压力脉动对尾水管进口空化腔影响的CFD模拟分析

水电站过渡过程计算中水轮机尾水管进口最小压强须控制在-8 m H2O以上,以防止危险的水柱分离。对于水泵水轮机,压力脉动大且成份复杂,确定此最小压强时应该计入哪些压力脉动尚无明确答案。针对某直锥尾水管水泵水轮机模型,在转轮进口施加不同脉动流速,分析尾水管进口空化腔生成发展规律。发现尾水管最大空化腔体积与进口脉动流速频率相关;随频率增大,空腔体积有先快速增大后缓慢减小变化趋势;空化腔变化周期受压力脉动频率和尾水管出口压强波动共同影响。在实际转轮进口可能的压力脉动频率对尾水管空化腔波动都有较大影响,但频率与尾水涡频率一致时会有共振效应。尾水管水锤波动是产生空腔涡的根本因素。

基于EMD和AR模型的水轮机尾水管动态特征信息提取

提出一种基于经验模态分解(EMD)和自回归(AR)模型的水轮机尾水管动态特征信息提取方法。对经过预处理的信号进行EMD分解,得到包含特征频率的本征模态函数(IMF),对每个IMF建立AR模型,取模型参数作为故障模式识别的特征矢量。以水轮机尾水管压力脉动信号为例,运用此方法进行了尾水管动态特征信息的提取。试验表明,基于EMD和AR模型的特征提取法是故障特征提取的有效方法。

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。

水轮机尾水管三维湍流数值模拟

利用κ－ε两方程湍流模型建立了适应水轮机尾水管三维湍流的控制方程组，推导出用爱因斯坦求和下标所表示的三维控制方程在贴体坐标下的张量形式。应用有限差分法对控制方程进行了离散，编制了三维湍流的计算程序，计算方法和程序用三维弯管湍流的试验数据进行了验证。对尾水管的内部流场进行了计算，得到了尾水管中压力场及速度场分布以及尾水管中的回流和二次流现象。

小波包特征熵神经网络在尾水管故障诊断中的应用

为精确诊断水轮机尾水管涡带,该文提出一种基于小波包特征熵的神经网络故障诊断新方法。对采集到的尾水管压力脉动信号进行三层小波包分解,提取小波包特征熵,然后构造信号的小波包特征熵向量,并以此向量作为故障样本对三层 BP 神经网络进行训练,实现智能化故障诊断。试验结果表明训练成功的BP网络能够很好地诊断机组尾水管是否发生涡带以及涡带的严重程度,为水轮机故障诊断开辟新的途径。

威远江水电站泄洪洞独立进水塔结构抗震分析

针对威远江水电站泄洪洞进水塔水下高耸且独立布置的特点,研究了水下进水塔动水压力的模拟方法,建立了进水塔结构-水体-地基三维动力有限元抗震分析模型,分析了进水塔结构的动力特性。采用时程分析法研究了进水塔结构在7度地震作用下的动力反应,给出了进水塔的抗震最不利位置及其减震措施,为同类工程设计提供了参考依据。

基于Hilbert-Huang变换的水轮机非平稳压力脉动信号分析

水力压力脉动在水轮机的运行过程中是不可避免的现象,而且在过渡过程中具有较强的非平稳性。以机组启动过程中的非平稳尾水管水力压力脉动信号分析为例,研究压力脉动在过渡过程中的时变特征。为了降低时频分析的计算量,提高时频分辨率,首先应用采样率转换技术对现场测试信号进行预处理,然后应用Hilbert-Huang变换进行时频分析,识别确定信号中的频率成分及其相对机组运行条件的变化情况。分析结果表明:水轮机尾水管中的水力压力脉动以低频成分为主,其时变性与运行条件密切相关,但是在过渡过程中,其频率成分相对时间的变化情况与机组转速变化不成比例;与其它时频分析方法相比,Hilbert-Huang变换时频分辨率高,适合分析非平稳低频水力压力脉动信号。

水轮机尾水管水压力脉动与运行工况的关系

以三峡水电站水轮机运行工况为模拟条件，进行了混流式水轮机尾水管压力脉动试验研究；分析了在水头变幅较大的工况下混流式水轮机尾水管水压力脉动与转轮出口水流环量及单位参数之间的关系．研究结果表明，适当选定混流式水轮机额定参数对减轻尾水管水压力脉动是十分有效的．

基于小波包-神经网络的尾水管故障诊断

尾水管水压脉动信号中包含与涡带紧密相关的低频信息。偏心涡带是引起尾水管振动故障的主要根源。傅立叶变换很难提取涡带的低频特征,为此采用小波包与神经网络相结合的方法,对尾水管信号进行小波包多层分解,以提取信号的特征信息,然后输入神经网络进行故障诊断。试验表明:该法能利用小波包时频局部聚焦分析能力和神经网络的自适应能力,对尾水管振动故障进行有效诊断。

尾水管涡带非定常流动数值模拟

基于雷诺时均N-S方程和标准k-ε双方程湍流模型,对混流式水轮机尾水管内部的三维定常湍流进行了计算。对加和不加出口尾水箱分别进行了定常计算,比较了两者的收敛性,肯定了尾水箱的作用;同时给定尾水管周期性旋进进口边界条件,对尾水管进行了非定常流动计算,分析了尾水管压力脉动和水流运动情况,认为尾水管流场及涡动现象基本和实际符合,结果表明了给定的进口速度模型的逼近真实性。

非定常流弯肘型尾水管不规则压力脉动预测

尾水管内螺旋状涡带引起的压力脉动是造成混流式水轮机机组振动的主要原因之一,直接威胁机组的安全运行。为此,提出一种基于CFD数值计算的水轮机尾水管压力脉动数字化预测法,并利用此法对一大型混流式水轮机偏工况下尾水管内水流流动进行了长时间非定常流计算,讨论该工况下尾水管内死水域与涡带的运动规律,预测了尾水管的不规则压力脉动,压力脉动分析结果表明,其波形、频率、相位与实际基本一致。

尾水管的改型设计与CFD分析

结合伊朗塔里干电站项目 ,将普通尾水管改型设计成窄高型尾水管。根据不同的来流条件 ,分别计算了三种工况 ,并通过CFD分析比较得出 :虽然窄高型尾水管比普通尾水管回能系数略小 ,即效率略小 ,但窄高型尾水管内的涡带比普通尾水管小 ,表明尾水管中的压力脉动小 ,其运行的稳定性好 。

尾水管深度对轴流定桨式水轮机性能的影响

尾水管深度对水轮机的效率及稳定性都有重要影响。为解决某电站水轮机效率及出力不足的问题,采用数值模拟的方法,分析了尾水管深度变化对水轮机性能的影响。通过几个不同尾水管加深方案的比较分析,得出尾水管深度在一定范围内增加能有效提高尾水管回能系数,降低扩散损失。但由于沿程摩擦损失会随深度增加而增大,因而综合考虑损失、效率及经济性因素,最终选定尾水管深度为3.0D1的尾水管深度方案。同时,为保证水轮机的运行稳定性,也比较了该方案对流场稳定性的影响,分析了湍动能及脉动的变化。结果表明尾水管与转轮内流场存在相互作用,直锥段加高后不但会降低直锥段出口的湍动能,也会减轻转轮出口的湍动能。即尾水管内流动的改善也会降低转轮出口附近流场的紊乱程度,显著降低了转轮所受到的径向力及压力脉动峰峰值,提升了转轮内流场的稳定性。此外尾水管深度改变方案对转轮空化性能的影响不大,转轮叶片背面的最低压力范围基本没有变化。

大型混流式水轮机组尾水管压力脉动模型试验研究

为研究大型混流式水轮机组尾水管压力脉动,选择了不同的水头和导叶开度组成不同的工况稳态和过渡过程工况。研究表明,稳态工况下,压力脉动的频率主要受导叶开度的影响,相同工况下,压力脉动频率非常相近;不同频率对应的振幅中,频率为3 Hz左右的振动振幅明显比其他频率对应的振幅大;水头对振幅的影响,高水头比中低水头的大。在过渡过程中,2台机组先后甩负荷时,震荡波明显大于1台机组甩负荷的情况。1台机组甩负荷过程中,水头对震荡波影响不大。不同半径处的压力脉动在导叶刚关闭时会有所不同,有些半径处的压力脉动会出现短时间的突然增加,这个值甚至大于震荡波中最大的压力值。

基于流固耦合数值方法的尾水涡带诱发尾水管振动分析

流体域运用切应力输运模型封闭时均化Navier-Stokes方程,固体域采用Newmark方法求解固体振动方程,流体和固体耦合作用面通过运动条件和动力条件考虑流固耦合作用,建立了尾水管-管内湍流流固耦合模型。进行了尾水管内部非定常周期性湍流计算和尾水管本身涡致振动时程响应计算,并依据结果对尾水涡带和压力脉动的主要性质和尾水管振动特征进行分析。结果表明,建立的分析模型用于计算尾水压力脉动和尾水管振动响应是合理可行的,对于尾水管体形优化设计和水电站厂房结构的振动分析具有积极意义。

设置消减压力脉动稳流片后尾水管数值解析

利用三维粘性流动的数值解析方法,探讨了装置稳流片后尾水管的内部流动.以弯肘型直锥段作为模型,研究了稳流片消减涡动强度的效果.计算得到作用在稳流片上的集中荷载,通过对比分析发现:考虑强度时三角翼型稳流片最优;而对于传统的稳流片,选择C型更有利.

尾水管水力稳定性受直锥段高度影响的性能预测

本文选取了一个弯肘形尾水管,保持肘管和扩散段尺寸不变,分别增加和减少尾水管直锥段的高度,形成3种高度的原尾水管、深尾水管和浅尾水管。结果表明,在典型部分负荷工况,浅尾水管使转轮出口与直锥段内的回流区增加,尾水管内的二次流强烈,力矩脉动较大,同时尾水管内流态紊乱,能量损失大,不易形成稳定的涡带,因此,尾水管管壁附近压力脉动幅值相对较小,频率成分丰富,但尾水管的回能效果差;深尾水管和原尾水管都表现出偏心涡明显,涡带运动稳定,尾水管压力脉动频率稳定等特点。但深尾水管的压力脉动幅值和对转轮力矩的影响都较原尾水管小。

水轮发电机振动的在线监测与动态仿真

研制了水轮发电机振动在线监测系统 ,该系统包括数据采集、振动分析和通信 3部分 .为了解决实际电站调试时很难实时获得水轮机水力振动故障信息的问题 ,开发了相应的动态仿真模拟机来模拟实时数据的采集过程 ,并将采集到的振动特性数据送至振动分析系统 .振动分析系统对所接收到的振动数据进行时域分析、频域分析等多种分析 。

尾水管水力振动的监测与故障判断

从模型及真机试验结果出发 ,叙述混流式水轮机一般的水力故障形式 .研究了尾水管的水力振动特点及振动随运行工况而变化的情况 .

泄水锥对水轮机尾水管压力脉动影响的试验研究

通过水轮机模型试验,对尾水管内产生的空化涡带现象进行观测,同时对尾水管不同位置的压力脉动信号进行采集。讨论了不同形式泄水锥对尾水管压力脉动的影响,并分析了泄水锥减弱尾水压力脉动的基本原理。实验研究结论可提高大型水轮机组稳定性。