某电站灯泡贯流式水轮机转轮优化研究

某电站水轮机转轮由于叶片应力过大而经常产生裂纹，严重威胁机组安全运行，为解决该电站水轮机转轮叶片应力过大的问题，以该电站灯泡贯流式水轮机为例，基于RNGκ-ε湍流模型，对水轮机各个部件进行建模、网格划分，通过对转轮叶片的加厚与修角优化处理，利用CFD技术对优化前后转轮水力性能及刚强度进行对比分析。结果表明，优化后转轮叶片应力与变形得到较大改善，符合工程实际需要，可有效避免转轮裂纹的产生。     

转子碰摩故障的声发射与振动特征分析

通过实验分析比较了不同转速和不同碰摩状态下转子碰摩声发射信号与振动信号的时频特征。实验结果表明,声发射信号比传统的振动信号对碰摩更敏感,所含的信息更丰富,使用声发射技术不仅可以有效地检测碰摩故障的发生,还能判断出碰摩的严重程度,是一种很有发展潜力的转子碰摩故障的检测方法。     

声发射技术在风力机叶片故障检测中的应用研究综述

归纳了风力机叶片基本故障类型和常用检测技术,总结了国内外风力机叶片损伤的声发射信号特征分析与提取、声发射源定位等关键技术的研究成果。通过综述声发射技术在风力机叶片故障检测的应用,指出国内外有关声发射产生机理和原始信号特征的理论关系研究有待扩充;同时,风力机叶片复合材料声波传播规律和波形转换规律的理论研究也是下一步工作的重点。     

基于EMD的水轮机空化声发射信号阈值降噪方法

针对随机噪声对水轮机空化声发射信号的影响,提出了基于经验模态分解(EMD)的水轮机空化声发射信号阈值降噪方法:首先利用EMD将水轮机空化声发射信号分解得到多个本征模态分量(IMF),然后结合给定阈值规则对前半部分IMF分量进行降噪,将降噪后的IMF分量与未处理的IMF分量重构,得到降噪后的声发射信号。采用该方法分别对仿真信号和水轮机空化试验过程中采集到的声发射信号进行了降噪处理,并与小波阈值降噪方法、小波包阈值降噪方法及传统EMD降噪方法进行了对比。结果表明:EMD阈值降噪方法有效结合了EMD自适应分解的特性和阈值降噪的良好性能优点,对水轮机空化声发射信号的降噪效果优于其他3种方法。     

水轮机转轮叶片裂纹分析及处理

针对水轮机转轮叶片出现裂纹会严重威胁水电厂的安全经济运行,通过对广东省流溪河水电站#2机组混流式转轮叶片出现裂纹原因的分析,介绍了大修时采用着色无损探伤检查法对转轮叶片进行及时处理缺陷的过程.结果表明,该措施效果较好,可阻止裂纹的延伸,消除事故隐患,可供借鉴.     

激光扫描系统在水轮机逆向工程中的应用

水轮机转轮叶片的修复是水轮机检修中的重要工作,采用传统方法进行叶片修复很难保证修复精度。基于数字化扫描获得水轮机转轮的点云数据,采用逆向工程的方法建立转轮的数学模型,可指导水轮机叶片的精确修复。以小浪底水电站水轮机备用转轮为对象,采用激光跟踪仪和关节臂式三坐标测量机建立复合扫描系统,通过对转轮进行数字化扫描,获得水轮机转轮全面的点云数据,从而建立水轮机转轮三维数字化模型。模型数据为水轮机转轮叶片的精确修复提供了量化依据,该方法对大型设备的精确测量也具有现实意义。     

基于流固耦合的水轮机转轮应力数值模拟分析

针对国内大型水轮机出现裂纹甚至断裂的问题,基于流固耦合数值模拟技术,对国内某混流式水轮机在给定工况下的转轮应力进行了计算分析,得出了叶片表面的应力分布情况,并在易产生裂纹的关键区域选取了若干测点的计算结果与实测结果进行对比,验证了流固耦合数值模拟分析的可靠性,为水轮机转轮应力研究提供了参考。     

混流式水轮机叶道涡工况下转轮的流动特性分析

为了探究叶道涡工况下混流式水轮机转轮的流动特性,以某长短叶片混流式水轮机为例,选取出现叶道涡的小流量工况,基于N-S方程及RNG_(κ-ε)湍流模型对水轮机进行全流道定常和非定常流动数值模拟,分析叶道涡复杂流动对转轮内部流动的影响。结果表明,在叶道涡工况下,由于导叶出流角的减小,导致转轮叶片头部与来流发生撞击,使流道中的湍流、漩涡现象发展更加剧烈,加强了叶片压力的不均匀分布;容易产生裂纹的叶片危险部位的压力脉动频率等于转轮频率与叶片数的乘积;分布于转轮叶片靠近上冠处的叶道涡对转轮的流动影响较大,导致此处的压力脉动的频率高、振幅大,因此易产生局部的高频应力,致使转轮在该位置产生周期性的疲劳破坏。     

基于改进EMD与关联维数的水轮机空化声发射信号特征提取

为研究水轮机空化状态下声发射信号的特征及其演变规律,提出了基于改进经验模态分解(Empirical Mode Decomposition, EMD)与关联维数的水轮机空化声发射信号特征提取方法。采用镜像延拓与可变余弦窗函数相结合的方法对传统EMD进行改进。将改进EMD方法应用于混流式水轮机模型空化状态下的声发射信号分析中,分别采用自相关法和假近邻法计算声发射信号各阶固有模态函数(Intrinsic Mode Function, IMF)分量的时间延迟参数和最佳嵌入维数,采用G-P算法提取各阶IMF的关联维数,分析关联维数随水轮机空化系数的变化关系。结果表明:随着空化状态从无空化、初生空化到临界空化,声发射信号的各阶IMF关联维数逐渐增大,直接反映了水轮机空化从无到有,从弱到强,水流流态更加复杂和紊乱的过程。     

EMD在LabVIEW中的实现及其在水轮机主轴振动信号分析中的应用

针对LabVIEW中缺少经验模态分解(EMD)算法模块的问题,对LabVIEW进行了二次开发,建立了基于LabVIEW的EMD模块,为振动故障信号分析提供了有效的工具,进而以水轮机故障信号的振动特征和故障产生机理为依据,将此算法运用于水轮机主轴振动信号分析,以河北省西达水电站水轮机主轴振动数据为基本资料,对分解得到的高频本征模函数(IMF)分量做包络谱分析,提取故障信息,并与轴心轨迹分析方法相结合加以验证。结果表明,该方法能够有效判别出水轮机主轴故障类型,可应用于水轮机主轴振动信号分析。     

大型泵站压力管道激励源辨识研究

针对甘肃景泰电力提灌总干二泵站存在的压力管道振动问题,基于DASP振动测试系统获得振动信号,通过时域分析法和频谱分析法分析各工况下的振动信号,得到各工况下振源的主要频率;运用功率谱法,分析出压力管道振动存在的主要振源。分析结果表明,引起管道振动的主要原因是离心泵等设备引起的机械振动,水流激励次之,并针对此结论提出相应的减振措施。     

Acoustic emission-based damage characterization of 70 MPa type IV hydrogen composite pressure vessels during hydraulic tests

This paper aims to characterize the damage mechanisms of 70 MPa Type IV hydrogen composite pressure vessels using the acoustic emission (AE) method. First, AE signals were captured during the 0–105 MPa and 0–158 MPa hydraulic tests of two vessels using multi-step loading method. Second, the AE feature parameters in time-domain and frequency-domain such as amplitude, frequency, and energy are studied. A multi-parameter statistical analysis (MPSA) method based on empirical mode decomposition (EMD) and K-means algorithm is performed to cluster AE events for the vessels. Intrinsic mode functions (IMFs) are decomposed by EMD and three IMFs with high frequency are chosen to reconstruct the feature parameters and provide signal pre-processing for K-means clustering analysis. Based on the relationship between AE features and damage modes, three main clusters with separate amplitude, absolute energy, and energy are correlated to matrix cracking, fiber/matrix debonding, and fiber breakage damage mechanisms. Besides, the effectiveness of MPSA method for signal classification is validated by principal component analysis (PCA) and fast Fourier transformation (FFT) method. Finally, the AE feature parameters such as amplitude and counts to peak for the three main damage modes are studied for the hydraulic proof tests and the burst tests to explore the damage evolution behaviors of the vessels with pressure increasing. Results show that AE method can be reliably used to characterize damage evolution mechanisms in composite pressure vessels.     

叶片开度对贯流式水轮机飞逸过程的影响

为有效降低水轮机飞逸过程中机组的振动问题,通过水轮机试验模型改变导叶开度和桨叶开度对水轮机过渡过程进行研究,分析了多个监测点的压力、频率流量等工作参数的变化情况.结果 表明,由于转速和流量的增加,水轮机在导叶开度60°和桨叶开度4°运行时振动最为强烈,水轮机在低频时振动剧烈.由于受到导叶和桨叶动静影响,转轮出口振动强烈...     

Acoustic emission characteristics of used 70 MPa type IV hydrogen storage tanks during hydrostatic burst tests

Currently, the periodic inspection of composite tanks is typically achieved via hydrostatic test combined with internal and external visual inspections. Acoustic emission (AE) technology demonstrates a promising nondestructive testing method for damage mode identification and damage assessment. This study focuses on AE signals characteristics and evolution behaviors for used 70 MPa Type IV hydrogen storage tanks during hydrostatic burst tests. AE-based tensile tests for epoxy resin specimen and carbon fiber tow were implemented to obtain characteristics of matrix cracking and fiber breakage. Then, broad-band AE sensors were used to capture AE signals during multi-step loading tests and hydrostatic burst tests. K-means ++ algorithm and wavelet packet transform are performed to cluster AE signals and verify the validity. Combining with tensile tests, three clusters are manifested via matrix cracking, fiber/matrix debonding and fiber breakage according to amplitude, duration, counts and absolute energy. The number of three clustering signals increases with the increase of pressure, showing accumulated and aggravated damage. The sudden appearance of a large number of fiber breakage signals during hydrostatic burst tests suggests that the composite tank structure is becoming mechanically unstable, namely the impending burst failure of the tank.     

导叶开度对混流式水轮机尾水管内流动特性的影响

为了深入研究尾水管内的流动特性,结合某电站混流式水轮机的实际运行情况,基于标准的κ-ε湍流模型,选用Fluent软件在额定水头不同导叶开度下对其进行全流道数值模拟,分析了不同导叶开度对混流式水轮机尾水管内部流动特性的影响。结果表明,当导叶开度为100%时尾水管内部形成了周期空化涡带,此涡带的存在易导致水轮机机组产生强烈振动;当导叶开度较小时,尾水管内速度分布较为均匀;尾水管进口段的压力分布情况对导叶开度的变化较为敏感,可通过合理控制导叶开度来减小尾水管内的水力振动,降低水力损失。     

铸铁承压设备声发射特征研究

为开展声发射技术应用于铸铁承压设备检测的应用研究,首先应研究铸铁材料拉伸过程的声发射特征,然后获取铸铁构件上典型裂纹扩展的声发射信号,找到铸铁构件开裂所特有的声发射信号特征,为活性缺陷的正确检测和识别奠定基础。因此,本文首先研究了灰口铸铁HT200材料拉伸试件的声发射特性,然后在报废的造纸烘缸上预制了表面裂纹,采用水压循环加载的方式,用声发射监测其加载试验过程的声发射现象,获取缸体表面裂纹扩展的声学信号样本,确定了随载荷变化,裂纹缺陷扩展的声发射参数特征和定位特征,其结果为后续波形信号的特征提取和模式识别研究提供了典型声发射源信号数据,也为铸铁类构件的声发射检测提供了参考。     

基于ICA在强背景噪声振动信号中的去噪研究

由于小波模极大值去噪方法在强背景噪声的情况下提取碰摩信号的能力变弱甚至失效,在本文中提出应用独立分量分析(ICA)方法对碰摩信号进行特征提取。通过对转子模拟实验台模拟的强背景噪声下的碰摩信号进行ICA去噪方法和小波去噪方法仿真实验,结果表明,本方法明显优于小波去噪方法,为强背景噪声下的弱振动信号的检测提供了新的途径。     

叶片组轴向模态共振失效的理论与实验研究

为了找出叶片的失效机理及解决的办法，利用金相、扫描电镜等分析手段，从宏观和微观的角度对叶片及断口进行了观察和分析；用三维有限元法和实验方法对其振动特性进行了研究。分析得出：造成叶片开裂是由于叶片组第2类轴向振动模态和喷嘴叶栅出口气流不均匀引起的激振力频率发生共振，导致叶片高周疲劳造成的。叶根齿表面加工粗糙是裂纹起裂的一个重要诱发因素。采用不改变叶型，仅调整叶片组中的叶片数，成功地实现了叶片的改型设计。该研究表明：叶片组的第2类轴向振动模态同喷嘴激振力共振是危险的，应该避免。调整叶片组中的叶片数是调整叶片组轴向固有振动模态的一个有效方法。图6表3参5     

基于CFD的导叶进口角对轴流泵水力性能的影响

为研究后置导叶进口安放角对轴流泵水力性能的影响,在常规导叶基础上将导叶分为进口段和出口段两部分,运用数值模拟的方法研究了5种导叶进口安放角对轴流泵泵段水力性能的影响。结果表明,轴流泵在偏离设计工况下运行时,通过调节导叶进口角度可以减小导叶进口冲角,改善导叶体内流态。在后置导叶原设计进口角度的基础上,沿旋转轴顺时针调节适当角度可提高大流量处的泵段效率,逆时针调节适当角度可提高小流量处的泵段效率。不同导叶进口角主要是保证多种工况下水流无撞击进入导叶室,对泵段的其他过流部件水力性能基本无影响。研究成果有助于轴流泵导叶性能的优化设计。     

基于CFD的双向竖井贯流泵装置水力性能数值模拟

以某泵站双向竖井贯流泵装置为例,采用CFD数值模拟方法对模型泵不同的转轮叶片、叶轮位置及导叶位置方案进行了数值模拟,最终确定了改进泵装置模型结构参数,并分析了改进模型的综合特性和流场分布规律。结果表明,反向工况由于出水流道内无导叶进行导流和能量回收,出现了明显的回流、漩涡区,降低了流道效率,其出水流道流态较差,且因前置导叶的存在,恶化了叶轮进口水流条件,同时降低了装置过流能力与叶片做功能力,造成反向工况泵装置效率明显低于正向工况。