转轮及导叶流域固液两相流研究

为了研究灯泡贯流式机组内流状态和磨损规律基于欧拉-欧拉法中的Particle非均匀相模型,对不同固相直径、浓度、导叶开度下水轮机固液两相流工况进行计算。结果表明,固相高浓度区集中在转轮域和尾水管进口处,且随着固相直径和浓度的增加而增加。随着固相直径和浓度的增加,导叶域表面压力、固相速度、固相浓度分布均增加,导叶背面更易发生磨损。在转轮域,固相高浓度区分布在叶片正面轮毂处和进水边,叶片背面整体固相浓度分布较高,且表面固相速度、浓度分布与固相直径和入口浓度呈正相关。

灯泡贯流式机组水导轴承振动评估

【目的】对于采用扇形支撑结构的灯泡贯流式机组水导轴承,水平方向的结构刚度不足,造成振动值偏大,需要对水导轴承振动进行评估,确定合理的振动限值,保障机组的安全稳定。【方法】对同类型机组的振动情况进行统计分析,开展有限元计算、振动和动应力的真机测试,分析动应力和振动的相关性,对水导轴承结构疲劳特性进行评估。【结果】结果显示:水导轴承水平振动统计样本分布的中位数为131.6μm,根据标准要求取1.6倍中位数即200.0μm作为振动限值的参考值;通过对凌津滩电厂机组水导轴承有限元的分析和真机实测,水导轴承体最大静应力为33.8 MPa,远小于许用应力要求,试验工况下水导轴承最大水平振动峰峰值为91.0μm,扇形板最大动应力峰峰值为1.4 MPa。【结论】结果表明:灯泡贯流式机组水导轴承水平振动随机组有功功率的增加而增加,振动与动应力主要频率为机组转频和桨叶叶片倍频率,且振动幅值与动应力幅值具有良好的线性关系,可通过线性拟合预测振动幅值在200.0μm下的动应力。根据得到的极限动应力结合有限元分析所得到的静应力数值,通过S-N曲线可得到水导轴承支撑结构的疲劳寿命和损伤系数,结果表明其能够满足使用寿命周期要求。

灯泡贯流式水轮机机组大波动的转速控制

针对灯泡贯流式机组大波动时调节系统分段关闭的局限性,提出了实时控制策略,即通过关闭过程中实时的转速变化调整导叶与桨叶的开度及开关方向,使机组转速控制在合理状态,满足规范要求。在国内近百台贯流式机组上的应用表明,该方法十分可靠,可为类似水电站大波动时,转速控制策略不当而造成的各类事故处理提供借鉴。

不同采集水头对灯泡贯流式机组运行工况的影响分析

在保证电站安全稳定运行的基础上,对某电站1号机组开展基于毛水头、净水头的优化运行性能分析。通过对比低水头、高水头条件下的机组有功、协联关系、主要稳定性数据,从而评价机组在哪类设置水头具有更优的综合经济效益,以便后期指导机组开展水头采集优化的提质增效工作。

灯泡贯流式水轮机转轮盘车异响排查及处理

百龙滩水电站在转轮更换过程中出现了盘车异响问题,为确保机组稳定运行,进行了异响分析排查。笔者分析了机组运行存在的问题,详细阐述了异响分析排查过程及处理。结果表明,异响是由于叶片销与销孔的配合间隙过大造成的。依据现场实测数据,对叶片销进行重新配置及更换,成功解决了异响问题。此次经验可为同类型机组水轮机转轮异响处理提供一定的借鉴与参考。

泗洪泵站灯泡式贯流泵机组变频运行同步切换研究

泗洪泵站是南水北调东线工程的重要节点枢纽工程,也是促进区域协调发展的基础性水利工程,泵站的稳定运行影响着水利工程的安全。在泵站机组变频调速控制系统中,变频器经常需要操作从变频切换至工频状态,结合泗洪泵站运行实践,通过研究设计和应用机组变频运行同步切换,可延长高压变频器及电抗器的寿命,同时提高泵站效率,降低能源单耗。

峡江水利枢纽9号机组主轴安装轴线调整技术

峡江水利枢纽水电站共安装9台大型灯泡贯流式水轮发电机组,其中由某厂家生产的5台该批机组主轴安装轴线调整采用内部调整轴系、外部调整定子和转轮联合调整技术,技术成熟可行,安装质量可靠,各机组安装投产发电均已9年以上,运行一直安全平稳。本文以9号机组安装为例对该技术进行介绍,可为类似工程参考、借鉴。

灯泡贯流泵局部熵产与能量损失特性研究

为了研究大型灯泡贯流泵的能量损失特性,采用基于有限体积法的数值模拟,结合局部熵产率和网格尺度,通过熵产理论定位贯流泵内能量损失较高的局部区域,分析了不同工况下各部件内局部熵产、能量损失和不稳定流动之间的关联。结果表明:贯流泵系统熵产与试验功率损失保持较高的一致性,相比于大流量工况,小流量液流正冲角更容易诱导能量损失;叶轮轮缘局部熵产最高,体积占比14%的轮缘子域耗散熵产占比超过40%,由叶顶区泄漏流和泄漏涡导致;导叶轮毂和轮缘侧耗散熵产较高,且呈现轮毂侧分散、区域大极值小,轮缘侧集中、区域小极值大的分布特性;灯泡体能量损失在小流量工况下集中在尾部渐缩段,在大流量工况下集中在灯泡尾部的尾迹区。该研究成果对大型泵站群水力性能优化设计及高效、稳定运行具有参考价值。

灯泡贯流泵水力性能和鱼类通过性能的多目标优化研究

为兼顾泵站运行效率与鱼类通过安全性,结合计算流体动力学、鱼类损伤模型、遗传算法寻优开展多目标优化研究。基于敏感度分析,分别优选了影响贯流泵性能和鱼类存活率的显著因素,采用最优拉丁超立方抽样、Kriging模型、NSGA-Ⅱ算法构建了多目标优化系统,通过分配权重因子得到了效率最优(A)、鱼类存活率最优(C)和两者兼顾(B)的3种寻优方案。结果表明:方案A效率较初设方案提升了5.2%,方案C鱼类存活率较初设方案提升了49.4%;叶片包角、弦高、前伸角是影响水力性能的关键因素,叶片前掠角、前伸角、叶片厚度是影响鱼类存活率的关键因素,且前伸角对两者的作用效果相反;撞击死亡率高度影响鱼类过泵存活率,而撞击概率对此影响较小,可通过加大叶片前缘厚度、增加叶片前掠角、降低前伸角来提升鱼类存活率。该研究成果应可为我国大型泵站群向生态水利方向发展提供参考。

灯泡贯流式水轮机甩负荷过渡过程仿真分析

我国较多的中小水电站都采用了灯泡贯流式机组的型式,这类机组具有水流惯性时间常数大、机组惯性时间常数小以及导桨叶双调节的特点,甩负荷过程中导桨叶处于非协联状态,特性更复杂,控制难度更大。特别是对于很多中小水电机组,汛期常因雷击造成机组甩负荷,需要较快的稳定带厂用电运行,给甩负荷过渡过程的控制提出了更高要求。建立了灯泡贯流式水轮机甩负荷过渡过程非线性模型,采用定桨特性曲线模拟水轮机特性,采用特征线法求解有压非恒定流方程,引入了调速器方程,实现了对甩负荷过渡过程的精确仿真。对实际灯泡贯流式机组甩负荷过渡过程进行了仿真计算:最大水头下机组最大转速上升值大于额定水头下机组最大转速上升值;最大水头下导叶前压力最大值大于额定水头下导叶前压力最大值;额定水头下尾水管进口最小压力值小于最大水头下尾水管进口最小压力值;额定水头下机组转速控制的超调量更大;各工况下在甩负荷初始阶段均出现明显的负水锤特征;甩75%额定负荷下机组转速最大值大于甩100%额定负荷下的值;甩75%额定负荷下导叶前最大压力值与甩100%额定负荷下的接近;甩100%额定负荷下尾水管进口最小压力值最小。通过本文的研究表明:对于灯泡贯流式水轮机,由于机组转动惯量小且水轮机等开度线向右倾斜,在甩负荷初始阶段出现明显的负水锤特征,造成导叶前压力降低、尾水管进口压力升高;相比最大水头工况,相同控制参数下额定水头工况机组转速超调量更大;由于水轮机飞逸特性受导叶和桨叶开度的双重影响,机组转速上升最大值并不一定发生在额定水头甩100%额定负荷工况,而有可能发生在最大水头甩部分负荷工况。研究成果对灯泡贯流式水轮机设计及运行维护具有指导意义。

基于CFD灯泡贯流式水轮机定导变桨内流特性研究

为研究灯泡贯流式水轮机不同桨叶开度结构在大中小流量工况下的内流特性,以三维流线分布、中心子午面流线分布及中心子午面压力分布为研究指标,对过流部件结构和协联关系优化做理论支持。结果表明,流态分析中灯泡贯流式水轮机转轮处流速最大、流态混乱,为效率优化重点,并分析了尾水管内产生涡旋的原因,提出可通过减小死水区域达到优化效果;压力分析中内部压力从进水流道到尾水管总体呈减小趋势,经计算转轮泄水锥处压力值最小;尾水管中沿水流方向压力逐步增大,当流量达到124.92 m3/s时,最高压力值为82 464.15 Pa。该计算结果及分析为灯泡贯流式水轮机改造优化提供了参考依据。

基于多源信号融合的灯泡贯流式机组故障特征提取

水电机组在非平稳工况及异常运行状态下,会产生剧烈的振动并发出刺耳的噪声。针对上述振动和音频信号,以灯泡贯流式水电机组为研究对象,通过布置高精度的加速度和音频传感器,对机组各部位的振动和噪声进行实时监测,采集振动和音频的多源融合信号。采用核主元分析法(KPCA)与改进的K-Means聚类算法提取多源融合信号频率幅值均方根参数,得到水轮机桨叶碰磨、本体敲击及发电机局放等故障的能量分布与特征值,构建了能够反映机组状态的六维特征向量模型。现场故障模拟试验表明,该模型能准确识别出对应故障,为机组检修维护提供了有力支撑。

Numerical investigation on the mechanism of impeller hub corner separation flow and induced energy loss in the bulb tubular pump

Impeller hub corner separation flow(IHCS)has a significant influence on energy conversion of the bulb tubular pump,and its unsteady characteristics are investigated with CFD-based method.The generation mechanism and power loss characteristics of IHCS are investigated by the entropy production method and pressure fluctuation analysis.The main cause can be attributed to the large transverse pressure gradient near the hub at the trailing edge of the impeller,which is aggravated by the circumferential movement trend and the diffuser reverse flow,while the IHCS is significantly weakened with increased flow rate.The undesirable flow behavior is more likely to cause a significant increase in energy loss near the hub region compared to that in the rim region.The relative vortex stretching induced by the velocity gradient is the main cause of the horn-like vortex(HLV),and its intensity and resulting energy loss tend to decrease along the vortex trajectory.The HLV changes the dominant frequency of the pressure fluctuations in the nearby flow field,the value of which increases from 1fr(the blade passing frequency)to 2fr with increased amplitude,mainly due to the lower pressure regions on the impeller suction surface(SS)and HLV vortex core.Due to the effect of rotor-stator interaction(RSI),the HLVs generated between two adjacent impeller blades are cut into several sections by the diffuser vanes and propagate and dissipate along the mainstream direction.

含故障受油器机组转子-转轮系统振动特性分析

灯泡贯流式机组实际运行中,转子-转轮系统受各外激励影响易形成旋转部件与固定部件间的碰摩故障,极大影响机组的安全稳定运行。针对含故障受油器部件的灯泡贯流式机组轴系碰摩问题,构建转子处复合偏心影响下不平衡磁拉力模型,建立了多振源激励下含故障受油器灯泡贯流式机组受油器-转子-转轮耦合振动模型,对比分析了有无故障受油器系统弯扭耦合状态下振动特性的差异,对系统在励磁电流、转子质量偏心及转轮质量偏心变化时各自的非线性振动特性进行了讨论。结果表明:故障受油器的出现加大了转子、转轮非稳态运动范围,使系统产生不利振动进而引发故障;同运行工况及参数状态下的转子相较转轮表现出更大振幅强度,需引起重视。扭转自由度的加入加剧了转子振幅,增加了碰摩故障发生概率。此外,当转轮质量偏心发展到一定程度后,叶片处存在的不确定随机水力将使系统发生失稳现象。研究结果可为灯泡贯流式机组安全运行及稳定性分析提供有益借鉴。

受油器故障激励下转子—轴承—转轮系统稳定性研究

灯泡贯流式机组旋转部件与固定部件碰摩故障将极大影响机组的安全稳定运行。针对含故障受油器部件的灯泡贯流式机组轴系碰摩系统,建立了多振源激励下含故障受油器灯泡贯流式机组转子—转轮弯扭耦合振动模型及其运动微分方程。利用Floquet理论讨论了系统周期解稳定性。结果表明,故障受油器的出现从加剧系统失稳可能及更迭稳态与非稳态频次切换层面显著改变了系统动态特性,加剧了系统非稳态运行范围,需引起足够重视。研究结果可为灯泡贯流式机组安全运行及稳定性分析提供借鉴。

横缝水平止水对灯泡贯流式水轮机组流道的影响

为定性定量掌握横缝水平止水的安装高程对灯泡贯流式机组厂房流道各部位结构应力的影响,以某工程项目的厂房流道结构为例,建立了三维有限元整体模型,研究了机组间横缝水平止水在一定安装高度范围内变动时厂房流道各部位结构的应力变化规律。结果表明,水平止水的安装高度对结构应力影响显著,合适的水平止水安装高度可改善结构受力,综合考虑各因素,最优的水平止水安装高程为可安装区间高度的70%,为灯泡贯流式水轮机组厂房流道横缝止水结构设计提供参考。

某灯泡贯流式水轮机转轮室振因研究

某电站灯泡贯流式水轮机振动问题较为严重,尤其是转轮室裂纹问题,需明确转轮室振动的主要原因,为电站优化运行提供理论依据。本文运用真机试验方法研究该机组转轮室的振动特性和造成转轮室振动的主要因素。研究结果表明转轮室振动的主要诱因是转轮旋转造成的不稳定流动以及叶片到转轮室间隙的不一致;转轮室部分区域出现贯穿性裂纹是由水力因素导致的。

灯泡贯流式水轮发电机定子绕组温度分布规律研究

文章对灯泡贯流式水轮发电机定子绕组稳态和瞬态热传导特性进行了研究,分析了输出功率与电机绕组温度之间的关系。结合历史数据,建立了绕组端部和绕组中部温度之间的数学模型。通过建立灯泡贯流式水轮发电机温度测试平台,验证了理论分析的合理性。该研究为灯泡贯流式水轮发电机的绕组温度监测奠定了理论基础。

大型灯泡贯流泵装置导叶出口安放角智能优化设计研究

目前贯流泵导叶设计方法与常规轴流泵导叶相同,但是贯流泵导叶轮毂侧的扩散流动导致其流态与轴流泵导叶大不相同,为了进一步改善灯泡体区域及导叶的水力性能,贯流泵导叶的出口安放角作为优化目标,对导叶出口安放角变化规律实现了参数化,采用二次函数曲线拟合导叶出口安放角增量的变化规律,用一种智能优化方法找到从轮毂到轮缘的最优的导叶出口安放角变化规律。采用了最优拉丁超立方、多层前馈神经网络和粒子群算法构建了多目标优化系统。结果表明,泵装置的扬程提高了0.07 m,装置效率提高了1.83%;泵装置的总损失由0.761 m降低到0.624 m,降低了0.137 m;经优化后导叶内部速度分布更加均匀,导叶出口处的脱流现象减缓明显,导叶出口处及灯泡体内的流速分布较为均匀,且流线分布光顺,说明导叶体经优化后可较为理想地对叶轮出口的流动进行调节,保证了导叶内及灯泡体内流动的稳定;其次,对比发现经优化后出水流道内的低速区减少明显,流动紊乱程度降低,从而导致导叶及灯泡体内流动损失的降低。

一起25MW灯泡贯流机组发导轴承烧瓦事故处理技术

某电站一台25MW灯泡贯流式水轮发电机组经过A修后在投产运行过程中出现,发电机导轴承温度异常升高而被迫停机,后续检查发现系发电机导轴承烧瓦。该型机组烧瓦事故抢修难度大,存在空间狭小、耗时耗力、危险性大等突出特点,为减少抢修工作量和工期,采取在不拆除机组大件的情况下进行发电机导轴承瓦更换,专业技术人员讨论分析后,制定科学、合理、安全的抢修方案,量身定制临时专用工器具,并加强检修重点、难点工艺步骤的管控,最终在各方努力下,为期21天,成功完成抢修任务,后续整体运行情况良好,与常规解体检修相比,大大缩短了工期,节约了大量人力物力,现将抢修过程基本工艺步骤和重点、难点、创新点加以总结,希望能对同类型事故抢修或常规检修的重点工艺起到借鉴和指导作用。