50年来水力机电研究领域发展与回顾

50年来,中国水利水电科学研究院水力机电专业经过几代人的艰苦努力,研发能力得到极大的提高。在水力模型开发、测试技术和相关基础理论研究等方面取得了可喜的进展,目前是我国唯一专门从事水力机械应用基础和关键技术研究的国内外知名科研机构。本文从测试技术、机电装备技术和数值模拟技术3个方面,概述了我院近50年来在水力机电研究领域的发展过程和主要成果;回顾了水力机电研究领域建立、健全和成长的历史。最后简要阐述了水力机电研究领域今后的研究重点和发展方向。

水力机电研究所的科技进步

中国水利水电科学研究院水力机电研究所密切结合水利水电建设中的重大关键科技问题，开展了一系列基础理论与应用研究．通过完成大量攻关任务和基金项目，较深入地开展了基础理论研究工作，推动了研究所的科技进步．主要体现在以下几个方面：（1）一流的试验设备和先进的测试技术；（2）水力机械的内部流动分析及应用研究的进展；（3）领先水平的抗磨损、抗空蚀防护技术；（4）水力机械振动性研究的进展；（5）雄厚的技术储备；（6）科研成果的推广和应用．全所现有职工60人，具有博士、硕士学位的有11人，高级工程师40人，其中享受教授或研究员同等待遇的高级工程师11人，之中不少是造诣深、经验丰富的知名专家．

稳态工况下水电机组主轴摆度峰峰值计算方法研究

对目前状态监测与现场试验中主轴摆度峰峰值计算的常用方法进行了综述,将计算方法分成两类:极值法和置信度法。通过实例分析指出稳态工况下极值法计算时存在结果不稳定,且结果依赖于滤波器选择的问题。研究采用置信度法计算峰峰值,实例分析表明置信度法结果优于极值法。在95%的置信度下,当计算周期数不小于6时,采用95%置信度法对原始数据及不同滤波器作用下的数据计算得到的峰峰值结果均收敛,置信度法下的峰峰值计算结果相容。

水力机械研究领域的发展

60年来,中国水利水电科学研究院水力机械专业经过几代人的艰苦努力,研发能力得到极大的提高。在研发平台建设、水力模型开发、测试技术和相关基础理论研究等方面取得了显著的进展,目前是我国唯一专门从事水力机械应用基础和关键技术研究的国内外知名科研机构。本文从测试技术、CFD数值模拟及优化技术、状态监测和空化、空蚀及泥沙磨损等四个方面,回顾了我院60年来在水力机械研究领域的发展过程,重点介绍了近10年主要成果,最后简要阐述了水力机械研究领域今后的研究重点和发展方向。

混流式水轮机水力设计技术的研究和应用

混流式水轮机是水电站中应用最广泛的机型,其内部通流部件的水力设计影响整座电站的发电效益和稳定运行。本文介绍了近30年来中国水科院水力机电研究所混流式水轮机水力设计技术的研究和应用情况:在国内率先开展混流式水轮机内部流态观测试验研究,建立了水轮机水力稳定性表征形式;创新提出了叶片环量分布模型、叶片翼型计算方法和叶片积叠成型技术;实现了混流式水轮机"量体裁衣"式定制;提出的"丰枯水期双转轮配置"技术攻克了径流式水电站丰枯水期流量差别大、水轮机难以兼顾运行的技术难题;系统总结归纳了水电站技术改造的解决方案和流程。研究成果成功应用于国内外200余座新建和改造电站,取得了巨大的社会经济效益,极大地推动了行业的技术进步。

水电机组状态监测与故障诊断研究新进展

总结了近年来国内外水电机组状态监测与故障诊断研究最新进展,包括水电机组振动稳定性监测技术、水轮机效率监测技术、水轮机空化监测技术、发电机绝缘局放监测技术、发电机气隙和磁场强度监测技术、主变压器油气监测技术以及水电机组故障诊断技术等,并详细分析了水电机组状态监测与故障诊断研究方法和产品应用的主要成果,指出其尚未解决的技术问题,最后提出了水电机组状态监测与故障诊断系统未来发展的新趋势。

新型泥浆泵水力与抗磨蚀研究

本文初步分析了黄河山东河段清淤用泥浆泵的磨蚀问题，介绍了新开发的泥浆泵在水力与抗磨方面的一些举措．实践表明，新开发的泵在提高了设计参数的情况下，具有很好的耐磨性．

三峡水轮机高水头运行水力稳定性研究

塔贝拉电站机组最高水头为135.64m，设计水头为97.5m，经检查发现机组损坏的部位在转轮下环出口、尾水管进口及转轮进口上冠处．其主要原因是在高水头、满负荷时产生叶道涡造成不稳定冲击所致．从三峡水轮机高水头运行水力稳定性的初步试验可知，高水头时，在较大的工况范围内发生严重的尾水管涡带，水力不稳定性问题必须进一步深入试验研究，以便全面弄清楚三峡水轮机在各工况下的脱流、空化、涡带和压力脉动特性．对水力、机械、电气等引起的共振问题也应采取新的方法进行研究．

混流式水轮机部分负荷下尾水管压力脉动试验研究

通过三峡电厂升水位试验数据分析了混流式水轮机部分负荷下尾水管压力脉动主频的变化趋势,指出了目前两种用于计算尾水管涡带频率公式的适用性不足。试验数据表明,定水头下尾水管压力脉动主频在部分负荷低负荷段随着水轮机流量的增大有减小的趋势,在部分负荷高负荷段中呈"V"型分布,这种"V"型分布与尾水管固有频率相关;定导叶开度情况下,部分负荷下尾水管压力脉动主频与水头没有必然联系;试验同时表明,部分负荷下尾水管压力脉动对机组稳定性参数具有直接影响,是引起机组稳定性参数变化的主要原因。

基于大数据的多维度水电机组健康评估与诊断

考虑到当前水电机组安全高效运行领域存在的健康状态评估不准确、故障样本少、故障知识不健全和大型机组安全高效运行准则缺乏等问题,本文通过分析提炼水电机组试验、在线监测及运行维护等海量健康数据,提出了表征机组运行状态的特征参数,揭示了各特征参数与机组运行工况参数之间的耦合关系,最终建立了基于健康样本的多维度水电机组健康评估和性能退化预测理论方法。此外,本研究还提出了大型机组安全稳定运行分区准则。基于所建模型和准则,建立了大型水电机组远程状态监测与诊断系统平台。为保障水电机组安全、稳定和高效运行提供了重要技术支撑。

水轮机固定导叶和活动导叶后的卡门涡频率研究

本文对水轮机固定导叶和活动导叶后卡门涡进行了系统的研究。研究中使用非结构化网格对流动区域进行离散,这种方法保证了计算网格形态良好,从而提高了计算精度。在对影响卡门涡频率敏感的分离位置计算中,使用了差分方法进行紊流边界层计算,确定分离位置。通过卡门涡频率预估模型对岩滩水电站水轮机固定导叶和活动导叶后的卡门涡频率进行了计算,计算结果与实测结果一致。本文建立的水轮机固定导叶和活动导叶后卡门涡频率预估模型,可在设计阶段进行叶片绕流卡门涡频率的预估。

基于人工神经网络的水轮发电机组振动预测研究

为了解决目前水轮发电机组状态监测过程中振动报警数值设置单一,不能满足实际运行的问题,根据三峡电站升水位试验数据,提出了基于BP算法的水轮发电机组监测部件振动人工神经网络预测模型,并给出了具体算法。研究表明,由于建立在翔实的数据基础之上,该模型能够有效预测水轮发电机组监测部件的振动,通过设置合理的报警阈值空间,能够有效地减少机组误报警,提高报警的有效性。

水电机组飞轮力矩的在线检测方法

为实现水电机组飞轮力矩的在线检测,推导了飞轮力矩的计算公式,对水电机组甩负荷过程中转速变化情况进行了研究,提出了利用机组甩负荷的转速数据监测飞轮力矩的方法。该方法将转速信号来源分成监控系统的模拟转速信号和调速器系统的齿盘测速信号。针对模拟转速信号,首先,采用小波变换滤波对转速数据进行滤波处理;然后,在指定相关系数水平上,采用自适应时长计算转速与时间的相关系数确定转速线性上升段,对齿盘获得的转速信号采用定时长方法计算转速与时间的最大相关系数确定转速线性上升段;最后,根据标准GB/T1029—2005规定的发电机甩负荷加速试验方法计算飞轮力矩,采用实测数据对该方法的有效性进行了验证。

游程编码压缩技术在水电机组状态监测系统中的应用

随着我国水电事业的发展,水电在整个电网中的比重越来越大,另外,水轮发电机组单机容量也在逐步增大,一旦事故停机会造成严重的经济损失,从而对机组可用率、机组运行的效率、安全性、可靠性与经济性提出了更高的要求。状态监测系统可以监测机组状态及预估其发展趋势,因此,安装状态监测系统是必然要求。然而,在机组长期监测的过程中会产生大量的历史数据,庞大的数据量给存储和查询以及网络传输都带来很多问题,因此必须采用合理的压缩算法对原始采样数据进行压缩处理。本文详细介绍了一种FFT变换与游程编码相结合的压缩算法,并用实例进行了演示。

轴流式水轮机轴向水推力测试研究

本文介绍了轴流式水轮机轴向水推力试验研究的结果，分析了各种运行参数及叶栅稠密度，轮载体直径等几何参数对轴向水推力的影响，论述了其在协联工况及非协联工况下的变化规律，对其变化原理进行了探讨．作者发现了原计算式中单位轴向力参数在不同水头、不同空化系数条件下的不相似性。

水电机组故障诊断系统信号预处理

随着水电站对水电机组安全稳定运行要求的不断提高,相应的对故障诊断系统中故障诊断的准确性提出了更高的要求。而信号处理是故障诊断成功与否的关键。监测得到的故障信号不可避免的受到水电机组运行中的各种噪声的干扰与影响,从而得到的故障信号中含有随机噪声、白噪声等,为得到真实的故障特征信息有必要进行除噪处理。自相关和小波分析可以很好地去除噪声。本文对自相关和小波分析除噪作了详细论述,并用实例做了分析。

水电机组故障诊断技术的应用现状与技术发展

通过资料和国内外现场调研,对水电机组故障诊断技术国内外发展的现状进行论述,提出了故障诊断技术在水电厂生产运行中的诊断原则和作用。并针对水电机组的特点,分类归纳了水电机组故障诊断的对象和内容,对目前水电行业应用较广的几种诊断方法进行分析。最后,提出了故障诊断技术在水电行业研究应用中的不足及其技术展望。

新安江电厂HL662-410水轮机的增容研究和真机研制

在新安江电厂HL662－410水轮机增容改造转轮关键件——叶片的制做过程中，由于对全过程的质量进行了监造，牢牢抓住了制造环节，避免了过去只重研究不重制造的弊端，为改造成功奠定了基础．同时，用户、研究单位和制造部门有效配合、通力协作也是取得成功的重要因素．