦合作用对转子和转颈位移输出响应影响的敏感程度。研究结果对保障机组轴系系统稳定工作、改善系统运行性能具有一定的指导作用。

朱利诺-JNHPP水电站大型蝶阀的结构与安装

朱利诺水电站蝶阀是东方电机目前自主设计和制造的最大尺寸的水轮机进口蝶阀。本文就此大型蝶阀的结构特点以及蝶阀在制造厂和电站的安装程序和方法进行简要介绍。

局部翼面运动对水翼水动力学特性的影响研究

符合水动力学特性的水翼可以在运动过程中产生较高的升力,大幅提升其水力性能。而边界层的分离发生在水翼上时将会产生失速,使水动阻力大大增加,从而失去水翼应用的初衷。为了达到良好的增升减阻效果,采用了在关键部位以运动表面代替固定表面的流动分离控制技术,基于隐式直接力浸入边界法,采用C++编程计算了流体与水翼的耦合运动。从升力系数、失速角推迟量和流场信息方面对比了运动表面的投放时机、投放位置、长度、运动速度等运动参数对水翼水力性能的影响。结果表明,局部运动位于翼型上表面后缘时,对流动分离控制和水翼水力性能的提升效果最好;运动表面向边界层注入的附加动量能有效减小流动分离,达到较好的增升减阻效果,但注入的动量也不是越大越好,局部运动的长度越长、速度越大,越容易形成大范围的低压区和正向漩涡,反而影响升阻比的提高或使失速角提前。从投放时机、长度、速度等方面综合考虑,对于该翼型,提升水力性能最佳的工况为攻角45°时,在上表面后缘投放相对长度为0.14,相对速度为3的局部运动;其次是攻角28°时,在上表面后缘投放相对长度为0.38,相对速度为1的局部运动。

海浪条件下水平轴叶片式潮流能水轮机流动特性的数值模拟

为了研究自由海浪条件下的高潮汐流速对水平轴潮流能水轮机的动态特性影响,基于STAR-CCM+建立了海浪条件下潮流能水轮机水动力特性的数值模拟方法,得到了海浪对潮流能水轮机转动影响规律及转动过程中产生的尾流特征。结果表明,潮流能水轮机角加速度的幅度与频率受海浪影响,但波动幅度小于海浪波动幅度、变化频率高于海浪波动频率;水轮机转动产生的尾流会使下一个水轮机的周围流场更紊乱,对叶片转动的影响、水轮机轴负载和能量利用率等方面会产生影响;压力脉动变化趋势分析认为,尾流对水轮机疲劳损伤并无太大影响。

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。

考虑死区的水轮机调节系统非线性自抗扰控制

针对含死区环节和机械时滞的水轮机调节系统,提出了一种改进状态误差反馈控制律的自抗扰控制方法。首先,考虑电液随动系统传动过程中存在的间隙特性,建立含非线性死区环节和机械时滞的水轮机调节系统数学模型。其次,通过坐标变换将具有死区和时延特性的状态空间方程转化为可控标准化数学模型。然后,引入PID积分环节,设计新型的自抗扰控制器,消除状态误差反馈控制律处理误差信号过程中出现的抖振现象。最终,基于Lyapunov稳定性定理,分析系统误差方程,证明了扩张状态观测器的收敛性。仿真结果表明,所提控制器在不同运行工况下的控制效果均优于PID控制和传统自抗扰控制,验证了所设计控制器的有效性和优越性,具有良好的参考价值。

大型水轮发电机组转子动力学特性分析

机组的轴系稳定性和动力特性是机组安全运行的重要指标,不仅直接影响机组的运行品质,同时也影响机组的使用寿命。本文以万家寨水轮机组为例,应用转子动力学计算软件ARMD对机组轴系的临界转速进行分析计算,并预估了机组在不同工况下水力激励力作用下的上导、转子中心、水导和转轮中心等处的摆度响应。计算结果与机组轴系振动实测和模态实测结果进行了比较。比较客观地分析了机组轴系的运行稳定性。

能量回收液力透平研究综述

液力透平回收能量是一项过程节能技术。对液力透平能量回收装置的研究主要有3个方面:液力透平性能,回收装置配置及运行工况调节。运用新的水力设计理论与方法可提高透平综合性能,这是液力透平研究的趋势。透平与相关设备性能、系统工况参数互相匹配,使回收装置在高效区工作。系统偏离设计工况时选择合理的调节方法来充分回收能量。

利用蜗壳压差测流做原型水轮机效率试验

利用蜗壳压差测流做原型水轮机效率试验郑源李贤庆（河海大学水利水电工程学院南京２１００９８）张新珊吴建春（乌溪江水电厂衢州３２４０００）水轮机效率试验是评价水轮机能量转换性能的重要指标，利用理论换算所得的水轮机特性不能准确地反映实际运行机组的性能．本...

三维非定常湍流尾水管涡带数值模拟

采用全流道三维非定常流动数值模拟方法,研究了混流式水轮机在部分负荷工况运行时,尾水管涡带在尾水管内引起的压力脉动现象。计算工况为典型的部分负荷工况,单位转速为70.52r/min,单位流量为0.679m3/s。计算结果表明在4个计算点都得到了涡带低频压力脉动:频率为0.333Hz,是转频1.25Hz的1/3.75,相近工况(n11=71.25r/min,Q11=0.689m3/s)模型试验测得涡带频率为5.31Hz,是转频18.62Hz的1/3.51,从涡带频率看计算结果与试验测量结果一致。研究成果表明数值模拟方法是可行的,可以在设计阶段预测尾水管内涡带压力脉动的特性。

水轮机转轮内全三维紊流计算及效率预估

水轮机转轮内全三维紊流计算及效率预估吴玉林，韩海，曹树良（清华大学水利系北京１０００８４）关键词水轮机，紊流计算，效率预估１引言水轮机转轮内部流场不易用实验手段量测，从而使得转轮内流动的数值模拟技术获得更大的发展。特别是近几十年来，水力机械的数值模拟...

双流道污水泵内固相体积分数分布规律

应用CFD软件Fluent对300QW 930-15-55双流道式污水泵内部流场进行数值模拟.结果表明,固相颗粒从叶轮进口至出口几乎都聚集于流道中下部,沿流道中线前进,且随着体积分数的增加,这种现象越明显;随着颗粒直径的增大,颗粒体积分数越高、越紧密,亦即高体积分数、大颗粒的固相介质大多数均是从叶轮流道中间通过叶轮,并且对于体积分数分布,颗粒粒径要比颗粒体积分数影响大.这种固相运动规律证明了流道式污水泵输送固液两相流介质具有效率高,抗堵塞、缠绕和耐磨蚀的特点.

大型水轮发电机组推力轴承油膜特性分析

以渔子溪电站水轮机组为例,应用ARMD软件,通过改变镜板的转速、所受的轴向推力大小,得到推力轴承的油膜压力、油膜剪应力、油膜刚度和阻尼等的变化规律。结果表明推力轴承的油膜压力、油膜剪应力、油膜刚度和阻尼均随着轴向推力的增大而增大;随着镜板转速的增大而增大,在飞逸转速附近均急剧增大。

基于导水机构水力损失的水轮机精细模型辨识

针对导水机构水力损失对水轮机效率影响较大,且其模型较为复杂的特点,提出了一种基于曲线拟合的导水机构水力损失表达方法,建立了水轮机精细模型;并采用改进人工鱼群算法对模型进行辨识。将该方法运用于某电厂实测数据,仿真结果表明改进水轮机模型精度高,且可以反映电厂实际运行状态,导水机构水力损失辨识结果与理论公式定性分析一致,并采用功率阶跃扰动对模型进行验证。结果表明模型是有效可靠的。

混流式水轮机尾水管近壁湍流特性和流场结构研究

采用滑移网格技术以及基于Vreman亚格子模型的全局动态大涡模拟方法,得到了HLA551-LJ-43型水轮机小开度工况下全流道内速度、压力以及涡量的分布,同时捕捉到尾水区域高强度的近壁湍流特性以及独特的分离流动现象。计算结果表明,当高转速、小开度工况时,流道内流体的圆周速度占有绝对优势,流体进入尾水管后'被甩出'呈旋转下泄趋势,在锥管段和弯管段内产生了明显的分流,同时在尾水管中心区域形成一个较大的空腔涡带。该涡带的流动形式与常规工况差异较大,反映出小开度工况偏离最优工况最远,流道中流体的漩涡、脱流、分离间断和回流等各种水力不稳定现象更为剧烈和复杂,具有独特的流动形式,容易导致机组异常振动的发生。

三峡左岸电厂6F机组小开度工况异常振动原因分析

三峡左岸电厂6F机组在过速试验的关机过程中,出现了强烈的小开度异常振动现象,振动频率为1.359Hz,该频率最为明显的表现为蜗壳内水压的波动。基于现场试验数据和哈尔滨大电机研究所的模型试验,分析了三峡左岸电站6F机组在三次过速试验的关机过程中水轮机运行参数的变化,并得到了三次试验的关机轨迹。根据关机过程中运行参数的变化,排除了负流量导致6F振动的原因,同时详细论述了水锤也不是异常振动的原因。作者认为最有可能的原因是水体共振,并结合现场试验数据和动态CFD数值计算结果进行了讨论。

水轮机活动导叶内部三维固液两相紊流计算及磨损预估

本文报导了水轮机活动导叶内部固液两相紊流的三维数值分析结果和磨损预估结果。文中基于N－S方程和两相紊流的k—ε—Ap模型，采用贴体坐标和交错网格系统，用SIMPLEC算法对水轮机活动导叶内部的固液两相紊流进行数值模拟，提出设计工况时活动导叶内部的两相紊流特性。在数值模拟的基础上，根据Finnie模型预估了活动导叶的磨损。并与Drtina的实验结果进行了比较．

Fortran和MATLAB的混合编程在水轮机特性曲线处理中的应用

利用传统的Fortran语言编程与MATLAB强大的数学库相结合 ,阐述了使用Fortran语言对MATLAB的内蕴函数进行调用的基本方法 .并结合某具体工程实例 ,比较了MATLAB工具箱中三次样条插值函数和一般多项式插值函数对水轮机特性曲线插值结果的影响 。

基于多小波的水电机组振动信号降噪方法研究

多小波可以同时满足对称性,短(紧)支撑性,二阶消失矩和正交性,在信号处理方面比小波更有优势。在多小波分解系数中,当一个系数包含某些信号成分时,其相邻系数也可能包含一定的该信号成分。与传统的小波去噪算法相比,相邻系数法能更好地解决变换系数之间的相关性,获得更好的降噪效果。在模拟振动信号降噪处理中,对信噪比和均方根误差进行定量分析,结果表明多小波相邻系数降噪法要优于小波阈值降噪法。在对水电机组实际采集的振动信号进行降噪研究时,通过对比降噪前后信号振动特征分量的保持完整程度,表明该方法滤波更彻底,保留振动特征分量更完整,是一种更加有效的降噪方法。

三峡左岸电厂6F机组小开度工况异常振动动态数值解析

三峡左岸电厂6F机组在过速试验的关机过程中,出现了强烈的小开度工况下的异常振动现象。该现象是过去未曾关注过的。借助STAR-CD解算器和分离涡模拟的方法,对包括蜗壳、固定导叶、活动导叶、转轮和尾水管在内的计算域进行动态的数值解析。计算结果显示,在所计算的小开度工况下,活动导叶出口处的流动沿活动导叶高度方向是不均匀的,活动导叶下半部分区域靠近底环处存在漩涡,导致水流从活动导叶的上半部分流出到转轮室。傅立叶分析表明,在此漩涡区域附近,流体单元的速度脉动和压力脉动的主频均为1.359Hz,正好与真机试验测得的异常振动频率一致。进一步的分析表明,漩涡区域的1.359Hz的脉动是计算域内其他位置出现的相同频率的脉动的源头。