水泵水轮机空载无叶区压力脉动CFD计算分析

通过对某水泵水轮机空载工况下的CFD计算,分析研究了空载下的转轮内部压力分布以及其随时间变化情况。为优化水泵水轮机水力设计提供参考,并可降低空载工况下压力脉动,提高机组空载稳定性。

长短叶片转轮无叶区压力脉动传递特性研究

随着国内投产的长短叶片转轮抽水蓄能电站越来越多,其振动稳定性问题也越来越受到关注。无叶区压力脉动是造成抽水蓄能电站机组和厂房振动最为重要的因素之一,常规叶片转轮抽水蓄能机组大多都伴有由动静干涉引起的机组和厂房振动问题,本文以2个已投产5+5长短叶片转轮机组为研究对象,从机组无叶区和厂房不同测点的优势频率、分频幅值等方面分析了长短叶片转轮无叶区压力脉动的传递特性,为后续同类型长短叶片转轮机组和厂房相位共振复核建立基础,也为由机组流道内脉动压力引起的长短叶片转轮机组和厂房振动稳定性问题提供解决思路。

关于混流式水轮机高负荷区压力脉动陡增问题解决方法的研究

近几年陆续出现一些大容量混流式水轮机存在高负荷区压力脉动陡增问题,引发机组顶盖振动超标,出力无法达到设计值,严重影响水电站安全生产和经济运行。本文分析了高负荷区压力脉动陡增原因,提出了解决办法,通过CFD计算和转轮模型试验验证,转轮出口叶片修型能改善水轮机高负荷区压力脉动,该方法在糯扎渡电站真机上实施后,高负荷区尾水进口压力脉动和顶盖垂直振动明显降低,为解决混流式水轮机高负荷区压力脉动陡增问题提供了参考。

降低变速水泵水轮机无叶区压力脉动的活动导叶优化研究

通过数值模拟,研究了某变速水泵水轮机活动导叶型线优化后水轮机工况内部流场、无叶区压力脉动和效率的变化情况,分析了活动导叶优化对水泵工况水力性能的影响。结果表明:活动导叶优化后,水轮机工况内部流态改善,无叶区压力脉动幅值减小,效率提高,且部分负荷时的效果更为明显,在最小水头40%负荷,活动导叶优化后无叶区压力脉动幅值减小了1.2%,效率提高了1.64%;活动导叶优化对水泵工况的水力性能无不利影响,且最低扬程下的流道效率提高了0.1%,无叶区压力脉动幅值减小了0.2%,说明活动导叶优化是提高变速水泵水轮机稳定性能和能量性能的有效手段。

考虑风水互补调节的抽蓄机组无叶区压力脉动特性研究

混流式水泵水轮机的四象限特征曲线存在着“S”特性区、驼峰区、反水泵区及水泵制动区等过渡区域,机组运行工况复杂。受风电机组运行特性的影响,抽蓄机组经常在多个工况之间转换,机组在水轮机和水泵状态之间频繁切换,都会穿越四象限曲线中的各过渡区域。过渡区域的不稳定运行特性可能导致水泵水轮机机组产生强烈的振动,造成机组并网困难,甚至因压力超标影响电站的安全稳定运行。为进一步了解无叶区压力脉动特性,采用非定常数值模拟的方法,选取水泵水轮机4个开度下的48个工况点的无叶区压力脉动特性进行了研究。研究得出,在除驼峰区之外的所有工况点,无叶区压力脉动均为主频9fn的无叶区动静干涉压力脉动,动静干涉作用对无叶区压力脉动的幅值以及周向分布均具有重要的影响。

带MGV装置水泵水轮机无叶区压力脉动特性

为研究带非同步导叶(MGV)装置的水泵水轮机无叶区的压力脉动特性,以某抽水蓄能电站模型水泵水轮机为研究对象,基于分离涡湍流模型,针对水泵水轮机在低负荷工况下预开导叶对无叶区流动的影响,选取预开导叶分别为24,33 mm下的水轮机工况为研究对象,并设计4种非同步导叶布置方案,通过全三维流道数值模拟分析得到机组在低负荷启动时振动的最优方案.结果表明:在预开导叶相对应位置的无叶区处,具有较大的压力脉动幅值;集中分布预开导叶对转轮振动的改善效果优于等间隔分布预开导叶方案;最终选择预开7#,8#和17#,18#这2对活动导叶组情况下对水泵水轮机机组振动的改善效果最为明显.

水泵水轮机无叶区内部流场及压力脉动分析

对于高水头混流式水泵水轮机而言,其运行过程中的机组不稳定性主要源于机械内部的水力振动,而无叶区压力脉动作为其水力振动的主要原因,在一定情况下会引起机械的疲劳失效。本文通过数值模拟与模型试验相结合的方法对水泵水轮机模型在水轮机运行工况下无叶区内部流场和压力脉动进行了研究,通过数值模拟对无叶区内部流场不稳定性和活动导叶与转轮之间无叶区压力脉动的幅频特性,以及其随负荷变化的规律进行了分析,同时利用模型试验,通过粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)测试技术对无叶区内部流场进行了详细的研究分析,重点关注了水泵水轮机无叶区流场中旋涡结构的发生机理、发展规律以及其对无叶区压力脉动的重要影响。

水泵水轮机水泵工况顶盖下腔特殊压力脉动模型试验研究

随着抽水蓄能电站建设的加速推进,高水头、大容量的抽水蓄能机组逐渐成为发展主流。部分高水头大容量抽水蓄能机组在水泵工况运行时,监测到顶盖下腔出现特殊频率的压力脉动现象,引起了业内的广泛关注。为了深入揭示该现象的产生机理,通过设置干扰物的方法,改变流道中的流态,开展顶盖下腔特殊频率模型试验研究。试验结果表明:通过对无叶区流态的干扰,顶盖下腔与无叶区压力脉动发生变化,特殊频率幅值与区域被减弱,水泵工况顶盖下腔出现的特殊频率压力脉动现象主要受无叶区流态影响,而受顶盖下腔体流场影响较小。

水泵水轮机无叶区压力脉动产生机理研究

抽水蓄能电站厂房振动问题是影响电站及电网安全稳定运行的关键技术难题。本文首先介绍了水泵水轮机无叶区压力脉动的幅值和频率特性,总结出无叶区压力脉动幅值大于其它位置、水轮机工况无叶区压力脉动幅值大于水泵工况、水泵水轮机水轮机工况大于常规混流式水轮机等规律性特征,指出了无叶区压力脉动的主频为叶片通过频率。其次,本文应用自由涡环量等于常数原理,通过对水泵水轮机水轮机最优工况远离运行区、水轮机工况转轮叶片进口速度三角形、飞逸转速工况压力脉动幅值最大等问题的深入分析,提出了水泵水轮机水轮机工况无叶区高幅值压力脉动源自于转轮叶片进水边正面脱流产生的自由涡这一机理性认识。

水泵水轮机驼峰区无叶区压力脉动特性CFD研究

水泵水轮机无叶区的压力脉动非常重要,特别是驼峰区的压力脉动特性。本文基于三维非定常全流道计算,研究了导叶开度为20°工况下的驼峰区压力脉动特性。计算结果显示,驼峰区的压力脉动幅值非常大,达到了30%,这主要是由0.42倍的转动频率引起的,除了0.42倍转频外,驼峰区的压力脉动还有叶片通过频率及其倍频;压力脉动沿圆周方向不均匀分布,这可能与无叶区压力场的不均匀性和转轮内速度梯度在不同流道内的分布有关。

水泵水轮机无叶区压力脉动传递特性研究

以张河湾抽水蓄能电站3号机组为研究对象,本文从不同测点压力脉动的优势频率、分频幅值、分频相位等方面分析了无叶区压力脉动的传递特性,为解决已投运抽水蓄能电站的机组和厂房振动问题提供一点新的启示,为水泵水轮机优化水力设计提供一点新的思路。

抽水蓄能机组无叶区压力脉动改善与厂房减振研究

张河湾电站机组自投产以来,在发电工况,特别是满负荷时存在强烈的振动,严重危害设备的运行安全,同时对厂房结构也有一定的破坏作用.本文通过对电站3号机组开展全面系统的振动测试分析,发现转轮叶片与活动导叶之间动静干涉产生的无叶区压力脉动幅值较大,且主频100Hz与局部厂房结构的某阶固有频率接近,引发了局部厂房结构共振.为此,从减小水力振源的激振能量入手,对张河湾电站3号机进行了转轮改造,改造后无叶区压力脉动明显下降,厂房振动有效值大幅降低,成功解决了厂房振动问题.

中比转速混流式水轮机活动导叶翼型对无叶区压力脉动的影响

活动导叶翼型与转轮的匹配合理性对水轮机的水力性能产生多方面影响。在一些已建成的中小型电站,由于选型和电站过流通道设计不合理等使得活动导叶翼型与转轮匹配不合理,导致无叶区压力脉动问题非常突出。为研究活动导叶翼型对中比转速混流式水轮机无叶区压力脉动的影响,以需要改造的某中比转速(ns=190)混流式水轮机为例,对正曲率、对称和负曲率三种活动导叶翼型与同一转轮组成的水轮机流道不同水头下进行三维瞬态流场数值模拟,分析不同型式导叶对水轮机的水力性能的影响,着重分析无叶区的压力脉动影响规律。结果表明:对于需要改造的中比转速混流式水轮机采用负曲率活动导叶对效率和出力的提升具有显著效果。中比转速混流式水轮机由于无叶区增大,无叶区压力脉动更复杂,采用负曲率活动导叶水轮机的低频脉动相较于采用其他两种翼型的水轮机有所改善,且周向压力脉动的周期性和规律性也更好。

水轮机工况下水泵水轮机的无叶区压力脉动特性分析

水泵水轮机无叶区是机组内部水力因素引起的压力脉动最大的部位,也是机组和厂房振动的主要激振源之一。本文以某抽水蓄能电站机组稳定性试验结果为基础,分析了机组内部压力脉动混频幅值随负荷的变化趋势,重点关注了无叶区压力脉动分频幅值随负荷的变化规律,为研究机组和厂房振动诱因提供一种思路。

水泵水轮机无叶区压力脉动特性试验研究

为了研究水泵水轮机在水轮机工况时无叶区压力脉动混频幅值和主要频率随水头和负荷变化的特性,采用试验方法对无叶区的压力脉动进行监测和分析,发现水泵水轮机无叶区的压力脉动幅值随水头增大而明显减小,并存在一个使无叶区压力脉动幅值最小的最优运行负荷。无叶区压力脉动的主频为叶频及其倍频,主频幅值随水头的增大逐渐减小,而随着负荷的增大有所降低。当水泵水轮机在较小负荷运行时,无叶区由旋涡和二次流引起的低频成分增多。因此,水轮机工况时的水泵水轮机应尽量在高水头且避开小负荷运行,以减少振动和噪声。

水泵工况下水泵水轮机压力脉动特性分析

水泵水轮机无叶区是机组内部水力因素引起的压力脉动最大的部位,也是机组和厂房振动的主要激振源之一。本文以某抽水蓄能电站机组稳定性试验结果为基础,分析了机组内部压力脉动混频幅值随流量的变化规律,重点关注了无叶区压力脉动分频幅值随流量和倍频的变化规律及压力脉动特征频率的传播特性,为研究机组和厂房振动诱因提供了思路。

无导叶离心泵蜗壳内低频压力脉动分析

为探究无导叶离心泵蜗壳内低频脉动的产生机理及该低频脉动对蜗壳内各监测点压力脉动的影响,采用计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)技术,在与试验结果对比分析验证模型计算精度的基础上,进行3个不同工况下的非定常压力脉动计算,其中湍流模型选用剪切应力输运(Shear stress transport,SST)模型,分析结果表明,蜗壳出口段因流线扭曲会产生一个低频脉动,出口段测点的主频等于该脉动的频率,且该低频脉动会对蜗壳内其余测点产生近乎一致的影响,使各点在该频率下具有相近的压力系数,其值与出口段的流动分离直接相关;各点脉动存在两个明显频率:低频与叶频;蜗壳隔舌附近的横截面上存在因流线扭曲产生的漩涡,其频率即为蜗壳出口段低频脉动的主频,从而证明因流线扭曲产生的漩涡为低频脉动产生的根本原因。

导叶安装位置对混流泵压力脉动特性的影响

为研究混流泵导叶最优的周向安装位置,采用ANSYS CFX 14.5进行定常和非定常计算,分析了8个不同导叶安装位置(C0-C7)对水力性能、压力脉动频域特性、压力脉动强度的影响.经过网格无关性检查后,原始导叶安装位置C0的数值计算结果与外特性试验具有很高的一致性,验证了数值模拟的可靠性.研究结果表明:导叶安装位置对该混流泵扬程的影响较小,各个安装位置的扬程均满足设计要求,而对水力效率的影响较大,C2水力效率最高,C7最低,其差值达到2.6%;导叶安装位置对监测点的主要激励频率没有影响,均为3倍叶频,但对主频的幅值有较大影响,C7主频的幅值最大,而C0和C2的幅值比较接近;压水室中的压力脉动强度随着导叶位置的改变而变化,极大值出现在导叶的工作面附近,C7的压力脉动强度最大,C0次之,C2最小.综合考虑该混流泵的水力性能和压力脉动特性,导叶安装位置为C2时,整体性能最优,可为该混流泵的导叶安装提供参考.

抽水蓄能机组甩负荷时无叶区压力幅值特性

甩负荷是抽水蓄能机组的正常设计工况,此时无叶区经历过流系统最为严重的压力脉动,对机组运行稳定产生深远影响。长期以来,对无叶区压力及其脉动研究主要集中于数值模拟、模型观测,对真机试验研究少。以某抽水蓄能电站6台机组单机甩额定负荷时无叶区压力信号为分析对象,基于Savitzky-Golay滤波器对压力信号进行处理,分离出了趋势压力与脉动压力,阐释了趋势压力与脉动压力的主要影响因素,并指明了亟须解决的问题。研究表明:甩负荷过程中无叶区趋势压力主要受转速影响,与转速的相关系数在0.99左右;脉动压力峰峰值受动静干涉、旋转失速等影响,是额定负荷稳定运行时的7~22倍,显著高于数值模拟结果。

空间导叶式离心泵非定常流动压力脉动特性分析

为研究立式长轴泵叶轮与空间导叶间由于动静干涉诱发泵流场内的压力脉动特性,基于标准κ-ε模型及Reynolds时均N-S方程对某型号立式长轴泵水力模型在0.8Q、1.0Q、1.2Q三种工况下进行非定常数值模拟,得到各监测点的压力脉动时域数据,通过FFT变换得到频域图谱,并对时域、频域曲线进行分析。结果表明,叶轮与空间导叶的动静耦合作用是产生压力脉动的主因;泵中主要存在白噪声、叶频及转频三种形式的压力脉动;压力脉动的大小受工况影响较大,额定工况下压力脉动值较小。研究结果为空间导叶式离心泵水力性能优化、振动及噪声诊断提供了依据,对其他形式压水室水压力脉动研究也有参考价值。