调速器参数对水电站水力干扰过渡过程的影响

水力干扰是一洞多机水电站运行中存在的一种特殊工况,是水电站调节保证计算的重要内容。运用特征线法建立分岔管模型,引入三阶发电机模型,励磁模型及负载模型,建立了完整的水机电联合仿真模型。在此基础上,研究了机组调速器参数对水电站机组水力干扰过渡过程的影响,结果表明:机组并无穷大电网,采用功率调节相比频率调节出力波动幅值较小,但调速器参数对水力干扰过渡过程的影响较小;机组并孤立电网,调速器参数水力干扰过渡过程的影响较大,其中调速器暂态转差系数的影响最为显著。采用多目标粒子群(MOPSO)算法在孤立电网条件下对水电站调速器参数进行了优化,显著改善了电站的水力干扰过渡过程,为一洞多机布置形式电站的调速器参数整定提供了一种可行的方法。     

尾水调压室位置对抽水蓄能电站过渡过程的影响

尾水调压室位置的选择与优化是电站设计中影响调节保证计算的重要因素。基于特征线法针对调压室不同的位置分别建立了某抽水蓄能电站的输水系统和水轮机调节系统的水力-机械数值仿真模型,对由于位置变化带来的机组过渡过程进行敏感性分析。仿真结果表明:当尾水调压室位于岔管之前时,由于布置位置更靠近机组且每条支管都直接与调压室相连,对于相继甩负荷工况下尾水管真空度有较为明显的改善作用;不同大小的阻抗孔面积对于过渡过程计算也有相应的影响。通过调压室位置选择为机组过渡过程中尾水管真空度优化提供了研究思路和依据。     

一种新型阻尼阻抗式调压室实验研究

在传统阻抗式调压室的基础上,提出了一种新型阻尼阻抗式调压室,介绍了阻尼阻抗式调压室的结构特点与工作原理。采用模型试验的方法分析比较了传统阻抗式调压室和新型阻尼阻抗式调压室的水力性能。实验结果显示,对比传统阻抗式调压室,新型阻尼阻抗调压室能够在增加少量压力管道水锤压力的情况下,极大降低机组甩负荷后的调压室最高和最低涌浪水位波动振幅,并能使得调压室的水位波动快速衰减稳定,可以较多降低调压室的设计高度,提高了调压室的运行稳定性和经济性。     

尾水管长度对调压室阻抗孔尺寸影响研究

尾水调压室是具有长有压尾水管道水电站的重要水工建筑物,其布置形式主要为阻抗式,选择合理的阻抗孔口尺寸对于充分发挥调压室水力性能具有重要的意义。根据调压室规范给定的阻抗式调压室阻抗孔尺寸的选择准则,采用特征线法结合FORTRAN语言编写程序,模拟并分析了不同尾水隧洞长度对尾水调压室阻抗孔尺寸选择的影响。结果表明:在一定范围内,尾水调压室下游的有压管线长度越长,隧洞水压力会有所增加,尾水调压室水位波动也会加强,而尾水进口到尾水调压室的距离影响不大。当尾水道总长度一定时,尾调越接近下库,所需阻抗孔尺寸越大。结论对工程实际具有一定指导意义。     

高水头引水式水电站机组之间水力干扰的研究

为了解决高水头引水式水电站机组之间水力干扰问题，建立用MATLAB软件仿真水轮机调节系统的数学模型，分析了K值大小，机组运行工况，调压井参数，管道参数对机组间水力干扰的影响，并提出了改善机组水力干扰的措施。     

水泵水轮机转轮三维反问题设计与特性研究

采用全三维反问题设计方法,按照水泵工况确定设计参数,从水轮机方向进行流场计算,完成某一中高水头水泵水轮机转轮的水力设计。针对设计开发的转轮,通过模型实验测试其在不同运行工况下的性能。结果表明,设计的水泵水轮机转轮在水泵工况下的最高机组效率达到91.34%,且机组运行平稳;水轮机工况的最高机组效率为88.5%。基于全流道粘性数值计算的转轮内部流动分析表明,水泵工况下,水流光顺地通过流道,转轮内部流动损失较小;水轮机工况下,转轮进口附近存在较严重冲击损失且叶片背面低压区面积较大,影响转轮的作功能力。     

基于MATLAB的水力机组过渡过程计算软件开发与应用

当前水力机组过渡过程计算软件针对某一特定类型电站进行开发,灵活性不够,可视化不足。为此开发了基于MATLAB的水力机组过渡过程计算软件,该软件可以对水电站进行全模型仿真,模型添加修改方便,能根据不同电站的实际情况进行组态,且具有大波动、小波动、水力干扰、组合工况过渡过程等水力计算功能,适用于不同类型机组电站的过渡过程计算。实例分析表明,计算结果与实际电站试验结果基本吻合,为选择合适的导叶关闭规律以及合适的PID调节参数提供了有效依据。     

基于统计分析方法的水轮发电机组轴心轨迹

针对目前水轮发电机组轴心轨迹分析方法单一、不能对轴系运行状态进行长期有效监测的问题,采用统计分析手段,定义了轴心轨迹的标准差、变异系数、面积和归一化面积,采用这些参数对某电站指定水头下不同负荷工况的轴心轨迹进行了研究.实例分析表明,定义的轴心轨迹标准差与变异系数能够描述轴心轨迹的清晰程度;变异系数可以表征不同工况下水力因素对轴心轨迹的影响;相同工况下,不同位置的轴心轨迹归一化面积具有相同量级且一致的变化趋势,从而使得归一化面积能够消除测点部位、轴瓦间隙调整等方面的影响,以获得对不同部位轴心轨迹的通用评价;采用轴心轨迹的标准差和归一化面积能够准确评价机组因工况变化而导致的轴心轨迹差异并反映机组的运行状态,从而解决轴心轨迹在线监测手段缺乏的问题.     

大型泵站水泵机组工况调节方式定量优化选择

为了合理选择水泵机组工况调节方式,实现大型泵站优化运行,考虑机组起停机特性、安装维护性、可靠性等因素,在此基础上,针对优化运行功能,在保证抽水流量的前提下,以设备投资与运行总费用之和最小为目标,提出了定量选择水泵机组工况调节方式的方法.该方法综合考虑了泵站的扬程变化范围、运行时间、变工况优化运行、运行费用及设备投资.应用该方法对典型泵型的工况调节方式进行了优化计算,结果表明:当泵站运行扬程偏离高效区较多或扬程变幅较大时,泵站需要设置变角或变频变速工况调节机构.泵站年运行扬程分布不同,工况调节方式选择受到一定影响.设备费用降低后,泵站采用变角调节或变频变速调节的扬程适用范围增大,设置工况调节方式实现优化运行的效果更加显著.该方法为定量确定水泵机组工况调节方式提供了依据.     

抽水蓄能机组水泵断电工况多目标优化调节

抽水蓄能机组在抽水工况遭遇断电时的水力瞬变过程对压力引水管道和电站安全稳定运行造成严重的威胁。为此,基于"一管-双机"式抽水蓄能机组数值计算模型,在满足各水力单元调保计算安全阈值和调速器油速等多重约束因素前提下,均衡考虑抽水蓄能机组运行时转速上升率和各水力单元特定节点压力上升值,建立了水泵断电工况下机组导叶关闭规律多目标优化模型。数值仿真试验与机组工程实际数据对比表明,该模型可合理优化导叶关闭方式、导叶关闭时间和拐点位置,使机组在发生水泵工况断电时转速上升率和水击压力上升值最小,且转速波动次数满足行业标准要求。     

水电站自动调速器最佳运行参数选择

目前,有的水电站自动调速器,由于参数选择不好,机组频率波动大,调速器只好投入手动操作,严重影响了供电质量和机组的安全运行。本文在整理和分析了目前常见的YT、CT型自动调速器运行参数选择实际资料的基础上,论述了调速器各可调参数对调节系统的稳定性和动态过渡过程品质的影响,介绍了参数的选择原则,组合方法和参数选择的注意事项等,逛免了数学推导,对从事水电站这方面工作的同志有一定参考价值。     

水泵水轮机泵工况非设计工况流态与压力脉动分析

水泵水轮机的运行稳定性对抽水蓄能机组产生极大影响,为研究不同工况下水泵水轮机内部流态及压力脉动的详细特征,针对某一模型水泵水轮机,分析2种不同导叶开度下从较小流量到较大流量的内部流动和压力脉动。结果表明,小流量下活动导叶开度小时和大流量下活动导叶开度大时压力脉动较小,瞬时扬程的波动变化也小,流动平稳;小流量下活动导叶开度大时和大流量下活动导叶开度小时受到许多低频的影响,频率成分比较复杂,压力脉动幅值较大,瞬时扬程的波动也大,内部流动紊乱。     

城市污水泵站前池流态改善措施的研究

前池是泵站的重要组成部分，是引渠和进水池的衔接段。前池使得水流均匀平顺地从引渠进入进水池，为水泵运行创造良好的水力条件。但由于占地面积的限制，城市污水泵站前池面积一般较小，前池扩散段较短，因而污水进入前池后，水流难以扩散，易形成回流、漩涡等不良流态，严重时还会引起噪音、振动、汽蚀等现象，影响水泵正常运行。     

多物理场作用下的水轮发电机组转子振动分析

以某水电站混流式水轮发电机组为例,通过求解雷诺方程对机组各导轴承进行求解得到轴承动力参数;利用CFD全流道数值模拟计算了水力不平衡力;采用Muszynska模型用平均流速描述转轮密封力得到转轮上冠、下环密封的等效刚度和阻尼;建立转动部件用于分析的动力学模型,分析了机组在正常运行工况和飞逸工况下的振动特性。通过对机组转动部件在水力、电磁不平衡力以及机械力耦合作用下动力特性分析,得到了机组的前六阶模态、振型以及机组轴线的振动情况,对水轮发电机组转子系统的设计有一定的指导意义。     

前置导叶调节混流泵性能的数值模拟

利用有限元分析软件数值求解不同工况下混流泵的内部流场,了解前置导叶调节工况的基本规律,以改善混流泵在非设计工况运行时的水力性能。在叶轮叶片进口部位读取液流流入叶轮时绝对液流角、相对液流角、和绝对速度圆周分量的值,分析其随前置导叶安放角改变而变化的规律。结果表明,叶轮进口绝对液流角小于前置导叶安放角,流量越小相差的幅度越大;大流量工况下进口预旋调节的效果比小流量工况更为明显;在一定流量范围内,通过进口导叶调节使得叶轮进口液流满足无冲击进口或者较小冲角进口条件,可有效地改善混流泵在非设计工况的水力性能。     

水泵水轮机非同步导叶启动工况三维模拟研究

水泵水轮机低水头启动时,空载工况附近S特性明显,工况点进入后,机组宏观参数易发生振荡。为研究低水头启动工况机组快速稳定的内流机理,设置非同步导叶,引入调速器参数,通过三维模拟分析启动全过程宏观参数、压力脉动与流态的演变规律。结果表明,启动过程初期导叶同步开启,转速较小,转轮叶道内产生大范围失速涡,压力呈低频高幅值波动;转速上升过程中,流态逐渐平顺,压力脉动逐渐降低;进入调速器调节阶段后,工况点进入S区,压力脉动呈高频高幅值,而非同步导叶破坏了无叶区产生的高速水环,促使机组快速稳定。     

蜗壳面积变化规律对低比转数离心泵性能的影响

为研究不同蜗壳面积变化规律对离心泵性能的影响,以一台单级单吸离心泵为研究对象,在保证叶轮及其他几何参数不变的前提下,针对4种蜗壳断面面积变化规律(即上凸式、线性式、下凹式和S形),进行泵内非定常数值计算及分析.结果表明:蜗壳面积变化规律在设计工况下对离心泵水力性能的影响较小,上凸式、下凹式和S形蜗壳面积变化规律的泵扬程和效率与线性式之差分别在1.4%和0.4%以内,而在非设计工况下,差异较大;不同蜗壳断面内的速度分布差异较大,线性式、下凹式和S形的速度分布较上凸式更为均匀;在设计工况下,上凸式和S形面积变化规律的蜗壳能有效降低泵内的压力脉动水平,其中S形面积变化规律的蜗壳效果最佳,而下凹式则会使泵内的压力脉动幅值增大;蜗壳面积规律变化引起叶轮周围静压分布变化,致使叶轮所受径向力的大小改变,线性式面积规律的泵叶轮平均径向力最小,上凸式面积规律的泵叶轮所受平均径向力最大.研究成果可为低脉动水平离心泵的优化设计提供一定参考.     

溪洛渡水电站巨型混流式水轮机水力开发

针对溪洛渡水电站机组具有水头高、变幅大和单机容量为770 MW的巨型混流式水轮机水力开发的特殊问题展开研究.从水力稳定性控制的角度,讨论了水轮机水力开发条件,论证了额定转速、单位流量、单位转速、设计水头等4项关键水力参数和导叶相对高度、进出口转轮直径之比等2项关键几何参数的选择原则与匹配关系.并通过研究对比不同水力初设方案,分析不同设计参数可能引发的水力稳定性问题,结果表明:在巨型混流式机组的设计过程中应该选择较低的水力参数进行设计.研究结果显示,通过提高设计水头的水力优化措施既使得转轮叶片进水边背面初生空化远离了水轮机的运行范围,又改善了水轮机高水头部分负荷运行区转轮内的流道旋涡特性.最后根据模型验收试验证明了所采用的水力设计方法具有实际工程应用价值.     

带分流叶片水泵水轮机小开度下非定常分析

为了研究带分流叶片水泵水轮机在小开度运行下各工况的内流特点及受力特点,以国内某带分流叶片水泵水轮机抽水蓄能电站的水力模型为分析对象,运用CFD数值模拟方法,采用SST k-ω计算模型,对其7.5°开度下的水轮机工况、制动工况和反水泵工况的内流特性进行了非定常数值模拟计算,分析了各工况下机组内部典型监测点的压力脉动特性及轴向力分布规律.结果表明:CFD数值计算能较好地模拟分析带分流叶片水泵水轮机的内流特性;在制动工况和反水泵工况下,转轮流道内出现明显的不稳定流动,二次流和涡结构充满整个转轮,进而引起水流拥堵,分流叶片可以使转轮的出水速度更加均匀;机组甩负荷运行进入制动工况后,转轮所受轴向力明显变大,并伴有负值出现,波动幅度也较大;分流叶片的存在可以预防转轮区出现负压,有助于降低涡结构的强度.     

大型泵站立式全调节轴流泵振动特性试验

机组及泵房振动问题日益突出,给泵站带来的威胁不容忽视。研究了大型泵站立式全调节轴流泵振动特性,为后续的工程建设及类似工程的运行管理提供参考。主要以江都四站4号泵机组及7号泵机组为例,通过对两台机组进行多工况、多测点、多振动参数的现场测试,整理数据,绘制相应的振幅统计、时域波形、位移频谱图,分析各主要测点的振动幅值、振动频率随角度、水位的变化规律,得出机组在不同叶片运行角度下、不同水位差的条件下立式轴流泵叶轮外壳振动变化较为明显,故水泵振动值大主要受水力和机械因素影响。