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。
本文的研究结果表明,压力脉动主要频率受导叶开度及转轮转速的影响,在全流道内既向上游传播又向下游传播,并沿途衰减或增加。小开度时,随转速增加,压力脉动幅值整体增加。
在小开度下,低转速及高转速时表现为尾水涡带的低频压力脉动,中转速下表现为无叶区转轮叶片通过频率。而在大开度下,压力脉动的幅值整体减小,这表明开度减小,压力脉动特性逐渐明显,脉动程度更剧烈。
在变流量下,流量的持续增加使全流道内压力脉动的振幅发生巨大改变,显著高于同开度同转速下的定流量工况。
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。
高水头混流式水轮机结构特点
高水头混流式水轮机结构特点 【摘要】高水头混流式水轮机由于其运行水头高、额定转速高和过流部件流速高等特点，要求水轮机主要部件的结构与中低水头的混流式水轮机相比有明显的区别。 【关键词】高水头；混流式水轮机；结构 1 水轮机主要部件的结构特点 1.1 转轮 转轮采用抗空蚀、抗磨蚀和具有良好焊接性能的ZG00Cr13Ni5Mo不锈钢制造，上冠、下环和叶片均采用VOD精炼整铸成型，三者焊为一体，消除残余应力后，用五轴数控机床加工，从而保证叶片型线与模型的完全相似。 为减少高水头机组顶盖的压力，转轮上冠设有泵板，充分排泄转轮上冠与顶盖间止漏环处的漏水，以减小转轮的轴向水推力。 转轮上冠为梳齿式止漏环，下环为台阶式迷宫止漏环，上下转动止漏环与上冠下环一体，与转轮相同材料。泄水锥与转轮上冠采用相同的材料，与上冠通过螺栓把合联接。 1.2 导叶 高水头混流式水轮机一般采用带翼板导叶，材料为ZG00Cr13Ni5Mo，电渣熔铸，带翼板导叶具有优良的水力性能和抗磨蚀性能，可以减少导叶端面的漏水量及减少端部的空蚀及磨损。 由于高水头水轮机水压高，顶盖变形大和泥沙的磨损作用，使导叶端面间隙扩大很快，所以在导叶上、下过流端面设有铜压环自补偿密封，这样能有效减小漏水量。 1.3 导水机构 顶盖、底环和控制环均采用钢板焊接结构，具有良好的刚度。顶盖与底环上设置螺栓把合的固定止漏环，其硬度与转轮止漏环的硬度差一般在40HB以上，这样可有效防止转轮研损。 在中低水头水轮机上，顶盖和底环抗磨板一般采用螺钉连接的结构，但在高水头水轮机上，由于搞水头的作用，螺钉连接的抗磨板容易发生局部变形，使得导叶端面间隙不易达到高水头水轮机的要求，会导致导叶端面磨损，从而增大导叶端面漏水量。所以对高水头混流式水轮机的顶盖一般采用对焊不锈钢抗磨板的
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
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。
(完整word版)水轮机结构
水轮机结构 一、简介 （一）、简介水轮机是水电厂将水轮转换为机械能的重要设备。 1、按能量方式转换的不同，它可分为反击式和冲击式两类。反击型利用水 流的压能和动能，冲击型利用水流动能。 2、反击式中又分为混流、轴流、斜流和贯流四种； 3、冲击式中又分为水斗、斜击和双击式三种。 1）、混流式：水流从四周沿径向进入转轮，近似轴向流出应用水头范围：30m~700m 特点：结构简单、运行稳定且效率高 2）、轴流式水流在导叶与转轮之间由径向运动转变为轴向流动应用水头：3~80m 特点：适用于中低水头，大流量水电站分类：轴流定桨、轴流转桨 3）、冲击式 转轮始终处于大气中，来自压力钢管的高压水流在进入水轮机之前已经转变为高速射流，冲击转轮叶片作功。 水头范围：300~1700m 适用于高水头，小流量机组。 （二）、水轮机主要类型归类 二、水轮机主要基本参数 1、水轮机主要基本参数
水头：Hg、H、Hmax、Hmin、Hr （设计水头） 流量：Q 转速:f=np/60 出力：N=9.81QH n（Kw） 效率：n 2、水轮机型式代号 混流式：HL 斜流式：XL 轴流转桨式：ZZ 轴流定桨式：ZD 冲击（水斗式）：CJ 双击式：SJ 斜击式：XJ 贯流转桨式：GZ 贯流定桨式：GD 对于可逆式，在其代号后增加N 3、混流式水轮机 型号：HL100—LJ—210 HL ：代表混流式水轮机 100：转轮型号（也称比转速） LJ:立式金属蜗壳 210：转轮直径（210 厘米）
4、轴流式水轮机 ZZ560—LH —1130 ZZ:轴流转桨式水轮机 560:转轮型号 LH :立式混凝土蜗壳1130:表示转轮直径为1130 厘米 5、冲击式水轮机 CJ47—W—170/2X15.0 CJ:冲击式 W :卧轴 170:转轮直径170cm 2: 2 个喷嘴 15.0:射流直径三、水轮机主要部件（一）、组成 引水部件、导水部件、工作部件、泄水部件 1、引水部件 组成:引水室（蜗壳）、座环作用：以较小的水力损失把水流均匀地、对称地引入导水部件，并在进入导叶前形成一定的环量。 2、导水部件 组成：导叶及其操作机构、顶盖、底环 作用：调节进入转轮的流量和形成转轮所需的环量 3、工作部件
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
(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
卧式混流式水轮机安装
卧式混流式水轮机安装 卧式机组安装前，除作好设备验收，清点工作外，还要根据制造厂说明书和设计图纸对预埋的引水管口、尾水管预留孔位及各基础螺栓孔位置进行测量检查，及早发现问题及时处理。 卧式混流式水轮机安装的主要项目有：埋设部分的安装，蜗壳安装，基座及轴承的安装，水轮机转动部分的安装，轴线调整等项。 一、埋设部分的安装 卧式混流式机组埋设部分包括主阀、伸缩节、进水弯管。通常把这几件组合成一体，吊装就位后进行一次性调整，以减少调整工作量。调整台格后，加以固定，浇注二期混凝土。 二、蜗壳安装 卧式混流武水轮机的蜗壳通常与座环浇铸（焊）成整体，并与导水机构组装成整体到货的。蜗壳安装仍然是将这些部件分解清扫组装成整体后进行的，这样使部件组装更为方便，更能保证装配质量。 蜗壳的吊装就位是在埋设部分的二期混凝土养生合格后进行的。为了保证连接质量，减少调整工作量，也可以与进水弯管、伸缩节、主阀连成整体一次调整，如图4 -3所示。 1．蜗壳的垂直调整 蜗壳的垂直度，直接影响到机组轴线的水平以及转轮与固定止漏环的同心性，要严格控制。调整方法有： （1）方形水平仪法：用方形水平仪直接靠在蜗壳的加工面上测量，方法比较简单，精度可达到0.02～0.04mm/m。 （2）吊线电测法：在靠近加工面2、4两点（图4-4）处悬吊一根钢琴线，用听声法测量2－2、4－4两点的距离。这种方法的精度可达到0.02rnm/m。 考虑到安装尾水管可能把蜗壳拉斜，因此，一般使蜗壳向顶盖方向倾斜0. 05 -0.1mm/m。 2．蜗壳左右偏斜调整 蜗壳左右偏斜要求精度不高，可以用水下尺测量加工面上1.3两点的水平腰即可，如图4- 4所示。如果偏斜太大，可用支承架12上的7进行调整(图4-3)。
《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／
论混流式水轮机各部件功能及其安装程序和要求
论混流式水轮机各部件功能及其安装程序和要求 导叶：由导叶体和导叶轴两部分组成。为减轻导叶重量，常做成中空导叶。导叶的断面形状为翼型。导叶轴颈通常比连接处的导叶体厚度大，在连接处采用均匀圆滑过渡形状，以避免应力集中。 导叶轴承：上、中、下轴套，高水头机组为防止导叶上浮力超过导叶自重，保证导叶上端面间隙，在导叶套筒的法兰上一般设有止推装置（止推压板或止推块）。 导叶传动机构：导叶传动机构由控制环、连杆、导叶臂三部分组成，用于传递接力器操作力矩，使导叶转动，调节水轮机流量。该机构形式有叉头式受力情况较好和耳柄式受力情况相对较差。导水叶外围，座环的蝶形边与蜗壳相连，并被蜗壳包围。导轴承位于顶盖上，控制环口通过推拉环与接力器相连。在座环下发布置有基础环，通过锥形环与尾水管相连。混流式水轮机附属装置还有布置在顶盖上的真空破坏阀、吸力补气阀和放水阀等。 水轮机的导水机构是有导叶、传动机构（转臂、连杆、控制环）、接力器、和推拉杆等组成。 水轮机的底环是由上环、下环、和固定导叶三部分组成，它既是水轮机的通水部件，机组安装时的基准部件，又是机组运行的承重部件。要求具有水力损失小，具有一定的强度和刚度。 混流式水轮机的转轮主要由上冠、叶片、下环、止漏环、泄水锥和减
压装置等组成。 水轮机的转轮包括转体、叶片、泄水锥等。 立轴混流式水轮机引水室采用金属焊接蜗壳，其进口与压力水管相连接，其余各节与座环相连。为了便与检修，在蜗壳上开有专门进人孔（蜗壳人孔门），其底部并有排水孔和阀门，以便排出蜗壳积水。 座环位于蜗壳里，布置导水机构，它是水轮机的承重部分，又是过流部件在安装时它还是一个主要基准件，因此它要符合水力，强度和刚强等诸方面的要求。 基础环埋在混凝土内，是转轮室的组成部分，早机组安装和检修拆卸转轮时，用来支撑水轮机转轮。混流式转轮上叶片（24），呈空间扭曲状，断面为流线型，是直接将谁能转换为机械能的最主要部件。止漏装置 止漏装置的作用是用来减小转动部分与固定部分之间的漏水损失。止漏装置分为固定部分和转动部分，为防止水流向上和向下漏出，水轮机上一般装有上、下两道止漏环。上止漏环固定部分装在顶盖上，其转动部分装在上冠上，下止漏环的固定部分一般装在底环上，转动部分装在转轮的下环上。目前广泛采用的止漏环结构型式有间隙式，迷宫式，梳齿式和阶梯式四种，止漏环又称迷宫环，作用是阻止水流从转轮上、下间隙处漏出，分转动和固定部分。 水轮机导轴承的作用：一是承受机组在各种工况下运行时由主轴传来
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
水轮机的工作原理
第二章水轮机的工作原理 第一节水流在反击式水轮机转轮中的运动 一、复杂的空间非恒定流 水轮机内的水流运动是复杂的空间非恒定流 1) 水头、流量在不断变化 2) 叶片形状为空间扭曲面，水流在两叶片之间的流道内为复合运动，流速的大小、方向在不断地变化，而转轮本身也在运动。 二、恒定流状态 水轮机在某一工作状况时，(H、Q、N、η不变)，水流在水轮机的蜗壳、导水叶及尾水管中的流动是恒定流。 水流在转轮内的流动相对于转轮旋转坐标而言，也是恒定流。 水流在转轮中的运动非常复杂，上述假定可以简化分析。 三、水流运动是空间三元流 水流运动规律用速度三角形表达 = + V——水流绝对流速（相对于地球） ——水流随转轮旋转牵连流速 W——水流沿叶片流动的相对流速 用速度三角形分析水流运动的方法是研究转轮流速场的重要方法。 对于混流式水轮机，可以认为任一水流质点在转轮中的运动是沿着某一喇叭形的空间曲面(称之为流面)而作的螺旋形曲线运动。 流面即由某一流线绕主轴旋转而成的回旋曲面。在整个转轮流道内有无数个这样的流面。 流面上每一个进口点的速度三角形是相同的；每一个出口点的速度三角形也是相同的。
根据恒定流假定可知，任一水流质点在转轮进口的运动状态及其流动到转轮出 口的运动状态可由同一时刻该流面上任意进、出口点的速度三角形表示。 速度与分速度的空间矢量关系 第二节 水轮机工作的基本方程式 一、动量矩定理 单位时间内水流对转轮的动量矩改变，应等于作用在该水流上的外力的力矩总和。即： )(2211r V r V g Q M u u e -= γ
其中M 为水流对转轮的力矩，方程右端为水流本身速度矩的变化。该式表达了水轮机中水流能量转换为旋转机械能的平衡关系。 二、水轮机的基本方程 在稳定工况下(n 、Q 、H 均不变)，转轮内的水流运动时相对的恒定流，因此转轮的出力为： ?γ?)(2211r V r V g Q M N u u e e -= =)(2211u u e V U V U g Q -= γ s e e H Q N ηγ= 所以，水轮机的基本方程为： 2211u u s V U V U g H -=η 该方程式对反击式、冲击式水轮机均适用。 三、基本方程的物理意义 方程的实质：由水流能量转换为旋转机械能的平衡方程，方程左边为转换成的机械能。 水流与叶片相互作用，使得水轮机做功。水流通过水轮机时，叶片迫使水流动量矩发生变化，而水流以反作用力作用在叶片，从而使转轮获得力矩。 水能转变为旋转机械能的必要条件：水流在转轮出口的能量小于进口处的能量，即转轮的进口和出口必须存在速度矩的差值。 第三节 水轮机的效率及最优工况 一、水轮机的效率(efficiency) 水轮机的能量损失导致N < N s ，效率η<1 效率是由水力效率、流量效率、机械效率组成 1. 水力损失(head loss)及水力效率 蜗壳、导叶、转轮、尾水管 —— 沿程损失 旋涡、 脱流、 撞击 —— 局部损失 水轮机的水力效率为: H H H H H e H =??∑-= %100η
双蜗壳泵压力脉动特性及叶轮径向力数值模拟
2009年11月 农业机械学报 第40卷第11期 双蜗壳泵压力脉动特性及叶轮径向力数值模拟3 杨 敏1 闵思明2 王福军1 (11中国农业大学水利与土木工程学院,北京100083;21上海凯士比泵有限公司,上海200245) 【摘要】 为揭示双蜗壳离心泵的水力不稳定性,采用雷诺时均方法和SST k 2ω湍流模型,对一双蜗壳双吸离心泵进行了三维非定常湍流数值模拟,得到了泵内部流场特性及双蜗壳内压力脉动情况,并对其进行了频谱分析。结果表明双蜗壳内存在比较明显的压力脉动。设计工况下压水室内的压力脉动强度小于非设计工况。在设计工况下,隔舌处和隔板区压力脉动频率均以叶片通过频率为主,其中隔板起始端的脉动幅值最大,约为隔舌处的215倍。在大流量工况下,隔舌处和隔板起始端压力脉动频率以叶片通过频率为主,而小流量工况下以叶轮转频为主。叶轮受到的径向力随着叶轮的旋转呈现不稳定性,其中小流量工况时最明显。3种工况下径向力均指向隔板起始端侧。 关键词:双蜗壳泵 压力脉动 径向力 数值模拟中图分类号:TH311;TV13113+3 文献标识码:A Numerical Simulation of Pressure Fluctuation and R adial Force in a Double Volute Pump Yang Min 1 Min Siming 2 Wang Fujun 1 (11College of W ater Conservancy &Civil Engineering ,China A gricultural U niversity ,Beijing 100083,China 21KSB S hanghai Pum p Co.,L td.,S hanghai 200245,China ) Abstract The three 2dimensional ,unsteady Reynolds 2averaged Navier 2Stokes equations with shear stress transport turbulent (SST )models were solved to investigate the flow field and the characteristic of pressure fluctuations in the double volute.The results show that the pressure fluctuations are strong in the double volute.The pressure fluctuations in the volute are relatively low at the design flow rate condition.The blade passing frequency dominates the pressure fluctuations near the volute tongue and the clapboard at the design flow rate condition.The amplitude of the pressure fluctuation is largest at the beginning of clapboard ,which is 215times larger than at the volute tongue.At the large flow rate condition ,the blade passing frequency is also dominative in the pressure fluctuations ,but at the small flow rate condition the rotation frequency becomes dominative.The radial force on the impeller is unsteady especially at the small flow rate.At three flow rates ,the radial forces all point at the beginning of clapboard. K ey w ords Double volute pump ,Pressure fluctuation ,Radial force ,Numerical simulation 收稿日期:2008212205 修回日期:2009204227 3国家自然科学基金资助项目(50779070)和北京市自然科学基金资助项目(3071002) 作者简介:杨敏,博士生,主要从事水动力学与水力机械研究,E 2mail :minyang.cau @https://www.360docs.net/doc/6e8084691.html, 通讯作者:王福军,教授,博士生导师,主要从事水动力学与水力机械研究,E 2mail :wangfj @https://www.360docs.net/doc/6e8084691.html, 引言 双蜗壳结构是一种重要的泵蜗壳型式,每个流道包围叶轮出口180°,可以使叶轮流动更加对称, 平衡运行时作用在叶轮上的径向力,延长轴承、轴封 和口环的使用寿命,因而在高扬程离心泵机组中获 得应用。但目前对双蜗壳的研究还很少,其隔板的位置和形状对蜗壳内的速度场以及压力脉动特性的影响还不明确,因此研究双蜗壳内部流动规律对提高这类离心泵运行稳定性有重要意义。
水工建筑物水流压力脉动和流激振动模型试验规程
【题名】： 水工建筑物水流压力脉动和流激振动模型试验规程【副题名】： 【起草单位】： 中国水利水电科学研究院主编 【标准号】： SL 158-95 【代替标准】： 【颁布部门】： 中华人民共和国水利部批准 【发布日期】： 1995-07-21发布 【实施日期】： 1995-07-21实施 【标准性质】： 中华人民共和国行业标准 【批准文号】： 水科技［1995］267号 【批准文件】： 中华人民共和国水利部关于发布《水工（常规）模型试验规程》 SL 155—95和《水工（专题）模型试验规程》 SL 156～165－95的通知 水科技［1995」267号 部直属各单位，各省、自治区、直辖市水利（水电）厅（局）： 根据部1994年水利水电技术标准制（修）订计划，由部科学技术司主持，南京水利科 学研究院主编的《水工（常规）模型试验现程》和中国水利水电科学研究院主编的《水工 （专题）模型试验规程》，经审查批准为水利行业标准，并予以发布。标准的名称和编号为： 《水工（常规）模型试验规程》SL 155—95 《水工（专题）模型试验规程》SL156～165－95 本标准自发布之日起生效，在实施过程中各单位应注意总结经验，如有问题请函告部科 学技术司，并由其负责解释。 标准文本由中国水利水电出版社出版发行。 一九九五年七月二十一日 【全文】： 水工建筑物水流压力脉动和流激振动模型试验规程 1总则 1.0.1 为统一水流压力脉动和结构物流激振动模型试验研究的
方法与技术要求，提高试验研究成果的科学性、准确性和可靠性，特编制本试验规程。 1.0.2本规程适用于水工建筑物水流压力脉动和流激振动模型试 验研究。 1.0.3当仅在模型中量测荷载而用分析法研究水工结构物的流激 振动特性时，脉动荷载的试验应遵循本规程。 1.0.4水工建筑物水流压力脉动和流激振动模型试验，应根据试 验任务要求，编写试验研究大纲，包括：工程（课题发展）概况、试验研究目的和要求、工程设计方案和必要资料模型设计和试验研究方法、试验设备和量测仪器、试验研究进度计划、预期成果、试验研究负责人和参加人员等。 1.0.5本规程应遵循《水工（常规）模型试验规程》SL155一95 和有关标准。 2相似准则 2.0.1 回水流压力脉动模型，应满足几何相似、水流运动相似和动力相似，遵循佛劳德相似准则。 2.0.2水工建筑物流激振动模型试验，除应遵循本规程第2.0.1条相似准则外，同时还应满足结构动力相似，包括：结构物的几何条件、物理力学特性、运动条件和边界条件的相似。 2.0.3水流与弹性体流激耦合振动模型试验，应满足水流与弹性 体两者各参数的相似与模型比尺的一致性。 2.0.4模型应满足阻力相似，使水流处于阻力平方区，如达不到 则应满足水流呈紊流流态。 3试验设备和量测仪器 3.0.l试验一般利用水箱、水槽或结合整体模型、局部模型进行。 3.0.2试验使用的量测仪器仪表，凡从市场购置，应有国家或行 业技术监督部门颁发的合格证，且其技术指标符合试验测试要求。 3.0.3自行研制的仪器仪表，应经相应的技术监督部门鉴定合格，方可使用。 3.0.4试验用的主要一次量测仪表有： （1）压力传感器； （2）力传感器； （3）应变传感器； （4）速度传感器； （5）加速度传感器； （6）位移传感器。 3.0.5试验用的主要二次量测仪表有： （1）动态应变仪； （2）滤波器； （3）电荷放大器； （4）电压放大器； （5）磁带机； （6）示波器； （7）信号分析仪；