混流式水轮机部分负荷下尾水管压力脉动试验研究
水轮发电机组压力脉动监测分析技术培训资料
TN8000 水轮发电机组压力脉动监测分析系统 培训资料 北京华科同安监控技术有限公司
目录 1、引言 (1) 2、压力脉动成因及特征频率 (1) 3、压力脉动监测系统的关键技术 (2) 3.1、测点选择 (2) 3.2、传感器的选型和安装 (3) 3.3、压力脉动信号的采集、分析、处理和评价 (4) 4.TN8000压力脉动监测系统的构成 (5) 5.TN8000压力脉动监测系统功能 (6) 5.1实时监测与分析 (6) 5.2报警和预警功能 (7) 5.3故障诊断功能 (8) 5.4优化运行 (8)
压力脉动监测分析系统 1、引言 压力脉动是水轮机最普遍的不稳定因素，是导致水电机组振动的主要原因之一，流场的压力脉动周期性地作用在流道壁面上和转轮上，引起结构和部件的振动。压力脉动过大时会引起水轮机和厂房结构振动、叶片裂纹和断裂、机组运行不稳定和轴承损坏，当压力为负压时，可能造成空化和空蚀，伴随较强烈的噪音。因此对水轮机各过流段的压力脉动进行监测分析，研究其规律，可以全面掌握机组的水力特性，对指导和保护机组实际运行,开展针对性的状态检修有重要意义。 2、压力脉动成因及特征频率 水轮机水力压力脉动主要是由于通道中流动的射流、脱流、分离和涡旋等造成的，主要因素有： ●由于转轮出口水流偏离法线出口，产生正或负环量，在尾水管中形成螺旋 状涡带而引起的脉动； ●水轮机涡壳中流速不均匀而产生的交变水动力； ●水轮机转轮旋转时，叶片相对于导叶的位置不断变化，引起绕叶片的环量 周期性的变化，形成了交变水动力； ●导叶和转轮之间的水压力变化，引起作用于叶片上的交变水动力； ●尾水管中的压力脉动所引起的交变水动力； ●固定导叶、活动导叶和转轮叶片尾缘后面形成的卡门涡，也引起作用于叶 片上的交变水动力； ●水轮机密封所产生的水压脉动； 由上述水力激振力引起的压力脉动主要包括以下几种频率成分： ●水轮机导叶通过频率n w w f kZ f 式中：k 为正整数，w Z 为导叶数，n f 为转轮转频。 ● 水轮机固定导叶卡门涡频率ks f 在280Hz 以上。●水轮机活动导叶卡门涡频率kb f 在236--278Hz。
36 尾水管压力脉动浅析
尾水管压力脉动浅析 184 尾水管压力脉动浅析 (美) Falvey H T [摘要] 尾水管是水轮机的组成部分，它的性能会影响机组的效率。混流式水轮机尾水管中的不稳定流动，即所谓的压力脉动，会引起功率的摆动和振动。了解这种脉动有助于对其进行有效地预防。 [关键词] 混流式水轮机；尾水管；压力脉动 混流式水轮机过流部分由蜗壳、固定导叶、导叶、转轮和尾水管组成。图l为这些部件的组合图。蜗壳、固定导叶和导叶引导水流以最小的能量损失进入转轮。导叶控制通过水轮机的流量。尾水管呈扩散形，用来增加水轮机的净水头，从而获得更多的能量。 图l 由蜗壳、固定导叶、导叶、转轮和尾水管组成的混流式水轮机装置(尾水管的性能会影响机组的综合效率) 水轮机的功率等于转轮转换的动量矩。在最高效率点，离开转轮的动量矩理论上应等于零，即水流流出转轮进入尾水管时是无旋的。但实际上，在最高效率点，水流具有小的环量，然而这种小的环量引起的转轮效率损失比由尾水管效率增加的补偿要大。部分负荷时，进入尾水管的水流和转轮的旋转方向相同；过负荷时，水流的旋转方向则和转轮相反。如果进入尾水管的环量过大，就会发展成不稳定的尾水管压力脉动。 尾水管压力脉动在部分负荷和过负荷工况都能发生，它会引起压力脉动，从而导致功率摆动、噪声、压力钢管共振和振动。文中，作者试图提供一篇有关尾水管压力脉动的近代情况综述。 1969年前，对尾水管压力脉动仅知道两点：第一，压力脉动是由尾水管中螺旋形涡带引起的；第二，压力脉动预期的频率和有关现象可以用一个公式来计算。这个公式是由AC(Allis-Chalmers)公司的试验工程师Rheingans W I提出的。 c n f (1) 式中f——压力脉动的频率，Hz； n——水轮机转速，r/s； c——3．2～4.0之间的某一数值。 1969年，密苏里-哥伦比亚大学教授Cassidy J J，从事一项丹佛垦务局的福特基金项目，旨在加深对尾水管压力脉动的认识。他将尾水管压力脉动现象、频率和振幅与水轮机流量和几何形状参数联系起来，试验是利用空气作为介质进行的。利用空气作介质，在变工况时，不会因出现空化对试验结果产生附加影响。 研究发现，一根直管内的纯轴向水流是十分稳定的。但旋转水流会使靠近管壁的流速增加，中心的轴向流速减小。随着旋转的增加，流线的径向图象会产生变形。图2为尾水管压力脉动的流态发展情况。 在尾水管压力脉动变化发展中，尾水管中心线处首先产生一驻点，水流从上游和下游流向这个驻点。驻点的进一步发展通常称为涡带溃裂(V ortex Breakdown)。随着旋转的进一步增加，驻点逆流向尾水管进口运动。在喉管内，水流变成螺旋状，旋
1000MW混流式水轮机压力脉动分析
1000MW混流式水轮机压力脉动分析 随着能源工业的发展,随着工艺技术的日趋成熟,中国水电工业已进入电网峰值高、机组装机容量大、集成网络化管理的蓬勃发展时期。目前在建的白鹤滩电站建成后,单机容量将超过百万千瓦,总装机容量将位列三峡电站之后,成为国内第二大水电站。 受运行条件的限制及电网实际需求的不同,混流式水轮机经常要在偏离设计工况下运行,由此引起的运行不稳定问题一直是行业研究的重点课题。作为考核水轮机稳定性的重要衡量标准,压力脉动性能也就成为研究的重点。 本课题正是基于白鹤滩电站的模型混流式水轮机,利用数值模拟的手段,对不同单位转速,不同开度的工况进行非定常数值模拟,详细分析内部流动机理,得到压力脉动的特性及其在全流道内的传播规律,并得到转速及开度的变化对压力脉动的具体影响,主要研究内容如下:（1）在同一开度（a0=8.47mm）不同单位转速下,针对不同工况点进行非定常计算,找出各流域内压力脉动的主频、次频、二次频等,对各频率相关性进行分析,研究各流域内压力脉动特性及沿流向的传播规律,并对比各工况得出转轮转速对压力脉动幅值及频率的影响规律;（2）在同一单位转速(n11=5 8.8 r/min)下,改变活动导叶开度,针对不同工况点进行非定常数值模拟,得出各流域压力脉动特性,并得到压力脉动沿全流道进行传播的变化规律,探究导叶开度对压力脉动峰值及主要频率的影响规律,结合计算得到的速度场、压力场及涡量场,分析各流域内的压力脉动源的产生机理。（3）在变流量工况下,得到各流域内压力脉动连续变化趋势,结合所得到流场分析该工况下的流动状态,并与定流量工况进行比较,分析压力脉动特性的异同。
尾水管的作用
一、尾水管的作用 尾水管是反击式水轮机所特有部件，冲击式水轮机无尾水管。尾水管的性能直接影响到水轮机的效率和稳定性，一般水轮机中均选用经过试验和实践证明性能良好的尾水管。 反击式水轮机尾水管作用如下： 1．将转轮出口处的水流引向下游； 2．利用下游水面至转轮出口处的高程差，形成转轮出口处的静力真空； 3．利用转轮出口的水流动能，将其转换成为转轮出口处的动力真空。 图5-69表示三种不同的水轮机装置情况：没有尾水管；具有圆柱形尾水管；具有扩散形尾水管。图5-69在三种情况下，转轮所能利用的水流能量均可用下式表示 ) 2()(2 2221g V g P g P H E E E a d +-+=-=?ρρ （5-38） 式中E ?——转轮前后单位水流的能量差； d H ——转轮进口处的静水头； a P ——大气压力； 2P ——转轮出口处压力； 2V ——转轮出口处水流速度。
在三种情况下，由于转轮出口处的压力2P 及2V 不同，从而引起使转轮前后能量差的变化。 图 5-69 尾水管的作用 1．没有尾水管时如图5-69)(a 。转轮出口g P g P a ρρ=2 代入式（5-38）得 g V H E d 22 2- ='? （5-39） 式（5-39）说明，当没有尾水管时，转轮只利用了电站总水头中的d H 部分， 转轮后至下游水面高差s H 没有利用，同时损失掉转轮出口水流的全部功能g V 22 2。 2．具有圆柱形尾水管时如图5-69)(b 。为了求得转轮出口处的压力g P ρ2 ，列出转轮出口断面2及尾水管出口断面5的伯努利方程 ω ρρh g V h g P g V g P H h a s ++???? ??+=+++2222222 (5-40) 式中ωh ——尾水管内的水头损失。
脉 动 压 力 测 试 系 统
脉动压力测试系统 成都泰斯特所做的脉动压力测试系统主要由四部分组成：传感器、信号调理器、数据采集器、应用软件。数据采集器型号为TST6300，应用软件安装在上位机，通过以太网进行数据交换：Puls 1.0压力脉动监测、DAP6.0多功能通用测试软件 根据我们为高校实验室和科研单位组建系统经验和广东水利科学研究院的需要，推荐以下硬件方案供选择。 压阻传感器 TST63000动态数据采集系统 上位机（带网络接口的计算机） TST6300将传感器供电、信号放大、采集等功能全集成于一体，接上传感器即可测试。TST6300有一个嵌入式CPU，通过TCP/IP协议与主控机行通讯，一台主控机可同时控制16个采集设备。 下面分别是各部分主要技术指标： 一、压阻传感器 根据实验室需要配置不同量程的水工专用传感器： 量程：1Kpa、5Kpa 10Kpa 50Kpa 过载：200% 二、TST6300动态数据采集系统 TST6300动态数据采集系统每台8/16个并行采集通道，每通道最高200K，集信号放大、滤波、传感器供电、数据采集、数据存储为一体，参数程控设置，直接接收毫伏级信号。数据通过RJ45以太网口或USB接口与上位机进行通讯，TST6300与应变式/压阻式传感器连接，通过上位机安装的DAP6.X系统程序，组成动态测试系统，方便地完成速度、加速度、位移、力、压力等物理量的信号采集。系统小巧、结构紧凑、连接简便，为现场测试和实验室测试人员提供了高性能的测试解决方案。
产品特点： 1. 适用范围广：每通道最高达到200K的采样率(向下可调)，可满足机械振动、机构响应、脉动等较低频率的速度、加速度、位移、压力等进行连续实时监测。 2. 扩展方便：每台采集器有8/16个并行通道，一台上位机可同时控制16台并行采集器，即单台计算机就可同时控制256个通道。既可单机使用，又可多机组成基于局域网的多通道测试系统。 3. 系统稳定可靠：TST6300的系统软件DAP6.0是我公司自行配套设计的，运行稳定、可靠。全中文操作平台操作简单。数据格式开发，支持用户专用程序开发。支持EXCEL、Matlab、Word数据格式调用。 技术指标: 1、通道数：并行16CH/台 2、输入量程：±5mV~±5V，多档可调 3、输入方式：差分/单端（±5V） 4、采样率：200K sps/CH，向下多档可调 3、存储深度：128K样点/CH（瞬态模式），海量（监测模式） 4、工作模式：瞬态在线、瞬态离线、在线连续 5、触发方式：内触发、外触发、手动触发 6、AD精度：16bit 7、带宽(-3dB)：0~100KHz 8、综合误差：±0.3% F2S 9、适用电桥电阻：60Ω～5kΩ 10、供桥电压：2V，4V，6V，10V（电流50mA） 11、平衡方式：自动平衡 12、低通滤波器（－3dB）：1k Hz ~100k Hz，多档程控可调 14、工作温度：-10°C ~ +50°C 15、电源：220V/50Hz 16、通讯接口：RJ45 三、软件部分： 运行平台：winxp/win98 1、脉动压力监测 Puls1.0脉动监测软件对低速动态信号进行连续不间断采集功能，同时进行FFT计算，可长时间的监测并存储数据。检测后可同时调出两组数据进行分析或相关计算。 频域窗 时 域 窗 1、通讯功能：设定需要使用的采集器个数并与上位机相连。
煤矿井下水力压裂技术的发展现状与前景
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/137991545.html, 煤矿井下水力压裂技术的发展现状与前景 作者：郭晨 来源：《科学与财富》2016年第07期 摘要：我国煤炭安全生产形势依然严峻，增加煤层透气性、进行有效瓦斯抽放迫在眉 睫。水力压裂技术是目前增加煤层透气性最有效的方法之一，文章从水力压裂机理、封孔技术、工艺设备发展三方面，综述了我国井下煤层水力压裂技术的发展和应用前景。 关键词：水力压裂；煤层；增透；发展现状 基金项目：重庆科技学院研究生科技创新计划项目，编号：YKJCX2014047 目前我国煤炭行业的安全形势依然严峻，由于煤层透气性低、瓦斯难以有效抽放导致的瓦斯突出、爆炸等事故屡见不鲜，造成了巨大的人员伤亡和经济损失，因此，加强瓦斯抽放、增加煤层透气性势在必行。水力压裂技术已成为增加煤层透气性最有效方法之一，本文通过介绍水力压裂机理、封孔技术及工艺设备的研究现状，指出水力压裂技术研究的必要性与可行性，以期为工程应用提供参考。 1.水力压裂机理研究 水力压裂技术1947年始于美国，起初主要用于低渗透油、气田的开发中，在地面水力压裂方面的研究仅仅局限在石油、油气藏以及地热资源的地面钻井开采过程中[1]。前苏联科学 家在20世纪60年代开始在卡拉甘达和顿巴斯矿区进行井下水力压裂的试验研究[2]。目前针对井下煤层水力压裂增透技术的研究已取得了明显发展，国内学者郭启文、张文勇等经过试验与现场应用研究了煤层的压裂分解机理，指出水力压裂技术只能够在煤层内产生很少的裂缝，并会在裂缝周围产生应力集中区[3]，存在一定局限性。李安启等将理论与实践相结合，研究了 煤层性质对水力裂缝的影响，还在煤层压裂裂缝监测基础上提出了煤层水力裂缝的几何模型。 在水力压裂机理方面的研究，国内外学者对水力压裂在油气系统地面钻井压裂、煤炭行业井下增加煤层透气性方面都进行了较为深入的研究，但其压裂机理方面仍存在一定分歧，不能很好的控制水力压裂的效果。随着我国煤炭安全生产逐步发展和穿煤隧道等工程的逐步建设，水力压裂技术将大范围推广应用，因此加强水力压裂技术理论研究势在必行。 2.压裂钻孔封孔技术研究 煤层水力压裂钻孔封孔是有效实施水力压裂技术的关键，而封孔质量的好坏取决于两个主要因素：①封孔材料，需要选择性能良好、价格适中、易于操作的材料；②封孔的长度，封孔长度太短会导致高压水的渗漏，太长会造成人力、材料、时间的浪费。因此，要使水力压裂技术能够有效开展，必须在选取“物美价廉”的封孔材料的同时，研究材料承载能力与封孔长度之
(完整版)水轮机振动的原因是什么
水轮机振动的原因是什么？消除振动的主要措施有那些？ 答：水轮机运行中出现振动是常见的现象，但不允许超过下表规定值： 立式水轮机各部位允许振动值： 序号额定转速（r/min） 测量部位100及以下100-250 250-325 325--750 振动标准值（mm） 1、带推力轴承支架的 水平及垂直振动0.14 0.12 0.10 0.08 2、带导轴承支架的 振动水平0.14 0.12 0.10 0.08 3、定子铁芯部分外壳 水平振动0.14 0.12 0.10 0.08 水轮机振动是由机械和水力两方面的因素引起的。 （1）机械方面的因素有： 1）由于主轴弯曲或挠曲、推力轴承调整不良、轴承间隙过大、主轴法兰连接不紧和机组中心不准引起空载低转速时的振动。 2）因转轮等旋转件与静止件相碰引起振动激烈并伴有音响。 3）转动部分重量不平衡引起的，随速度上升振动增大而与负荷无关，这是常见的，特别是焊补转轮或更换桨叶后更容易发生，这类振动的特点是振动频率也水轮机转频一致，发电机上、下机架及导轴承横向振动的振幅与转速的平方成正比。 对机械原因引起的的振动，只要查清振动原因，采取相应的措施，如通过动平衡，调整轴线或调整轴瓦间隙等，就能消除。 （2）水力方面的因素有： 1）尾水管中水流涡带所引起的压力水脉动诱发的水轮机振动。混流式水轮机在偏离最优工况运行时，尾水管中将出现涡带，由此引起水轮机振动，并伴有响声，常发生在30%--60%额定负荷范围内。强烈的涡带可能引起厂房振动；若由涡带引起的尾水管中的低频压力脉动频率与引水管固有频率接近，则可能引起引水管强烈振动；如果压力脉动频率和水轮机的转频接近，则可能引起功率摆动，如狮子滩等电站军存在涡带引起的振动，常在转轮出口附近的尾水管上部装十字架补气装置，或轴心补气，还有采取加长泄水锥或加同轴扩散形内层水管段；近年来，一些大中型电站在尾水管入口处加装导流瓦和导流翼板等都可使涡带引起的振动减轻或消失。 2）卡门涡列引起的振动。当水流流经非流线型障碍物时，在其后面尾流中分
尾水管压力脉动与简单设计
尾水管压力脉动概述与常规设计 1 前言 目前，大型水轮机的稳定性已经成为日益关注的话题。水轮机运行的稳定性，一直是困扰水电厂电力生产的难点，直接影响到水电厂能否稳定乃至安全生产，关系到国民经济的发展。随着水轮机单机容量的提高，机组尺寸的增加，相对刚度的减弱，有些电站机组出现不同程度的振动，如国外的大古力、塔贝拉和古里电站，国内的岩滩和五强溪等电站，导致转轮叶片裂纹，尾水管壁撕裂，有的甚至引起厂房或相邻水工建筑物发生共振，危及电站安全运行，稳定性问题日益突出。 大量的文献研究表明，水力发电机组，特别是混流式或轴流式水轮机组的振动不稳定问题主要是由于尾水管压力脉动造成的。而尾水压力脉动，除造成机组振动等危害外，还是机组出力摆动的主要根源，削弱了系统阻尼，严重时可能引发水力发电机组产生低频振荡，造成大面积停电等严重事故。水轮机稳定性包括水力稳定性和非水力稳定性，非水力稳定性主要考虑：机械原因和电磁原因；水力稳定性从四个方面考虑：尾水管涡带、压力脉动、卡门涡和叶片出口边的脱硫，其中机组振动最主要的原因之一是由于尾水管涡带。 一般来讲，尾水管压力脉动主要是由部分负荷时尾水管涡带引起的压力脉动。当导叶开度为0.4至0.7时或者最优流量在在0.3至0.8的范围内，此时涡带会经常出现。而当导叶开度为0.5至0.6时，处在低负荷载载区，此时产生的压力脉动最为严重。强烈的旋转压力脉动是当机组实际运行负荷为机组满负荷的1/3至1/5时，由涡带的旋转导致产生。当机组部分负荷时，除了尾水管有旋转压力脉动外，有时还可以观察到同步压力波动，如果此时的尾水管涡带的扰动频率与水路系统的特征频率相符合，那么就会引起严重的压力峰值群，这将强烈导致机组振动，转轮叶片呈现裂纹，大轴松动，有时还可触发压力钢管破裂。目前国内外，尾水管压力脉动，在混流式水轮机或轴流定浆式水轮机两种水轮机中存在普遍的现象，并且大多对机组的稳定性构成了不可评估的危害。 尾水管涡带主要指定桨式水轮机在部分负荷和超负荷的工况下尾水管中出现的一种极不稳定的水流，它所产生的压力脉动是造成这类机组振动和出力摆动的最主要的原因。由于尾水管直接安装在水轮机的下部分，特别是混流式水轮机转轮出口的水流总是存在多余旋转分量，所以尾水管的进口具有一定的环量，且是三维紊流，甚至有时是气液两相流流动。尾水管靠其复杂的几何形状和不稳定的水流流动因素，使当今的学者至今无法对其进行较为精确的数学描述，对尾水管涡带的发生、发展及作用机理还有探索的空间。 对混流式水轮机尾水管内部水流流动的探索比较复杂，当机组在部分负荷工况情况下，此时内部会产生死水域或者偏心涡带的影响，严重干扰机组的正常运行。更为严重的是当偏心涡带的转动频率接近机组的某一个固有频率时，将引起强烈共振。由涡带引起的压力脉动造成的危害很严重，有时会强烈干预机组的正常运行，并大大减少机组的维修周期及使用寿命。从振源上分析探索，绝大多数问题主要发生在：转轮和主轴系统上。加剧振动的主要原因来自水压脉动和旋转体的不平衡。实际上水轮机在运行工作中，水流所引起的压力脉动大多数能在尾水管内体现来，且水力机组振动的主要原因就是水流。所以，研究尾水管内
飞机液压系统压力脉动测试方法研究
飞机液压系统压力脉动测试方法研究 发表时间：2019-05-09T09:20:19.240Z 来源：《防护工程》2019年第1期作者：崔承威 [导读] 对于飞机液压系统压力脉动测试。通过该论证方法，能够有效的完成数据采集、分析工作。为飞机的可靠性分析工作奠定基础。沈阳飞机工业（集团）有限公司辽宁沈阳 110034 摘要:通过对某型飞机液压系统布置、工作方式与外部环境的分析。总结出压力脉动测试试验方法。探为飞机液压系统压力脉动测试工作提供解决方案。对飞机液压系统压力脉动值过大给出初步的解决方案 关键词：压力脉动测试压力传感器动态标定数据记录 引言 作为飞机液压系统的可靠性测试工作之一，飞机发动机地面开车液压系统压力脉动测试，要求测定发动机地面开车状态下液压泵出口压力脉动值。评定测出的压力脉动值是否符合现行有关标准，以保证飞机液压系统可靠、安全工作。 1.试验设计 本试验的本质是对飞机液压泵出口压力的周期性变化进行测试，在液压泵输出压力单周期内的压力变化量值。通过搭建压力传感器、放大器、记录仪组成的测试系统完成试验。试验测试系统示意图如图1所示。 图1 试验测试系统示意图。 2.压力传感器 2.1压力传感器类型的选择 压力传感器作为压力脉动测试的重要组成部分，将泵出口压力转换为模拟信号，传统的压力传感器可以选择半导体压电阻型传感器和静电电容型传感器。两种传感器的特点为： 半导体压电阻型传感器是在薄片表面形成半导体变形压力，通过外力使薄片产生压电阻抗效果，从而以电压形式输出变化的压力信号。 静电电容型传感器是将玻璃的固定极和硅的可动极相相对而形成电容。同样以电压形式输入变化的压力信号。 试验进行过程中，因现场噪声高，电磁环境复杂，静电电容型传感器因工作原理的特性，极易发生严重的零点漂移现象。无法保证测试精度与准确性。而半导体压电型传感器抗干扰能力明显优于静电电容型传感器，可满足试验要求。 2.2传感器的标定 因为压力脉动测试所测压力信号为动态信号，需对传感器进行动态标定，以某型飞机为例，飞机使用的液压泵为9柱塞式柱塞泵，液压系统最大驱动转速为4400r/s，液压泵输出压力频率计算公式为： 表1 发动机开车状态对应频率表 对应的，需要对传感器进行上述频率的动态灵敏度标定，以满足试验需要。 3.数据记录要求。 根据计算，液压泵出口压力最大频率为660Hz，单个周期采样次数与精度成正比。采样频率越高，试验采集压力波形越趋近于真值。因此，选择的采样速率需在660Hz频率的30倍以上。大于20kS/s/ch的采集速率，可以达到对测试压力信号单个周期超过30次以上的数据采样。保证对试验结果的精度要求。 4.测试系统的最终组成。 试验中选择半导体压电阻型传感器作为测试传感器。该类型传感器在灵敏度、频率响应特性、线性范围、稳定性、精度方面，均满足
《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
68 CHINA ELECTRICAL EQUIPMENT INDUSTRY 2019.05.DQGY STANDARDIZED SYNTHESIS ‖标准化综合 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）、巴西（3.4G W ）、印度（1.9G W ）、葡萄牙（1.1G W ）和安哥拉（1.0GW）。目前，全球总装机容量已达1267千兆瓦，清洁电力约为4185太瓦时（tWh），占可再生能源发电量的三分之二。目前全球有100多个抽水蓄能水电项目正在建设中，总容量约为75GW。到2030年，这些项目将使现有全球存储容量增加50%，达到近225GW。根据能量转换的特征，水轮机分为反击式和冲击式两种。反击式水轮机的水流体动能和势能发生变化，而冲击式水轮机仅利用水流的动能发生变化。在水电站中，反击式水轮机中的混流式水轮机由于适应水头和流量范围广、结构简单、运行稳定、效率高等特点，在建设水电站已经使用的水轮机中占有比重很大。当水流经过这种水轮机工作轮时，它以辐向 《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 每年出口产品在5亿美元左右。作为世界上水力发电的大国，中国在混流式水轮机从模型机到原型机的压力脉动换算方面有丰富的经验和先进的技术。同时，由于大型水电站的建立，中国掌握着很多其他国家所无法得到的试验数据。二、国际标准项目研究基础分析 IEC/TC4（水轮机委员会）是国际电工委员会（IEC）所属委员会，创建于1913 年，是IEC 第一批成立的4个委员会之一。IEC/TC4主要任务是负责编制、定期审查和更新国际标准和技术报告，标准和技术报告内容包括水轮机、蓄能泵和水泵水轮机以及与水力发电相关设备的设计、制造和修复、调试、安装、测试、操作和维护等。目前IEC/TC4已制定了29个国际标准，有13个不同的工作组和维护团队正在积极制定新标准和维护现有标准，有35个国家作为成员参加其中。在2018年9月的第四次全体会议上，共有178名注册专家确认对28项已经发布或正在研究的主要标准和指南（有些还提供多种语言版本）负责。TC4就振动、大流量测量、监测和控制以及海洋能源、智能水力和监测与其他可再生能源集团的活动与其他IEC技术委员会、ISO（国际标准化组织）、ASME（美国机械工程师学会）和IEEE（电气和电子工程师协会）保持联系。TC4已经制定的与混流式水轮机压力脉动换算相关国际标准主要为IEC 60994:1999《水力机械（水轮机、蓄能泵和水泵水轮机）振动和脉动现场测量导则》、IEC 60193:1999《水轮机、蓄水泵、水泵 模型验收试验》，尚未制定关于从模型向原型的压力脉动换算方法标准。中国在TC4中各工作组的活跃表现已经得到公认，特别是中国通过大型水利工程获得的经验和技术受到世界各国的重视。在2012年TC4年会上，鉴于中国水电发展技术水平，主席和秘书长提出希望中 进入、轴向流出，单机出力从几十千瓦到几十万千瓦。目前这种水轮机最大出力已经超过70万kW。据初步统计，中国已运行的单机容量200MW以上的大中型混流式水轮机有400多台，均为混流式水轮机。我国著名的水电站，比如刘家峡、二滩、三峡、向家坝、白鹤滩等都使用了混流式水轮机。 在混流式水轮机的研发过程中，混流式水电机组的稳定性问题，特别是混流式水轮机的压力脉动问题始终是机组选型的重要指标。通过对国家能源体系中占有重要的地位的三峡、溪洛渡、向家坝等大型、巨型混流式水电机组论证、研发、运行，对白鹤滩、乌东德等1000MW级巨型混流式水电机组的论证、研发等实践可以得出结论，在某些情况下，混流式水轮机的压力脉动引起的机组不稳定可能成为影响机组稳定安全运行乃至电网安全的大问题。 针对某些大型、巨型电站水轮机的压力脉动过大而引起的稳定性相关的问题，直接在原型机上采取相应补救措施往往费时费力且经常效果不明显。针对上述情况，业内通行的做法是首先通过在按比例缩小的水轮机模型上进行试验，通过对水轮机模型的试验结果来预测和检验原型机的压力脉动情况。由于混流式水轮机压力脉动影响因素很多，目前还没有一种有效的方法能够准确地将混流式水轮机模型的压力脉动试验结果换算到原型机上。德国、法国、意大利、澳大利亚、加拿大、美国等世界各个国家都在攻克该技术难题，同时各国都对本国的试验成果和数据进行保密。中国经过近十几年的技术引进、消化吸收和再创新，特别是通过大量水电站建设的技术实践，使我国的水电设备开发及制造技术日臻完善，达到了国际先进水平，且具有了一定的国际影响力。水电产品作为我国重要的发电设备，仅哈尔滨电气集团有限公司和东方电气集团有限公司两家的年产值就在70亿元的水平， ／中国电器工业协会 徐元凤／
水轮机课程设计
目录 第一章基本资料 (1) 第二章机组台数与单机容量的选择 (2) 第三章水轮机主要参数的选择与计算 (5) 第四章水轮机运转特性曲线的绘制 (10) 第五章蜗壳设计 (13) 第六章尾水管设计 (17) 第七章心得体会 (20) 参考文献 (20) 第一章基本资料 基本设计资料 黄河B水电站是紧接L水电站尾水的黄河上游的一个梯级水电站。水库正常蓄水位2452 m，电站总装机容量4200 MW，额定水头205 m。 经水能分析，该电站有关动能指标如表1所示： 表1 动能指标 第二章机组台数与单机容量的选择 水电站的装机容量等于机组台数和单机容量的乘积。根据已确定的装机容量，就可以拟定可能的机组台数方案，选择机组台数与单机容量时应遵循如下原则： 机组台数与工程建设费用的关系 在水电站的装机容量基本已经定下来的情况下，机组台数增多，单机容量减小。通常小机组单位千瓦耗材多、造价高，相应的主阀、调速器、附属设备及电气设备的套数增加，投资亦增加，整体设备费用高。另外，机组台数多，厂房所占的平面尺寸也会增大。一般情况下，台数多对成本和投资不利。因此，较少的机组台数有利于降低工程建设费用
机组台数与设备制造、运输、安装以及枢纽安装布置的关系 单机容量大，可能会在制造、安装和运输方面增加一定的难度。然而，有些大型或特大型水电站，由于受枢纽平面尺寸的限制，总希望单机容量制造得大些。 机组台数对水电站运行效率的影响 水轮机在额定出力或者接近额定出力时，运行效率较高。机组台数不同，水电站平均效率也不同。机组台数较少，平均效率越低。机组台数多，可以灵活改变机组运行方式，调整机组负荷，避开低效率区运行，以是电站保持较高的平均效率。但机组台数多到一定程度，再增加台数对水电站运行效率增加的效果就不显着。当水电站在电力系统中担任基荷工作时，引用流量较固定，选择机组台数较少，可使水轮机在较长时间内以最大工况运行，使水电站保持较高的平均效率。当水电站担任系统尖峰负荷并且程度调频任务时，由于负荷经常变动，而且幅度较大，为使每台机组都可以在高效率区工作，则需要更多的机组台数。 另外，机组类型不同，高效率范围大小也不同，台数对电厂平均效率的影响就不同。对于高效率工作区较窄的，机组台数应适当多一些。轴流转浆式水轮机，由于单机的效率曲线平缓且高效区宽，台数多少对电厂的平均效率影响不明显；而混流式、轴流定浆式水轮机其效率曲线较陡，当出力变化时，效率变化较剧烈，适当增加台数可明显改善电厂运行的平均效率。 机组台数与水电站运行维护的关系 机组台数多，单机容量小，水电站运行方式较灵活机动，机组发生事故停机产生的影响小，单机轮换检修易于安排，难度也小。但台数多，机组开、停机操作频繁，操作运行次数随之增多，发生事故的几率也随之增高，对全厂检修很麻烦。同时，管理人员多，维护耗材多，运行费用也相应提高。故不能用过多的机组台数。 机组台数与其他因素的关系 对于区域电网的单机：装机容量较小≯15%系统最大负荷（不为主导电站）；装机容量较大≯10%系统容量(系统事故备用容量)，因而，单机容量与台数选取不受限制。 根据设计规范要求，机组单机容量应以水轮机单机运行时其出力在机组的稳定运行区域范围内确定为原则。不同型式的水轮机的稳定运行负荷区域如表1。 表2 不同型式的水轮机的稳定运行负荷区域
泵源液压系统压力脉动抑制方法研究
泵源液压系统压力脉动抑制方法研究* 何志勇1，2何清华2李自光1 1长沙理工大学汽车与机械工程学院长沙4100762中南大学机电工程学院长沙410083 摘要：介绍了泵源液压系统振动与噪声产生的原因，分析了液压系统振动与噪声的危害。设计制造了一种基于流体—结构耦合振动的结构共振式液压脉动滤波器，在转运车泵源液压系统压力脉动测试试验平台上进行了2组试验。测试了泵源液压系统实际工况的压力脉动和安装滤波器后系统的压力脉动情况，得出2种试验条件下的液压脉动波动幅度和脉动率。验证了结构共振式液压脉动滤波器的使用效能和不足，为液压系统振动控制提供了新的技术手段。 关键词：泵源回路；压力脉动；耦合振动；滤波器；试验研究 中图分类号：TH137文献标识码：A文章编号：1001－0785（2010）10－0024－03 Abstract：This paper introduces the causes for the generation of the hydraulic pump system's vibration and noise，and analyzes the hazard of the hydraulic pump system's vibration and noise.Wherein，a kind of structure resonant hydraulic pul-sation wave filter based on fluid-structure coupling vibration is designed and manufactured，and two sets of experiment are performed on the platform for testing the pressure pulsation of the hydraulic pump system of material transfer vehicle.The ex-periment tests the pressure pulsation under the actual working conditions of the hydraulic pump system，and the pressure pulsation conditions after installation of the wave filter，thus to conclude the hydraulic pulsation fluctuation range and pul-sation rate respectively under two testing conditions.The effective utilization and weakness of the structure resonant hydrau-lic pulsation wave filter are then verified，to provide new technical measures for vibration control of the hydraulic system. Keywords：hydraulic pump circuit；pressure pulsation；coupling vibration；wave filter；experimental study 液压系统的振动与噪声主要来自于液压泵源，液压泵的内部结构特性决定了输出的流量不是恒定而是变化的，泵的输出流量遇到系统负载阻抗后形成系统压力，从而使输出流量和压力产生周期性［1］，引起振动与噪声。除利用振动原理进行工作的液压设备外，液压系统振动与噪声通常是非常有害的。机械振动与噪声可以采用目前比较成熟的措施予以消减和隔离。而流体压力脉动引发的振动和噪声沿管路传播，直接导致管道的应力脉动和机械振动，影响系统工作可靠性。抑制流量和压力脉动的技术包括脉动源、传递特性和响应特性的研究和改善等内容［2，3］，可以从2个方面来考虑：（1）从改进液压泵本身结构的角度出发，尽量降低其输出流量的脉动［4，5］；（2）从负载系统的角度出发，对泵输出的压力脉动进行衰减和滤波，减小系统的动态输入阻抗［6，7］。本文采用一种结构共振式［8］滤波器对液压系统压力脉动进行抑制，取得一定的效果。1压力脉动滤波器结构及工作原理 滤波器结构如图1所示，包括管接头、滤波器壳体、上下隔板、固定板、弹性振动体。其中具有一定质量的弹性振动体通过柔性连接装配在上下隔板的孔中，中间钻有阻尼孔，因此每个弹性振动体构成“质量+弹簧+阻尼”集中参数振动系统 。 图1压力脉动滤波器结构原理图 1.管接头 2.滤波器壳体 3.上下隔板 4.固定板 5.弹性振动体 工作时，当具有一定脉动频率ω0的液压油经 *国家自然科学基金项目（50875028）、湖南省自然科学基金重点项目（09JJ3087）、湖南省科技计划项目（2009GK3126）、湖南省教育厅项目（05C242）、湖南省重点学科建设项目、湖南省科技计划项目（2010FJ3003）
脉动水力压裂项目阶段总结(新)
高压脉动注水及水力压裂防治煤与瓦斯 突出技术 项目阶段总结 通化矿业集团松树镇煤矿 中国矿业大学 2012年9月
目录 1 工作面概况 (1) 2 脉动水力压裂卸压增透技术原理 (1) 2.1煤体的疲劳损伤 (1) 2.2高压脉动水的“水楔”作用 (2) 2.3脉动水压力的传播 (3) 2.4脉动水力压裂卸压增透过程分析 (5) 3 脉动水力压裂设备及操作安全措施 (5) 3.1密封设备 (5) 3.2压裂系统 (6) 3.3脉动压裂考察设备 (7) 3.4安全措施 (7) 4 脉动水力压裂施工方案设计 (9) 4.1钻孔参数 (9) 4.2钻孔密封 (11) 5 脉动水力压裂现场实施 (14) 6 脉动水力压裂效果考察 (15) 6.1脉动水的分布 (15) 6.2脉动水力压裂效果 (16) 7 主要结论及下一步工作计划 (19) 7.1结论 (19) 7.2下一步工作计划 (20)
1工作面概况 该工作面为三水平+206西一采区，地面标高为+840~+850，井下标高为+280~+180，煤层厚度（最大-最小）为3.34~2.8/3.0，煤层倾角较大，煤层倾角（最大-最小）为11°~9°。地质构造复杂，火成岩侵入严重，绝对瓦斯涌出量为0.80 m3/min，自然发火期为10个月。煤尘爆炸指数为37.50﹪。煤层顶板基本顶厚度8.8m，为中-粗粒砂岩，直接顶厚度为1.0m，黑色细砂岩，煤层底板基本底厚度0.7m，黑灰色细砂岩。 该工作面地质构造为向斜的南翼深部，呈单斜构造，地层走向最大130°最小118°，平均地层走向125°。地层倾角最大11°，最小9°，平均地层倾角10°。由于该区域内没有巷道控制，所有资料都借鉴地质报告，在采区内有r1、r2、r3断层，r1正断层倾向330°、走向63°、倾角68°、落差8.0～13.0米，对巷道掘进没有影响。r2正断层倾向148°、走向59°、倾角65°、落差8.0～3.0米，对巷道掘进有影响。r3正断层倾向360°、走向90°、倾角64°、落差13.0米，对巷道掘进没有影响。 该采区Ⅰ层煤呈条带状，黑色油脂光泽。为石炭二迭系山西组含煤系，煤层最大厚度为3.34米，最小厚度为2.8米，平均厚度为3.0米；Ⅱ层煤呈粉末状，黑色油脂光泽。为石炭二迭系山西组含煤系，煤层最大厚度为3.1米，最小厚度为2.8米，平均厚度为2.95米；Ⅱ层煤顶板即一层煤底板为灰黑色细砂岩，含植物根茎化石，平均厚度为0.7米。Ⅰ层煤直接顶为灰黑色细砂岩，平均厚度为1米，老顶为灰白色石英质中粒砂岩，平均厚度为8.8米。 2脉动水力压裂卸压增透技术原理 2.1煤体的疲劳损伤 疲劳特性是材料的动力性能之一，在重复、循环或交变荷载作用下，任何材料都会出现疲劳损伤。研究表明，煤岩在循环荷载作用下会发生疲劳损伤，其强度和变形规律与静态荷载作用下有显著不同，煤岩是否发生疲劳破坏和应力门槛值有关，单轴循环荷载作用下煤样疲劳破坏“门槛值”不超过单轴抗压强度的81%，且在疲劳破坏“门槛值”以下进行循环加载、卸载时，也会产生一定程度的疲劳损伤。
混流式水轮机尾水管压力脉动研究综述
收稿日期：２００６－０９－１５ 基金项目：武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室开放基金（２００４Ｂ０１１） 作者简介：郑源（１９６４—），男，山东日照人，教授，博士生导师，主要从事流体机械和水利水电工程研究． 水力发电所关心的三大问题是效率、稳定性和空化。而目前，水轮机的效率已经达到９０％以上，抗空蚀的性能也得到了很大的提高。但是，随着水轮机水头和容量的增加，其运行的不稳定性也逐渐显现出来，严重的机组振动不仅影响了电站正常的生产，甚至对厂房的安全构成了威胁，因此越来越受到人们的关注。而解决水力机组稳定性问题的关键就是要把目光放在产生振动的主要原因———尾水管压力脉动上。 １主要的研究方法 尾水管压力脉动的研究，主要有４种方法：理论分析；模 型实验；数值模拟；真机试验。 理论分析是基于流体力学的基本方程式和丰富的实验数据以及数学推导，运用逻辑判断分析脉动产生的原因和解决方法；模型实验是通过水轮机模型 和多功能实验台和各种仪器，对水轮机整个流动状态进行模型实验并结合成像系统对脉动过程中的流动进行摄像观测；数值模拟是借助计算流体力学软件对尾水管中的流动进行模拟，通过计算机的模拟结合实际观测来观察计算的奇异区域是不是也对应实际的振动区域，由此可以在设计时改进转轮和流道的设计、减小或消除振动；真机试验是通过真机上的测试，发现真机的振动特性。而减小振动的措施也要在真 文章编号：０５５９－９３４２（２００７）０２－００６６－０４ 混流式水轮机尾水管压力 脉动研究综述 郑源，汪宝罗，屈波 （河海大学水利水电工程学院，江苏南京２１００９８） 关键词：混流式水轮机；尾水管；压力脉动；涡带；综述摘 要：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。 ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＰｒｅｓｓｕｒｅＰｕｌｓｅｉｎｔｈｅＤｒａｆｔＴｕｂｅｏｆＦｒａｎｃｉｓＴｕｒｂｉｎｅ ＺｈｅｎｇＹｕａｎ，ＢａｏＬｕｏｗａｎｇ，ＱｕＢｏ （ＴｈｅｃｏｌｌｅｇｅｏｆｗａｔｅｒｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙａｎｄＨｙｄｒｏｐｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＨｏＨａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＮａｎｊｉｎｇＪｉａｎｇｓｕ２１００９８）ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ｆｒａｎｃｉｓｔｕｒｂｉｎｅ；ｄｒａｆｔｔｕｂｅ；ｐｒｅｓｓｕｒｅｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ；ｖｏｒｔｅｘ；ｓｕｍｍａｒｙ Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｐｕｌｓｅｉｎｔｈｅｄｒａｆｔｔｕｂｅｏｆＦｒａｎｃｉｓｔｕｒｂｉｎｅｂｒｉｎｇｓｏｎｔｈｅｕｎｓｔｅａｄｙｏｐｅｒａｔｉｏｎｆｏｒｈｙｄｒｏ－ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇｕｎｉｔ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅｓｅｖｅｒｅｐｒｅｓｓｕｒｅｐｕｌｓｅｗｉｌｌｔｈｒｅａｔｔｈｅｓａｆｅｔｙｏｆｐｏｗｅｒｈｏｕｓｅ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｈａｖｅｒｅｖｅａｌｅｄｔｈａｔｔｈｅｖｏｒｔｅｘｉｎｔｈｅｄｒａｆｔｔｕｂｅｉｓｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐａｌｒｅａｓｏｎｔｏｕｎｉｔｖｉｂｒａｔｉｏｎ．Ｓｏｉｔｉｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｆｏｒｓｏｌｖｉｎｇｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｐｒｅｓｓｕｒｅｐｕｌｓｅｔｏｓｔｕｄｙｔｈｉｓｖｏｒｔｅｘ．ＴｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｂａｓｉｃｍｅｔｈｏｄｓｔｏｓｔｕｄｙｄｒａｆｔｔｕｂｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｏｆＦｒａｎｃｉｓｔｕｒｂｉｎｅ，ａｎｄｓｕｍｍａｒｉｅｓｔｈｅｓｅｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｄｏｎｅａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄｆｒｏｍｆｏｕｒｗａｙｓ：１．ｔｈｅｏｒｙｓｔｕｄｙ；２．ｍｏｄｅｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ；３．ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｂｙｃｏｍｐｕｔｅｒ；４．ｐｒｏｔｏｔｙｐｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ａｎｄｅｍｐｈａｔｉｃａｌｌｙｅｘｐｏｕｎｄｓｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｔｈｅｄｒａｆｔｔｕｂｅｖｏｒｔｅｘｉｎｔｈｅｃｏｎｔｅｘｔｏｆｐａｒｔｌｏａｄ，ｆｕｌｌｌｏａｄａｎｄｏｖｅｒｌｏａｄ．Ｔｈｅｎｉｔａｌｓｏｐｏｉｎｔｓｏｕｔｔｈｅｍｅｒｉｔｓａｎｄｆａｕｌｔｓｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｂｙｃｏｍｐｕｔｅｒ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎ－ｔｒｏｄｕｃｅｓｓｏｍｅｎｅｗｗａｙｓｔｏｄｅｔｅｃｔｔｈｅｓｕｒｇｉｎｇｏｆｔｈｅｄｒａｆｔｔｕｂｅｉｎｐｒｏｔｏｔｙｐｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｉｔｐｒｅｓｅｎｔｓｓｏｍｅｍｅｔｈｏｄｓｔｏｓｏｌｖｅｓｕｃｈｐｒｏｂｌｅｍ． 中图分类号：ＴＶ１３１．３３；ＴＫ７３３．１ 文献标识码：Ａ 第３３卷第２期２００７年２月 水力发电 机电与金属结构