Simulation of Somatotype of Hydraulic Turbine Draft-Tube

Elbow draft-tubes are widely used in large- and medium-sized hydropower stations in many countries. During the application, handling the somatotype of elbow tubes has been found challenging： in order to maintain the designed shape of draft tube and to meet the requirement of construction lofting, the configuration of reinforcing bars and the fabrication of templates, the geometry of elbow tubes has to be accurately calculated to draw engineering graphics. Based on the derived equations in this paper, the motion of elbow tube curve envelope is simulated by using computers, which shows directly the smoothness of the curve and provides dynamic simulation for the study and optimization of the design and construction of elbow draft tubes, along with the front view and bottom view.

水泵水轮机尾水管压力脉动特性及涡带特性分析

抽蓄电站是电网的重要组成部分,水泵水轮机长时间偏离最优工况运行会导致水力不稳定问题,其中,尾水管涡带和压力脉动问题备受关注,严重影响机组安全稳定运行。以水泵水轮机为研究对象,分析了其尾水管内流特性与压力脉动时频特性。对比了两种第二代和两种第三代涡识别方法对尾水管涡带演化过程的可视化效果,Omega-Liutex涡识别方法对阈值依赖性小且对涡带形态的识别更清晰完备,因此,采用Omega-Liutex涡识别方法研究了不同负荷工况下尾水管涡带的瞬态变化特性。研究结果可以为水泵水轮机稳定运行提供一定的理论参考。

水轮机尾水进人门螺栓在线监测技术研究

水轮机尾水进人门是水电机组重要的过流承压部件,其可靠性关系到整个水电站的安全运行,是现场运维重点关注对象。以某巨型混流式水轮机尾水进人门为研究对象,对进人门螺栓状态监测技术进行了系统研究和现场实施,为水电机组智能运维与故障诊断提供技术支撑。

非球形湿颗粒导向管喷动流化床流动特性

实际工业生产中颗粒多为非球形颗粒,对颗粒形状效应和液相作用机制的研究不足,是导向管喷动流化床在颗粒涂层改性、包膜等工业应用的关键限制因素。选取粒径、密度相似的球形和圆柱形非球形颗粒为实验物料,对比两种颗粒在不同气速和雾滴引入量下的压力脉动信号频谱分析、信息熵分析,并结合床内气固流动对流型进行划分,绘制非球形湿颗粒流动相图,进而探究喷动流化过程中颗粒形状效应及液相作用机制。相比于球形颗粒,粒径、密度相似的非球形颗粒有较小的最小喷动速度,在喷动过程中有两个及以上较低的主频峰且信息熵较大,显示出非球形颗粒在系统内较高的混乱程度,颗粒之间摩擦、碰撞等降低了导向管内颗粒的固体循环速率。液体的引入增大了环形区颗粒间液桥力,使最小流化速度变大,但液体挥发引起喷动气量增大,使最小喷动速度与最小喷动流化速度减小。在喷动流化流型下引入液体,球形颗粒导向管两端压降ΔpDT的脉动主频降低,而非球形颗粒ΔpDT的主频升高。而且非球形颗粒黏附液体后频谱分析结果显示幅值较大的单一主频峰,表明非球形湿颗粒压力脉动规律性的增强。

基于集合经验模态分解和指数能量法的水泵水轮机尾水管压力脉动信号特征提取

提取水泵水轮机尾水管压力脉动信号中的动态特征信息,准确识别涡带强度,是近年来水泵水轮机工程领域的研究重点。本文基于集合经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,EEMD)和模态指数能量法,对某水泵水轮机发电工况不同负荷下的尾水管压力脉动信号进行特征提取,得到如下结论。首先,基于EEMD的模态指数能量能够有效地反映信号中的能量分布规律。其次,在涡带增强过程中,基于EEMD的最大模态指数能量不断升高,表明尾水管内的流动状况变得更加复杂,涡带特征信息也更加丰富。最后,使用最大与平均指数能量构建的特征向量能够准确反映不同的尾水管涡带强度,并且能够作为智能分类器的输入特征向量,有利于后续进一步的识别与诊断,具有重要的工程意义。

基于Omega涡识别方法的径流式水涡轮尾水管涡带特性

为了研究水涡轮尾水管的涡带特性与Omega涡识别方法对尾水管涡带的识别效果,对比了Q准则和λ_(2)准则以及Omega涡识别方法对尾水管涡带的识别效果,并基于Omega方法和降维的Omega方法分析了不同工况下尾水管的涡带特性.结果表明:对于径流式水涡轮,通过合理调整阈值,Q准则和λ_(2)准则以及Omega涡识别方法均能识别到清晰合理的尾水管涡结构,而Omega方法阈值选取区间较小且具有不敏感性;水涡轮尾水管在小流量工况时会出现较长的涡带,不利于机械的稳定性.同时运用二维Omega涡识别方法与拟涡能指标,在不同工况下对尾水管各监测面进行定量分析,确定涡量浓度高的区域,研究尾水管的能量耗散规律.结果发现,尾水管进水口到弯管之间的区域涡量浓度最高,能量耗散最大,流态最不稳定,这可为该型式水涡轮的结构优化提供理论参考与数据支撑.

水泵水轮机S特性对相继甩尾水最小压力的影响

为探究水泵水轮机全特性曲线S特性与尾水压力最小值的联系,基于新丰抽水蓄能电站的过渡过程数值仿真模型模拟了尾水最不利相继甩工况。通过调整机组运行轨迹线附近开度线斜率,对比分析并总结S区形状变化对相继甩工况尾水压力极值的影响规律,提出了一种图形指标,能够应用在抽蓄前期设计中评价S特性对尾水压力影响优劣,并验证其准确性。结果表明,相继甩工况后甩机组流量变化率第一波下降时,机组运行轨迹线呈现完整倒S形,S区形状变化改变了机组流量变化率的大小,导致出现在靠近轨迹线S形下拐点前的尾水压力极值发生变化,给出的图形指标形状越趋近于竖向细长的规则长方形,相应的尾水最小压力的改善效果越好。

基于弱可压的混流式水轮机流动特性数值研究

高水头混流式水轮机由于水轮机上下游具有较高的压差,水流在高压力下呈弱可压缩性,影响机组内流特性的分布规律。为进一步探究弱可压缩性对水轮机压力脉动及涡流特性的影响,本文考虑水流的弱可压缩性,对Francis99高水头模型水轮机部分负荷流动特性开展非稳态数值研究。结果表明,在忽略和考虑可压缩两种模式下,水轮机无叶区及转轮内压力脉动信号脉动规律较一致。可压缩模式同时预测到尾水管内的低频高振幅和高频低振幅压力脉动信息,且与测试结果更为吻合,表明弱可压缩性对尾水管内流动信息的准确捕捉有重要影响。对压力信号进行同步和非同步分解后发现,表征涡带旋转的非同步分量主导了尾水管涡带的运动。进一步,考虑水流的可压缩性捕捉到的螺旋状尾水管涡带在整个演化周期内均显示为连续结构,且回流区与涡带位置相对应,表明涡带所占据的区域内主要由回流运动主导。

某水电厂1号混流式水轮机尾水管压力脉动试验研究

尾水管压力脉动是混流式水轮机运行稳定性的重要评价指标,研究尾水管压力脉动和机组振动稳定性对指导机组的安全运行、技术改造及科学调度具有十分重要的意义。对某水电厂1号机组进行了变负荷稳定性试验,分析了各工况下尾水管压力脉动、顶盖振动和水导轴承摆度信号之间的相关性。试验结果表明在部分负荷区域,尾水管压力脉动与顶盖振动及水导摆度信号高度相干,尾水管内低频涡带是引起机组振动的关键因素,对顶盖振动和水导摆度都有重要影响。

巨型混流式水轮机尾水管涡带CFD研究

本文结合SST k-ω湍流模型,建立水轮机全流道三维数值模拟方法,探究巨型混流式水轮机在低水头不同负荷工况下尾水管内部涡带形成机理及压力脉动变化规律。研究结果表明:在低负荷工况下,尾水管进口主流在转轮出口正向速度环量的作用下,易形成偏心螺旋状涡带,其旋转方向与转轮一致,此时尾水管内部可监测到主频为0.17倍转频(1.85 Hz)的低频压力脉动。而随着机组过流量增加,尾水管直锥段出现与转轮运动方向相反的涡带分布,并伴随着以2.16倍转频为主的高频压力脉动现象。通过比较不同泄水锥结构的计算结果,延长泄水锥结构可以抑制部分工况下螺旋状涡带的产生,使得尾水管内部主频压力脉动幅值减弱近45.9%。

抽蓄机组流量不同步变化对尾水管低压的影响

尾水低压现象对抽水蓄能电站的设计影响显著,为阐明尾水低压现象出现机理,基于一洞两机抽水蓄能电站输水发电系统,采用刚性水体动量方程,研究了甩负荷过程机组尾水管低压现象.为揭示输水系统布置对尾水低压现象的影响机制,定义了流量不同步变化抑制系数,并基于特征线法建立了系统的过渡过程仿真模型,通过移动上下游岔管位置,对比抽蓄电站不同类型甩负荷工况的结果,研究了不同流量变化抑制系数对尾水管最小压力的影响.结果表明:尾水低压出现的本质是同一水力单元2台机组流量变化不同步引起的压力交替变化,进而加剧了机组自身的流量变化;随着流量不同步变化抑制系数的减小,甩负荷过程中流量交替变化现象和尾水管低压现象均得到改善.

桨叶层数对导流筒搅拌槽内搅拌影响的数值模拟

搅拌桨叶层数对导流筒搅拌槽的搅拌特性有着极其重要的影响。以赣南某稀土企业容积为10m3的导流筒搅拌槽实物模型数据为参考,利用Solidworks三维软件建立了导流筒搅拌槽及不同搅拌桨叶层数的三维模型。运用流体软件Fluent对其进行网格等数据处理,然后根据相关公式选取桨叶层间距450mm为基础数据,以相近性原则选取甘油水溶液为载体,对料液在不同搅拌桨叶层数的导流筒搅拌槽中的混合过程进行仿真模拟。以时均速度分布、速度、湍流动能和功率消耗等参数作为评价依据,选不同桨叶层数的导流筒搅拌槽的搅拌特性进行分析评价,验证了双层搅拌桨叶的导流筒搅拌槽的搅拌特性较好。

相继甩负荷工况最不利间隔时刻点

基于双机一洞布置型式的抽水蓄能电站输水系统水流动力方程和机组动量方程推导了先甩机组的尾水管进口最小压力解析公式,利用该解析公式分析并推测了尾水管进口压力最小值对应的相继甩负荷最不利间隔时刻点,并基于瞬变流理论和特征线法对某抽水蓄能电站工程实例进行了水力过渡过程数值模拟计算,计算结果验证了该分析和推测的准确性.结果表明:无论是同时甩负荷或是相继甩负荷,尾水管进口最小压力所在的机组运行轨迹点均极靠近机组特性曲线“反S”区间下弯点,且在下弯点以上;当尾水管进口最小压力出现在先甩机组时,对于先甩机组尾水管进口压力而言的最不利相继甩负荷间隔时刻点出现在先甩机组运行轨迹点第一次行至特性曲线“反S”区间Ⅱ区范围内.研究结果为抽水蓄能电站机组尾水管进口压力最小值计算以及控制工况选取提供了参考.

基于数值仿真的轴流定桨水轮机尾水涡带抑制措施研究

本文以轴流定桨水轮机为研究对象,设计了两种可以抑制尾水涡带的补气措施。采用基于气液两相流的定常数值仿真计算,选取偏负荷典型工况进行了不同补气比条件下的仿真试验。研究发现采用尾水管短管补气只能消除部分尾水涡带,而采用泄水锥中心孔补气可以较为完全地抑制尾水涡带的产生。但同时发现从泄水锥中心孔补入的气体会影响尾水管过流,造成蜗壳入口处的流量下降约3.5%。本研究可进一步丰富补气对轴流定桨式水轮机尾水涡带抑制效果的仿真数据和试验理论。

裂解炉稀释蒸汽管道膨胀节故障原因分析及消缺措施

独山子石化公司乙烯老区6号裂解炉在运行中通过横跨温度、炉管温度等工艺参数的差异,排查发现4组稀释蒸汽管道上的膨胀节波纹管过度拉伸,严重超出设计范围;同时,导流筒严重变形堵塞管道,不仅影响管道通量,若不能及时发现,膨胀节处可能发生断裂、物料泄漏的生产事故,严重影响装置的平稳运行。为彻底解决膨胀节对裂解炉运行的影响,通过对工艺管道应力的重新核算及增加部分弹簧吊架、支撑,将膨胀节更换为直管段,消除了裂解炉因膨胀节变形导致的运行隐患。

不同导叶开度下混流式水轮机尾水管内部流动及压力脉动分析

为探究活动导叶开度对混流式水轮机尾水管内部流动及压力脉动的影响,通过建立西南某电站混流式水轮机三维全流道模型进行定常和非定常条件的数值模拟,研究混流式水轮机在额定水头不同导叶开度下的尾水管流动特性及压力脉动。结果表明:随着导叶开度的增加,尾水管直锥段出现明显的交替旋涡并引起尾水管低频压力脉动,尾水管内压力及速度分布的均匀性逐渐变差,尾水管弯肘段监测点压力脉动主频幅值先增大后减小。尾水管涡带是引起尾水管产生低频高幅特征压力脉动的原因。

某变速抽蓄机组水泵水轮机发电工况压力脉动试验研究

在水泵水轮机中,工程界的观测表明,压力脉动已成为最严重的水力失稳现象之一。压力脉动会引起机组的振动和疲劳失效,甚至引起厂房的振动,极大地影响电站的安全稳定运行。在变速抽蓄技术得到越来越广泛应用的趋势下,变速机组运行过程中的压力脉动成为影响变速机组稳定性及其发展的重要因素,为探究变速机组的运行稳定性,基于全功率变速抽水蓄能机组水泵水轮机发电工况下的压力脉动进行了研究。对水泵水轮机真机在水轮机工况寻优变转速运行后的各部位压力脉动进行分析,并得到以下结论:无叶区压力脉动最为剧烈,其受到的动静干涉影响最大,而离转轮区域越远,受到动静干涉的影响越小;尾水管由于尾水管涡带的原因,存在一定的低频脉动;变速机组经过变速寻优后的工况,压力脉动情况良好,压力脉动系数C p均处于10%以内,变速机组的寻优运行路径使得水泵水轮机总是处于较好的工况点,对于内流流态等的改善有很大帮助。

基于CEEMDAN的HHT方法在混流式水轮机尾水管涡带分析中的应用

混流式水轮机尾水管涡带引起的低频压力脉动现象严重影响水电机组运行的稳定,目前急需对机组运行时的涡带状态进行实时分析。尾水管振动包含丰富的机组运行信息,通过处理振动信号可以有效提取其中的低频压力脉动成分。考虑到振动为非平稳时变性信号,频率成分多,低频特征提取难度大,涡带分析需兼顾时域与频域,因此引入基于完全自适应噪声集合经验模态分解(CEEMDAN)的希尔伯特-黄(HHT)变换对振动信号进行信号分解与时频转换。研究从尾水管振动信号中分解出了分布在1 Hz~300 Hz频率内的4~8种频率成分,通过其中低频压力脉动信号的时频特征,对尾水管涡带进行分析。结果表明,该方法可以准确判断混流式水轮机运行过程中的尾水管涡带情况,在涡带识别领域具有适用性与时效性。

一种船舶水尺计重用机器人的研制和应用

为解决运营船舶水尺计重过程中存在耗时长、目测水尺准确度低及新型水尺测量器无法全天候作业等问题,利用经改装的磁吸式履带机器人结合自主研发的可消除波浪影响的测量筒及自浮式摄像头装置,再使其装备水尺图像识别软件,实现水尺计重自动化、一体化。以15船次国际航运船舶为测量对象,与传统目测水尺进行试验对比。结果表明,两种测量方式差异范围在0.003~0.012 m之间,平均差异率为0.038%,符合水尺计重精度的要求,该机器人的应用较传统人工作业可提高效能31%以上。

德能湘江水电站尾水管水流流态改善

针对德能湘江水电站扩容后尾水管内水流出现明显脱流与回流、效率低、空蚀加剧的状况,采用计算流体动力学CFD进行分析,提出对尾水管修形或更换转轮的方法,以改善尾水管内水流流态。研究表明此两种方法均有效,可为类似工程提供参考。