水轮机泥沙磨损的综合治理

2005年5月,国际电工委员会/水轮机技术委员会(IEC/TC4)成立工作组(WG29),着手编制水轮机泥沙磨损导则,由中国人任副召集人.2006年初,全国水轮机标准化技术委员会组织调查组,分三路对葛洲坝、三门峡、小浪底、红山咀、喀什、刘家峡、青铜峡、万家寨、龚嘴、渔子溪、冷竹关、映秀湾、鲁布格、麻子河等含沙水流电站进行实地调查或函调.本文根据上述电站的调查结果,对IEC/TC4/WG29起草的《水轮机泥沙磨损导则(草案)》,提出了一些补充和修改意见,供讨论参考.     

我国水轮机泥沙磨损课题的研究

回顾总结了哈尔滨大电机研究所４０ａ来,在泥沙磨损课题研究上的成果。从水轮机的选材、试验方法研究、气蚀磨损破坏机理的探讨、浑水资源开发中的水力设计方法及其结构的水力设计等。该课题的研究,为我国浑水资源的开发积累了大量资料,逐步研究形成浑水系列的一批优秀抗磨耐蚀转轮,装备了祖国各地浑水电站。为已建的早期浑水电站更新换代作出了贡献。     

水轮机抗泥沙磨损技术分析

为了解决水电站水轮机泥沙磨损的问题,笔者根据国内外科研人员在水轮机抗泥沙磨损技术研究成果,分析了影响水轮机泥沙磨损的因素,提出了在水轮机抗泥沙磨蚀的设计制造,以及表面防护技术方面采取的措施,即水轮机选型、水力设计、结构设计和加工制造,以及焊条堆焊技术、环氧金刚砂涂层技术、聚氨酯涂层技术和高速燃氧碳化钨涂层技术。实践表明,水轮机泥沙磨损同泥沙的含量、泥沙颗粒属性、水轮机材料、水流的速度及流态等因素有关。水轮机设计时应选用较低的比转速和水流速度,并根据水轮机机型及水头范围选择相应的防护涂层技术。     

水轮机导对抗泥沙磨损的水力研究

本文介绍了减轻低比速（ｎｓ＝１００ｍ－ｋＷ）混流式水轮机导叶泥沙磨损水力型式的物理模拟试验及数值模拟计算的成果；揭示了导对绕流、导对与转轮互配水力设计，对泥沙磨损的影响，为较圆满解决该类导叶的泥沙快速损坏提供了新的途径。     

水轮机导叶抗泥沙磨损的水力研究

本文介绍了减轻低比速（ｎｓ＝１００ｍ－ｋＷ）混流式水轮机导叶泥沙磨损水力型式的物理模拟试验及数值模拟计算的成果，揭示了导叶绕流，导叶与转轮互配水力设计，对泥沙磨损的影响，为较圆满解决该类导叶的泥沙快速损坏提供了新的途径。     

水轮机导叶抗泥沙磨损的水力研究

本文介绍了减轻低比速混流式水轮机导叶泥沙磨损水力型式的物理模拟试验及数值模拟计算的成果；揭示了叶绕流，导叶与转线配水力设计，对泥沙磨损的影响，为较圆满解决该类导叶的泥沙快速损坏提供了新的途径。     

水轮机的泥沙磨损及抗磨措施

本文叙述了水轮机泥沙磨损的一些重要现象,论证了顺水流方向的光滑坑槽是泥沙磨损的特征:概述了各磨损因素对磨损量的影响及抗磨措施。 本文对高水头混流式水流机的抗磨设计、制造技术,通过实例进行分析,提出了改进意见;介绍了国内部份耐磨金属的性能和应用高硬度耐磨合金护面的实例。     

水轮机转轮泥沙磨损的数值模拟

本文利用κ－ε－Ａｐ两组湍流模型计算水轮机转轮中泥沙固液两相湍流。根据液相和固相三维流速场的计算结果数值模拟了转轮叶片面的泥沙磨损。     

盐锅峡水电站水轮机泥沙磨损情况

一、问题的提出泥沙对水轮机磨损的研究,世界各国都作过不少实验室模型实验和水电站原型水轮机的观测试验工作。但尚有许多问题,如磨损机理和抗磨材料等,目前还在研究之中。我国在这方面的工作,也正在积极开展。因此,目前关于泥沙对水轮机的某些破坏痕迹,尚有不同的看法,也只能通过今后长期的观测和试验研究得到解决。十多年来,我国一些水电站都先后发现了水轮机遭受泥沙磨损破坏的实例。盐锅峡水电站1号机运行二年半后,叶片出水边磨成锯齿形,叶片上有深孔,穿孔(个别穿孔直径达30毫米),转轮下环内表面磨深约30毫米。     

高水头混流式水轮机转轮泥沙磨损特性模拟研究

泥沙磨损是导致混流式水轮机组失效的主要原因之一,特别在水头相对较高时,由于内部流速相对也较高,其磨损问题会更为严重。为研究混流式机组转轮磨损的形成机理,本文根据电站泥沙实测数据统计得到汛期的泥沙平均浓度和粒径,对高水头混流式水轮机在最优开度和小开度两种工况下的固液两相流特性进行数值计算,基于拉格朗日方法模拟颗粒的运动轨迹,选取Oka模型对转轮的磨损特性进行了预测。通过分析转轮内的流动特性、颗粒的运动轨迹和壁面冲击特性,对混流式机组转轮磨损形态的形成原因进行了探讨,并将计算结果与文献中的实际磨损情况进行对比分析。预测的结果表明:采用欧拉-拉格朗日方法可较好地对混流式水轮机转轮的主要磨损区域进行定性的预测;在小导叶开度的偏工况时,转轮内部的涡旋流特性会导致颗粒产生局部富集等现象,从而引起对应区域磨损速率的增加。     

基于水下钢球法的水工混凝土磨损影响因素研究

为了预测水工泄水建筑物抗冲磨混凝土在含推移质水流作用下的使用寿命,需了解磨损介质粒径和水流速度对混凝土破坏程度的影响.为此,分别采用12.6mm、19.0mm、25.4mm、30.0mm四种直径的钢球作为磨损介质,并在近底水流速度约1.8m/s和1.5m/s两种水流速度下,进行两种强度等级抗冲磨混凝土的水下钢球法试验....     

基于代转角测量的水轮机桨叶开口调整研究

针对水轮机检修现场桨叶转角无法准确测量进而影响桨叶开口调整的难题,研究并提出了基于代转角测量的水轮机桨叶开口现场调整方法。阐述了水轮机桨叶代转角的定义以及代转角的测量计算方法;根据桨叶开口转换比例系数以及相邻桨叶之间的相互影响确定了调整垫片厚度修正值;应用该方法对某灯泡贯流式水轮机的桨叶开口实施了调整。实践结果表明,该方法能同时有效地提高水轮机桨叶的开口均匀性和转角同步性,从而改善水轮机的水力性能,提升能效和运行稳定性。     

混流式转轮上冠型线变化对水轮机水力性能的影响

为了获得水电站水轮机技术改造中混流式转轮上冠型线变化时水轮机水力性能的变化规律,本文以某混流式水轮机模型转轮为研究对象,在原转轮上冠型线的基础上,提出了四种改型的上冠型线方案,采用CFD方法对不同上冠型线的转轮内部流动特性、能量特性、空化性能及过流能力进行了数值模拟和对比分析。结果表明:上冠型线的适当上抬可以增大转轮的过流能力,并且改善转轮在大流量工况下的能量特性和空化性能;但过高的上冠型线对小流量工况下的叶道涡的位置和强度有负面影响;与原转轮相比,方案4的效率略有提高;小流量工况时,上冠型线越高,叶道涡的位置越靠近叶片头部,且涡的强度越大,从而使转轮效率降低;大流量工况时,上冠型线上抬可能导致叶片进口靠上冠部分出现回流,进而导致压力分布不均匀;上冠型线的改变对最优工况下转轮效率和内部流动特性影响较小;可以为水轮机技术改造中转轮的改型设计与性能预估提供必要的参考。     

水力机组相对效率试验工作水头的修正计算

水力机组相对效率试验采用指数流量代替绝对流量,无法得到速度水头,因此引用的工作水头中往往忽略速度水头,造成试验结果存在误差。本文提出一种新的方法,可以有效地对计算工作水头进行修正,与实际工作水头更为接近,试验结果更为精确。     

白鹤滩水电站蓄水过程左岸厂区渗控效果评价

白鹤滩水电站左岸地质条件复杂,发育层间错动带、层内错动带和柱状节理玄武岩等软弱地质结构。左岸厂区布置大规模的防渗排水系统,合理有效地评价其渗控效果对水电站的安全运行有着重要的指导意义。结合2021年4月—2022年3月蓄水过程的监测成果分析白鹤滩水电站左岸厂区渗流规律,评价渗控效果。结果表明：左岸厂区最大渗流量为1249.14 L/min,总渗流量明显受上游水位变化影响,第3、7层排灌廊道渗流量占总渗流量的69.5%。防渗帷幕部位的压力水头随高程的降低而增加,C₂位置压力水头明显增大。结构面C₃、C_3-1、C₂和LS₃₁₅₂是渗透薄弱部位,其渗流量较大,渗压水位随上游水位变化明显,容易成为渗漏通道。从整体上看,厂区的排水孔幕能有效消减压力水头,总渗流量维持在合理范围内,总体渗控效果良好。     

阻力型水平轴水轮机水动力及尾流特性分析

水轮机是水能利用与水力发电的核心技术装备。传统的升力型水平轴水轮机需满足一定流速条件才可获得既定的效率,因此该型水轮机并不适用于流速较低的区域。为了拓展水平轴水轮机的适用范围,依据阿基米德螺旋线原理,设计了两种具有不同旋叶倾角的新型阻力型水平轴水轮机,并采用计算流体力学方法对二者的水动力及尾流特性进行了三维数值模拟研究。结果表明,变角水轮机在尖速比为0.5~2.0的范围内具有更高的功率系数,且其峰值功率系数相比定角水轮机提升了16%。此外,与一些文献中所报道的升力型水轮机在尖速比为0.5~2.0的范围内相比,变角水轮机也具有较高的功率系数。以尖速比为1.5为例,其功率系数相比至少提升了60%以上。与此同时,变角水轮机在全尖速比范围内具有更低的推力系数,但其性能波动比定角水轮机要明显。流场分析显示,两种阻力型水平轴水轮机的后方均出现了呈环状螺旋形的叶尖涡带和呈条状的毂涡带,而变角水轮机的叶尖涡带和毂涡带的连续性更强,向下游发展的轨迹也更长。此外,变角水轮机的尾流恢复比定角水轮机更快。研究结果揭示了阻力型水平轴水轮机的水动力及尾流特性,为其优化设计和推广应用提供了一定的参考依据。     

基于体积损失速率的混凝土抗冲磨性能评价

采用风砂枪法并配合图像分析技术,揭示了两组不同混凝土质量损失速率、体积损失速率、被磨损物料的密度、固定纵断面上冲坑轮廓随时间的变化规律,结合各特征时间节点处混凝土的表观形貌,确定了混凝土冲磨破坏稳定阶段的判据,并结合混凝土抗冲磨强度计算结果优选出了可靠的抗冲磨强度评价指标。结果表明:质量损失速率和体积损失速率在某个时间点处同时趋于稳定,此时,被磨损物料的密度与混凝土的表观密度保持一致,且无论从混凝土表面形态还是冲坑轮廓来看,混凝土均表现出稳定且均匀的磨损,由此可以判断该阶段为混凝土冲磨破坏稳定阶段。研究证明,趋于稳定的体积损失速率才是混凝土抗冲磨强度可靠的评价指标。     

水轮机空化状态声发射信号的小波包能量特征

为了充分提取水轮机空化状态下声发射信号蕴含的时频特征及其变化规律,基于混流式水轮机模型空化试验,采集了间隙空化不同阶段时典型测点的声发射信号,采用小波包分析方法提取了声发射信号的小波包能量等特征参数,分析了这些参数随水轮机空化系数变化的关系。结果表明,随着水轮机空化系数的逐渐减小,从无空化、空化初生到完全空化状态,在导叶拐臂和转轮下环底部采集到的声发射信号的小波包能量随之发生了明显的规律性变化。开始时小幅缓慢增加,在空化初生附近达到某一峰值,接着略有回落,然后在临界空化状态时急剧增加达到较之以前更大的峰值,最后急剧回落。     

水轮机空化声发射信号的联合降噪与特征提取北大核心CSCD

探究水轮机空化诱导的声发射信号随空化状态的变化规律对监测空化具有重要意义。为解决声发射信号携带噪声和特征提取困难的问题,本文建立一种基于自适应迭代滤波分解-奇异谱分析联合降噪和固有时间尺度分解结合特征参数的特征提取方法。首先,采用自适应迭代滤波分解结合相关系数对声发射信号初步降噪,滤除明显噪声分量,重构剩余分量并通过奇异谱分析进一步降噪,将所得信号与趋势分量相加,完成整个降噪过程。然后,对降噪后信号进行固有时间尺度分解,筛选出有效分量,计算其绝对能量和相对能量熵。最后,分析它们随空化系数变化的规律。研究结果表明,绝对能量和相对能量熵随空化系数的变化具有明显的规律性,均能反映水轮机空化的发展状况。     

风电机组无功动态响应性能评价

风电场无功对电网有较大的影响,目前相关标准对风电场动态无功响应时间、持续时间提出了要求,却未对风机的无功动态响应性能提出要求,因此,提出风机无功功率响应时间、响应能力和支撑能力指标,实现对风电机组无功动态响应性能的定量评价。利用PSD-BPA仿真及实际风电场电压、无功运行监测数据对风机无功功率支撑能力指标的有效性进行验证。该指标值与风机暂态电压稳定极限值正相关,风机电压跌落深度越小,风机发出无功持续时间越长,该值越大,说明风机无功支撑能力越强。