高水头抽水蓄能机组减振降噪评估及工程实践

振动和噪声超标问题在高水头抽水蓄能机组较为常见,其产生原因与无叶区压力脉动相关。因此,抽水蓄能电站减振降噪的有效措施之一是降低无叶区压力脉动。本文开展真机尺度三维非定常可压缩数值计算,预测转轮修型对无叶区压力脉动的降低程度,进而评估转轮修型的减振降噪效果。计算结果显示,修型方案能够有效降低无叶区压力脉动混频幅以及18倍转频幅值,对改善机组振动和噪声问题非常有效。现场实测数据显示,改造后无叶区压力脉动降低程度与数值预测结果非常接近,机组顶盖振动和水车室噪声也得到了明显的改善。

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。

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。

中低比转速带导叶离心泵出水边倾斜角对无叶区压力脉动的影响研究

为研究中低比速带导叶离心泵叶片出水边倾斜角对叶轮和导叶干涉作用而引起的压力脉动的影响,在保证叶轮基本参数和叶片进出口安放角变化规律不变的情况下,通过改变叶片出水边倾斜角而设计2种计算方案。基于RNG k-ε湍流模型、SIMPLEC算法和无滑移网格技术,分别对2种叶片出口边倾斜角的叶轮的离心泵进行全流道非稳态数值计算,得到不同叶片出口倾斜角的叶轮无叶区压力脉动特性,并对其进行分析,计算结果表明叶片出水边倾斜角对无叶区压力脉动影响明显。本文对大型带导叶离心泵叶片水力设计提供一定的指导意义。

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.

动静干涉作用下的抽水蓄能电站厂房楼板振动观测

动静干涉现象是流体机械中由于流体流动所产生的旋转部件与固定部件之间的流动干涉现象,这一现象在水泵水轮机中表现尤为突出。针对某抽水蓄能电站动静干涉所产生的厂房振动问题进行了试验观测,获得了不同负荷下动静干涉在厂房楼板各层间的传播情况及强度。针对测试电站,采用频谱分析方法对无叶区压力脉动及厂房振动进行了分析,研究结果表明:厂房各层楼板的振动以动静干涉频率100 Hz为主频;动静干涉频率自无叶区向厂房各层传播存在延迟;水轮机工况下,无叶区与厂房振动中动静干涉频率幅值之间呈正相关,随着负荷的增大有增大的趋势;水泵工况下,无叶区动静干涉强度弱于发电工况。

水泵水轮机四象限工况无叶区内流场PIV试验研究

鉴于PIV(粒子图像速度仪)是对流体机械内部流场进行试验研究的重要技术,以某模型水泵水轮机为例,设计搭建了模型试验台,并对试验部件进行可视化处理,利用PIV测试了水泵水轮机无叶区的四象限工况(8个开度)的内部流场,并对无叶区的速度内流分布经过PIVView3C后处理得到流线图和速度分布图。结果表明,最优开度的流线图优于导叶开度20°的内流流态,导叶开度20°的内流流态相比导叶开度5°较好,导叶开度5°的漩涡更加密集;导叶开度5°工况下的流场具有周期性变化趋势,是造成无叶区产生压力脉动的主要原因。

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。

抽水蓄能电站厂房振动问题分析及经验

针对张河湾抽水蓄能电站存在的厂房振动问题,对发电工况和水泵工况下的厂房与机组振动和压力脉动信号进行了分析,确定了引起厂房振动问题的原因是由于无叶区动静干涉引发厂房局部共振所导致,提出并实施了转轮和导叶更换解决方案,转轮和导叶更换后无叶区压力脉动大幅减少,厂房振动控制在可接受的水平上。案例经验在国内乃至国外的抽水蓄能电站均为首次,可为类似抽水蓄能电站厂房振动问题提供参考,同时也对大型水泵水轮机的水力设计有着重要的借鉴作用。

离心压缩机两区域模型改进与验证

离心压缩机一维预设计中,准确的性能预测可以有效地缩短设计周期,提高设计效率。为了提高性能预测的准确性,在传统两区域模型的基础上,引入外界能量输入与叶轮旋转效应,提出一种叶轮扩压度计算模型,并结合无叶扩压器的特点,将两区域模型应用于无叶扩压器性能预测中。通过与文献中已有的实验结果进行对比,验证了改进模型的可用性。对比结果表明:改进的两区域模型有效减少对工程经验的依赖性,可以实现不同压比、不同后弯角离心压缩机性能预测,总体预测精度较高,与实验数据偏差在4%以内。