混流式水轮机尾水管压力脉动研究综述

混流式水轮机尾水管压力脉动是造成机组运行不稳定的重要原因，严重的脉动甚至会威胁厂房的安全，而尾水管涡带是产生压力脉动的首要原因。所以，混流式水轮机尾水管涡带的研究对解决压力脉动有着十分重要的意义。为此，就混流式水轮机尾水管压力脉动的研究，即从理论研究、模型实验、数值模拟和真机试验4个方面。重点阐述在部分负荷、满负荷以及超负荷工况下的尾水管涡带特性参数变化的特点，介绍数值模拟方法在解决尾水管振动问题上的优缺点以及目前在真机试验上检测尾水管振动的新方法，从而也提出解决尾水管压力脉动的几个途径。     

三峡水电站机组现场振动测试分析

本文基于三峡水电站左岸8号机组现场振动测试[1],通过对机组变转速试验、变负荷试验和水压脉动试验,发现机组转动部分存在一定的动不平衡以及在135 m水位下机组运行时尾水管水压脉动表现为3个主要特征区,说明了水轮机尾水管低频涡带压力脉动具有巨大的振动能量,是引起机组顶盖振动、摆度和尾水管结构破坏的主要振源。     

飞来峡水电厂机组高水头振动区实测分析

结合水轮机振动的实际情况,通过全面测试机组在空载及各种负荷下的振动、摆度及水压力脉动,掌握机组在该毛水头下的运行稳定区域,界定机组运行的振动区范围,为机组的安全运行、检修、技术改造及科学调度提供准确依据。     

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。     

混流式水轮机部分负荷水力振动

混流式水轮机组不稳定运行问题多数已被人们所认识,并有可行的工程措施予以解决。然而大量的现场试验研究结果表明在某些电站,存在一个脉动频率略高于机组转速频率的强水压脉动区,机组在此区域产生强烈振动,不能保证安全运行。将在湖南欧阳海水电站、黄河万家寨水电站试验中遇到的此方面问题进行介绍和探讨,分析了水轮机低负荷水压脉动区产生的原因和问题的解决方法,提出了在水轮机选型设计、水轮机及电站设计制造、合理选择水轮机安装高程、水轮发电机组运行管理等方面应注意的问题和解决措施。     

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。     

隔河岩水电站机组稳定性分析

隔河岩电站机组自投运以来，虽然其综合性能较好，但也存在机组振动摆度偏大的部分负荷区域。通过模型试验和真机测试对比分析可知，两者具有一定的相关性。引起机组振动摆度过大的原因主要是部分负荷下尾水管偏心涡带所引起的低频振动。模型试验和真机测试表明，轴心补气对改善机组运行稳定性有一定的效果。建议进一步进行真机补气和不补气两种情况的对比试验，并测试尾水管压力脉动值；分析机组振摆过大的原因并采取相应的对策，扩大机组稳定运行范围。     

水泵水轮机在S特性区的流态及压力脉动研究

抽水蓄能机组的四象限特征曲线存在着S形曲线,抽水蓄能机组运行工况复杂,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S形曲线。S特性可以导致水泵水轮机机组产生强烈的振动,使得机组并网困难,振动剧烈,甚至因压力超标严重影响电站的安全稳定运行。在业界的共同努力下,S形问题对工程投运影响已经得到了根本解决,但是S形问题的诱发机理并不十分清楚。因此该文以某模型水泵水轮机为研究对象,通过全流道非定常数值模拟和基于全特性试验的粒子图像测速法（particle image velocimetry,PIV）相结合,根据机组的运行特性,选取水泵水轮机三个开度下的13个工况点内部流动特性及压力脉动特性进行了研究。综合数值模拟及试验结果,获得空载工况,小流量工况及反水泵工况下无叶区漩涡的运动规律。分析了漩涡结构对无叶区压力脉动特性的影响。结果表明,空载工况对S特性区压力脉动幅频特性存在影响,空载工况与无叶区压力脉动存在必然联系。各工况点下无叶区压力脉动主频大部分工况为叶片通过频率,即9 f_n（f_n为转频）,部分工况受尾水管压力脉动影响主频...     

混流式水轮机大负荷区压力脉动陡升问题研究

针对电站水轮机出现的大负荷区压力脉动陡增现象,通过电站模型和电站实测压力脉动实验结果,结合电站分步骤改型措施和对水轮机CFD结果分析认为,水轮机大负荷区压力脉动陡升问题与转轮叶片进口设计有直接关系,不理想的转轮叶片进口设计会导致水轮机在大负荷时叶片进口正面脱流,产生水轮机压力脉动陡升现象。在实际中可以通过改善水力和其它方法消除或减小水轮机压力脉动值,提高机组运行的安全稳定性。     

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。     

三峡左岸电站VGS 机组真机与模型压力脉动对比分析

为了解真机在不同运行水头下的压力脉动、振动、摆度与噪声等稳定性参数及水轮机效率,分析真机实测试验结果与模型试验结果的相互关系,划分机组稳定运行区域和指导机组优化运行,三峡水力发电厂于2006年开展了135～156m升水位机组稳定性与能量性能试验.本文就升水位过程8F机组(VGS)压力脉动作了详细分析,发现模型试验中出现的高部分负荷特殊压力脉动带在升水位(141～155m)真机试验中不明显,在升水位过程,真机在特殊压力脉动带的幅值有增大的趋势但增幅很小,主频也与模型不一致,模型试验结果约为2倍和4倍转频,而在真机中是0.3Hz的尾水管涡带频率.     

三峡左岸电站水轮发电机组水力稳定性分析与现场试验

三峡电站水轮机是目前世界上运行水头变幅最大的巨型混流式水轮机之一，其运行稳定性自始至终是设计、研究、制造和用户关注的首要课题。在三峡电站水轮机模型验收试验中，发现一些现象与众所周知的部分负荷的压力脉动不同，表现为在运行水头范围内存在压力脉动峰值带，频率较高，且从蜗壳进口至尾水管的几个部位均同时出现较大的压力脉动幅值。在2003年，对首批发电机组进行了现场试验，对机组稳定性进行了全面测量，其结果与模型试验结果较为吻合。     

关于水轮机尾水管涡带压力脉动的允许值

水轮发电机组部分负荷时，尾水管压力脉动是反映水轮机水力稳定性的重要指标．这种压力脉动的允许值方案，也说明了用△H／H判断原型水轮机的振动稳定性的局限性和不确定性，还提出了在进行模型水轮机验收试验及利用本方案进行稳定性评价时需注意的问题．     

老龙口电站1号机低负荷运行尾水管压力脉动处理浅析

老龙口电站i号水轮机在低负荷运行时,尾水管中形成涡带,使尾水管水流发生周期性变化引起压力脉动,形成强烈的噪音和较大的振动。针对这一情况,通过对尾水管补气装置的改造,减轻了机组在低负荷运行中引起压力脉动和振动,确保机组安全稳定运行。图5幅,表1个。     

三峡水电站ALSTOM机组低水头运行稳定性分析

混流式水轮机的水力稳定性与机组水力工况密切相关。以三峡电站左岸6号机组稳定性试验为例，分析了ALSTOM机组的低水头运行稳定性。根据试验分析结果，可将机组运行工况划分为小负荷区、涡带振动区、大负荷运行区。小负荷区机组效率较低，机组不宜在此区间运行；大负荷区机组运行稳定性最佳，但机组应避开强涡带工况区和特殊频率振动区运行。     

十年探索岩滩水轮机稳定运行

岩滩水电厂水轮机是二十世纪九十年代我国自行研究、设计、制造当时国内最大的混流式水轮机.该机组限于当时的转轮型号和测试条件,在设计水头以上,部分高负荷区域运行时引起厂房剧烈振动;高水头低负荷时,低频脉动压力较大,引起下游副厂房结构振动.为解决水轮机的运行稳定性问题,广大工程技术人员孜孜不倦,苦苦探求了十年.     

混流式水轮机转轮倒置安装轴向水推力的计算

目前大中型水电站混流式水轮机轴向水推力大，尾水管中涡带所产生的压力脉动常引起机组振动。如水轮机转化倒置安装，将向下的轴向水推力改为向上，可以抵消机组转动部分的重量；如改变尾水管形状，可以消除涡带压力脉动，减小机组振动。以漫湾电站为例，经过计算说明正常安装与倒置安装轴向推力轴承负荷可大大减小。但倒置安装后其结构问题尚需进一步研究。     

关于减小混流式水轮机压力脉动的探讨

运行中的水电站由于受电力系统负荷变化的影响,机组出力都在发生着变化,总是偏离最优工况运行。这就使水轮机过流部件尾水管进口处产生压力脉动,给机组稳定运行带来不利影响。特别是机组在非设计工况运行时,压力脉动更大,常常使机组振动加剧,使之无法正常工作。因此,运行中的机组应该避免在非设计工况下运行。为减小压力脉动,作者提出了在尾水锥管段设置格栅的新型结构的设想,认为根据文山马鹿塘电站的特点可进行这方面的试验研究。     

水泵水轮机反水泵工况区压力脉动特性分析

为研究水泵水轮机反水泵区的压力脉动特性,以某抽水蓄能电站模型水泵水轮机为研究对象,基于分离涡湍流方法(detached eddy simulation,DES),对水泵水轮机反水泵工况进行了数值模拟。探讨了全流道三维湍流场特性,并与试验结果相对比,分析了水泵水轮机在反水泵工况区压力脉动特性。结果表明,反水泵工况下,转轮与导叶之间和尾水管内的主频均为0.143倍转频,主频幅值占混频幅值比例分别达到12%和34.6%。通过流场分析,发现尾水管锥管段内的螺旋形涡带结构是导致这种低频脉动的主要原因。同常规运行工况相比,反水泵工况区的不稳定流场会导致压力脉动相对幅值的突增,引起机组剧烈的振动,严重影响机组的安全运行。     

抽水蓄能机组水轮机工况启动时机组及厂房振动时频分析

对抽水蓄能机组水轮机工况启动过程中,机组摆度、振动、厂房振动、压力脉动随转速变化的时频特性进行了试验研究。研究结果表明,当抽水蓄能机组水轮机工况启动时,机组升速过程中,机组摆度信号有明显的转频及倍频分量;机组振动速度信号、电站厂房振动信号有明显的3倍叶片过流频率;压力脉动信号主频与转速没有明显的关系,具有低频随机脉动特性。