混流式水轮机尾水管压力脉动换算初探北大核心CSCD

针对混流式水轮机尾水管压力脉动换算问题,本文提出了一种基于零环量单位流量的相对流量和基于叶片出口速度头压力脉动相对幅值来预测原型机尾水管进口压力脉动的方法。首先通过速度三角形进行了理论分析,并以某电站尾水管锥管压力脉动为例,分别在模型水轮机和相似原型机上比较了本文推荐方法与标准推荐方法的优缺点。之后采用该方法对12个电站水轮机模型和相似原型机尾水管压力脉动试验结果进行比较,模型和原型表现很好的相似性。最后在原型机上比较了基于本文方法的预测结果和现场测量结果,两者吻合性较好,证明了该方法的可行性。     

大水头变幅工况下混流式水轮机尾水管水压力脉动分析

该文分析了在水头变幅较大的工况下混流式水轮机尾水管压力脉动与转轮出口环量及单位参数之间的关系。以三峡水电站水轮机运行工况为模拟条件进行了混流式水轮机尾水管压力脉动试验研究。研究结果表明 ,适当选定混流式水轮机额定参数对减轻尾水管水压力脉动是十分有效的。图 4表 2参 7     

混流式水轮机压力脉动计算

本文依据国内外大量混流式水轮机压力脉动实测试验结果,对理想流体应用毕奥-萨瓦尔定律,以兰姆型方程和伯努利方程为理论基础,导出了计算混流式水轮机转轮出口压力脉动振幅的实用公式。     

混流式水轮机压力脉动预测

通过混流式模型水轮机全流道的三维非定常紊流计算，预测了引水部件和尾水管的压力脉动。计算以N－S方程为基础，基于贴体坐标和交错网格划分，对控制方程进行变换和离散，采用SIMPLEC算法求解，应用了RNG的k-ε湍流模型。     

基于PEEMD的水轮机尾水管压力脉动分析

针对水轮机尾水管压力脉动信号表征出的非平稳性和时变特性,本文采用一种部分集成经验模态分解(Partly Ensemble Empirical Mode Decomposition,PEEMD)法对其进行分析处理。该方法利用排列熵对信号随机性的敏感特性,并成对添加幅值符号相反的白噪声至原始信号,有效解决了集成经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)方法存在的高时耗、重构残噪误差问题。将该方法应用于水轮机尾水管压力脉动信号特征提取中,表明了PEEMD方法的可行性与有效性,为实现水轮发电机组在线监测与故障诊断提供了一种快速有效的信号处理与分析方法。     

变速混流式水轮机尾水涡带及压力脉动分析

水电机组在调频、调峰及调节新能源波动的过程中经常偏离最优工况运行,由此带来的尾水管涡带和压力脉动问题备受关注,这严重限制了机组的调节能力。本文采用RANS-LES方法,模拟了混流式水轮机变速运行模式下的尾水管涡带和压力脉动分布特性。结果表明：在消涡转速附近,尾水管涡带减小明显,偏离消涡转速时,尾水管涡带将增强;从消涡转速增加到最佳转速,虽然涡带增多、压力脉动幅值有所增大,但效率也随之提高;在最佳转速运行时,水轮机效率最高,相对传统恒速运行模式,可以提高7%左右。研究结果可以为水电机组的运行管理提供参考。     

水轮机内部涡流与尾水管压力脉动相关性分析

本文对三峡水轮机模型机组进行了全流道非定常湍流数值模拟,选择了2个活动导叶开度工况,分别计算不同流量下水轮机尾水管内的旋涡流动。计算结果能够明显显示尾水管涡带的形成和发展,及尾水管内各个记录面上的压力脉动和相应的旋涡转动周期有密切的关系;同时,还表示了旋涡沿流动方向的产生、发展和消失的过程,及其对于压力脉动的形成的影响作用。通过分析发现,形成涡带的旋涡运动是从上冠附近进入到尾水管的,类似于绕流体的脱体涡,说明对于上冠附近流场的研究有助于进一步探讨涡带运动形成机理和减小压力脉动措施。     

降低水轮机尾水管压力脉动措施的模型试验研究

本文介绍了几种布置在尾水管内的导流装置方案和模型试验结果，描述了各种措施对水轮机效率、出力、流量等参数的影响、降低压力脉动幅值的效果和频率特性。     

试验水头和空化系数对混流式水轮机尾水管压力脉动影响的试验研究

本文通过试验方法研究了模型试验水头和空化系数对混流式水轮机为尾水管压力脉动的影响。首先在混流式水轮机6个典型运行工况,即空载、低部分负荷(叶道涡)、部分负荷、最优工况、额定工况和超负荷工况进行变水头和变空化系数试验。试验结果表明在试验范围内,水头对混流式水轮机尾水管压力脉动幅值影响较小;而在一定范围内,空化系数对混流式水轮机尾水管压力脉动有较大影响。通过对部分负荷和超负荷工况幅值和频率分析发现,空化系数不仅对混流式水轮机尾水管压力脉动幅值有较大影响,对其频率分布也有较大影响。最后比较了以转轮中心线为空化基准面的压力脉动试验结果和以锥管中心线为空化基准面的压力脉动试验结果。研究表明,以转轮中心线为空化基准面进行压力脉动试验比较合理,故进行混流式水轮机压力脉动相似性研究时,需考虑空化系数的差异和空化基准面的选择。     

《混流式水轮机压力脉动换算的技术规范》国际标准项目研究

正一、混流式水轮机发展及国内外技术情况分析水电开发是世界上许多快速经济增长体的增长战略的重要组成部分,在全球100多个国家都有水电开发,约占全球电力生产的16.4%。水力发电占全球储能能力的95%以上。根据国际水电协会(IHA)的数据,2017年,全球新增装机容量达219GW,中国再次占据了新调试项目的最大份额。个体增长最大的五个国家分别是中国(9.1GW)、     

混流式水轮机压力脉动精细模拟和分析

用DES模型模拟了混流式轮机内部流动,并输出了大量的测点数据,通过与试验数据的比较验证了计算结果的可靠性.详细分析了尾水管进口截面的压力脉动的幅值和相位,并对尾水管内的流动做了分析.结果表明,其压力脉动在一侧较大,并非对称分布.数值模拟结果还得到了与试验一致的涡带形状.     

原型水轮机的非定常湍流计算和尾水管压力脉动分析

本文对三陕原型混流式水轮机进行了三维非定常湍流计算,得到了水轮机的非定常流场,预测了尾水管内的压力脉动。通过与模型试验结果进行比较可以看出,本计算能够比较准确地预测尾水管内的压力脉动。本文还根据计算结果分析了尾水管内非定常涡带产生和传播的原理。     

混流式水轮机涡带工况下两级动静干涉及其压力脉动传播特性分析

本文以某混流式模型水轮机为研究对象,选取一种小流量工况点开展了全三维非定常湍流的数值模拟。研究中,采用全流道建模和滑移网格技术模拟转轮与活动导叶、转轮与尾水管之间的动静干涉作用;详细分析了过流部件内典型位置处的压力脉动特性,并与模型试验的结果进行了比较;探讨了部分负荷工况下,流场中涡带演化过程及两种频率分量的压力脉动沿转轮传播与衰减的规律。     

基于全流道非定常流动计算的轴流式水轮机尾水管压力脉动分析

以轴流式水轮机全流道三维非定常湍流数值模拟为基础,对轴流式水轮机尾水管内的非定常流场进行了分析,研究了尾水管内涡带的形态,对尾水管压力脉动的幅值和频率特点进行了分析.结果表明,大流量工况时,在尾水管内形成了一个与转轮旋转方向相反低压涡带,引发了低频压力脉动,这种低频压力脉动是水轮机中压力脉动的主要脉动源之一.     

水轮机补气条件下压力脉动的数值分析

本文对某电站原型混流式水轮机进行三维非定常多相湍流模拟,对大轴中心孔补气前后水轮机各过流部件内的压力脉动进行计算,并与试验结果相比较,探讨了水轮机补气减振的机理.分析结果表明:大轴补气能够减小尾水管断面的压差,从而降低尾水管低频压力脉动的振幅,但对振动频率影响不明显;补气孔入口与转轮之间存在动静干扰,在转轮区域形成新的振源,增强了转轮前的中频压力脉动.     

混流式水轮机转轮的涡量场分析

本文利用涡量场和边界拟涡能流BEF（boundary enstrophy flow）,对混流式水轮机转轮叶片进行了性能评价和优化。在转轮三维湍流数值计算基础上,通过控制拟涡能在叶片表面的分布,能够提高转轮最优工况下的水力效率。优化后转轮叶片表面的拟涡能比原型有明显改善,转轮流场的流动状况也明显改善,说明基于涡量场的分析对于混流式水轮机转轮叶片优化能够起到一定的作用。边界拟涡能流BEF能够从能量角度反映流体和固体之间的相互作用关系。     

基于流固耦合的混流式水轮机转轮静应力特性分析

近年来，国内外一系列大型水轮发电机组频繁发生转轮叶片投产后短期内出现穿透性裂纹问题，对机组安全稳定运行构成了威胁。长期以来人们一直在寻找由于水力激励引起转轮叶片应力特性的计算方法。本文首先对混流式水轮机全流道内流场进行了多工况的CFD计算，得到不同工况下转轮叶片表面水压力载荷，并利用顺序流固耦合方法对转轮在各种工况下的应力特性进行计算。结果表明在大部分工况下该转轮叶片最大静应力基本上与水轮机功率成线性关系。本文计算结果可为其它水轮机转轮的应力特性分析及转轮疲劳裂纹分析提供参考。     

基于流固耦合的混流式水轮机转轮应力特性分析

本研究采用顺序流固耦合方法,计算了某设计中的混流式水轮机转轮在不同水头下发额定出力时的静应力分布,以及设计最高水头额定出力工况下的动应力特性。静应力计算的结果表明：最大应力出现在叶片出水边与上冠连接处,并且随着水头增高,静应力最大值有减小趋势。动应力的计算结果表明：设计的转轮,动应力的幅值满足稳定运行的要求。