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。     

混流式水轮发电机组横向振动动力响应分析

建立了考虑作用于转子与转轮上不平衡力的大型水轮发电机组振动计算模型,以某混流式水轮发电机组为例,采用有限元法对机组转动部分的动力响应进行了计算和分析,主要讨论了不平衡力的相位差、结构阻尼比、导轴承刚度和转动频率对机组动力响应的影响,在刚性支撑模型基础上改变不平衡力的相位差,在弹性支撑模型基础上改变结构阻尼比和各个导轴承刚度进行了分析比较。计算结果表明不平衡力的相位差、结构阻尼比、导轴承刚度和转动频率对机组动力响应都有着不同程度的影响,为减小机组振动以及优化水轮发电机组支撑结构提供了参考。     

考虑轴承及密封的水电机组轴系特性分析

水轮发电机组轴系的转子动力学特性对机组振动特性和稳定性有很大的影响。基于弹性支承的刚性转子模型,并在充分考虑轴承油膜动力特性和转轮密封处的刚度和阻尼作用下,模拟在实际运行条件下的上、下导轴承,水导轴承及考虑转轮密封处的等效刚度和阻尼,对某高水头混流式机组轴系的弯振、扭振及轴系的稳定性3个方面进行计算分析。计算得到机组在额定转速和飞逸转速运行时的临界转速及对数衰减和临界阻尼比,客观地反映描述了机组运行过程中的轴系特性。     

基于有限元法的水轮发电机组临界转速研究

研究水轮发电机组的临界转速对于其故障诊断与结构优化具有重要意义，但由于现场试验困难、工况与边界条件复杂，使得临界转速的高精度求解成为难题。以某水电站的二导悬式水轮发电机组为例，采用大型通用有限元分析软件ANSYS，综合考虑各类轴承边界条件的耦合作用，基于流体润滑Reynold方程建立轴承动力特性参数的计算模型，求解水导、上导、推力轴承的刚度与阻尼，以此为基础分别构建无机械故障、转子或转轮质量偏心、联轴法兰不对中的三维有限元分析模型，随后考虑陀螺效应进行转子动力学分析，采用QR Damped法提取模态，并绘制Campbell图求得临界转速从而分析轴系动力学特性。结果表明，正常工况下机组飞逸转速远小于第一阶临界转速，其动态性能满足设计要求，且在转子或转轮质量偏心、联轴法兰不对中等工况下临界转速受到的影响很小，机组依旧能够保持稳定运行。     

油位高度变化对发电机推力轴承油槽甩油雾问题的影响

针对江西洪屏抽蓄电站推力轴承油雾泄露问题,建立推力轴承三维模型,使用VOF多相流模型、Lee蒸发冷凝模型和RNG k-ε湍流模型,对油槽内的润滑油-空气-油雾三相流热耦合问题进行求解.分析了从低报警油位到高报警油位之间的油位高度变化对油槽内流场分布特性的影响,并探究了不同油位下的润滑油分布规律以及油雾聚集情况,定位了油雾的产生、聚集位置.研究发现:油槽内的流速和温度分布主要由机组转速以及外循环泵的性能决定.油雾在产生之后主要向着2个区域聚集,其一为挡油板与推力头之间的区域,其二为挡油管处的区域,这2个区域具有低压、高温、高流速的特点,最易发生外甩油和内甩油事件.此外,随着油位高速增加,压油叶栅逐渐丧失其阻油雾作用,为了运行安全和环境安全,不建议推力轴承油槽运行在较高油位下.研究可为合理设置推力油槽运行工况参数提供一定的理论基础.     

抽水蓄能机组导轴承油雾治理实践

针对惠州蓄能水电厂导轴承油雾严重的问题,从油雾形成机理及泄漏路径分析原因,通过对上下导轴承抽油雾装置进行改造,以及水导轴承加装防油雾装置等措施。彻底解决了油雾治理的难题,最终取得了理想的效果。结果表明,导轴承防油雾装置的改造是有效的,为其他电站导轴承油雾治理提供了借鉴和参考。     

轴承润滑油系统电动油泵自动控制回路的改进

自动保持水轮发电机组轴承的正常润滑,是机组自动化的一个重要内容,也是保证机组安全运行的必要条件。我地区一水电站,4台1600kW 卧轴水轮发电机组,其润滑方式为压力油润滑。压力油系统设置有两台油泵,一台是与水轮发电机组同轴的机械油泵,另一台是电动油泵,两管路之间各加一逆止阀隔离。按原设计,机组在额定转速或接近额     

浅谈发电机主轴径向窜动故障的处理

某电站水轮发电机组为卧式水斗发电机.在运行过程中,前导轴承的轴瓦因受浇铸工艺和环境温度的影响,其表面的巴氏合金有轻微松块和灼伤现象.检修人员对前导轴承的轴瓦进行更换,并做了相应的技术处理,机组投入运行基本正常,但是发电机组主轴有规律地来回径向窜动,并伴有轻微撞击前轴承座靠发电机侧端盖现象.     

小水电机组的飞车原因分析

在运行中 ,当水轮发电机组突然丢弃全部负荷而调速机构失灵 ,导叶不能正常关闭 ,以至于转速急剧升高达到某一最大值 ,这时机组的转速为飞逸转速 ,也叫机组飞车。当机组飞车时 ,会使机组的机械结构遭到严重破坏 ,而飞车所产生的破坏程度与飞车的时间长短有很大关系。因此 ,生产厂家规定机组的飞逸时间不得超过两分钟。一旦发生飞车事故 ,运行人员应迅速处理 ,尽量缩短飞车持续的时间。引起飞车的原因 ,主要有以下几个方面 :1　自动调速器失灵调速器是水轮发电机组正常开停机或紧急事故下停机操作的控制设备。当自动调速器的某些部件发生故障…     

基于MATLAB的筒式水轮机导轴承润滑油膜承载性能分析

针对水轮发电机组筒式水轮机导轴承的润滑不良问题,以大型数学计算软件Matlab为工具对其润滑油膜承载力的分布即润滑油膜Reynolds方程(油膜压方程)进行了全新求解.首先利用五点差分法离散水导轴承压力方程并建立相应的代数方程模型;然后利用Matlab编程计算,定性探讨了不同偏心率下筒式水导轴承的油膜压力分布情况,并给出数值分析三维网格结果图形分布;最后,从所得压力分布情况,推出了润滑油膜力的非线性,且随着水导轴承偏心率的不同,主轴径向力和油膜承载力也随之相应变化.     

推力瓦几何参数对核主泵推力轴承油系统特性的影响

针对某核主泵的双向推力轴承在试验过程中出现上部推力瓦温度过高的问题,在不改变油系统、推力轴承结构尺寸及推力瓦数量的条件下,在推力瓦侧面开设不同尺寸的凹槽以控制瓦间流动.经过多方案优选设计出一种改进型推力瓦,以期通过优化推力瓦几何参数解决上部推力瓦温度过高的问题.基于流场数值模拟方法对油系统瓦间流场进行了深入分析,通过对比改进前后2种瓦的瓦间流动分布定性分析推力瓦几何参数对双向推力轴承油系统流动及冷却性能的影响,表明优化后的改进型推力瓦在相同运行条件下大大减轻了油流对冲及阻塞的现象,消除了不合理的回流,增大了进入流道的冷油流量,从而提高了油系统的冷却效果,使得上部推力瓦温度明显降低并达到了设计要求.同时证明了推力瓦几何参数是影响推力轴承油系统特性的重要因素.研究结果能为探究推力瓦几何参数对油系统特性的影响,以及类似轴承系统的推力瓦几何参数优化提供参考.     

工质黏度对导叶式液力透平压力脉动特性的影响

为探究液力透平内压力脉动受工质黏性的影响,基于雷诺时均N-S方程和标准k-ε湍流模型,以带导叶的离心泵反转作液力透平为研究对象,选取清水及2种黏油作为对比工质进行三维瞬态数值模拟,并对模拟结果进行时域及频域分析.结果表明:清水工质下叶轮部分流道内存在和叶轮同向的非定常涡,而黏油工质下叶轮及尾水管内流场结构显著改善,黏性作用下,动静叶栅的相干作用仍是透平内压力脉动的主因.导叶内的平均压力脉动最强,叶轮内次之,尾水管内相对最弱,且此规律不受工质黏度影响.随着工质黏度的增大,各监测点的压力脉动峰峰值及最大压力脉动幅值均减小,且与导叶、尾水管内各测点主频及次主频幅值的变化趋势均同步,而与蜗壳、叶轮内各测点主频及次主频幅值的变化趋势差异较大,但与二者之和趋势吻合.同时,工质黏度越大,蜗壳、导叶和叶轮内各测点的时均静压越低.     

熔盐泵分流式空间导叶内部流动及其非定常特性

为了抑制熔盐泵空间导叶内存在的二次流以及轴向旋涡,提高熔盐泵的效率和稳定性,提出一种分流式空间导叶体.采用k-ε模型、SIMPLE对2种不同形式空间导叶的熔盐泵模型进行了数值模拟,以获得2种不同形式熔盐泵的外特性参数及其内部的速度、压力分布等特性.结果显示:在0.8Q和1.0Q下,分流式空间导叶内部速度分布更为均匀,导叶吸力面二次流、旋涡明显减少,提高了模型泵的效率.在1.2Q下,分流式导叶导致模型泵效率降低.但在空间导叶出口速度分布均匀,低速区域明显减少.分流式空间导叶内部压力脉动幅值叶频占主导地位,其出口压力脉动得到明显改善,在设计工况下,压力脉动幅值比常规空间导叶低近40%,空间导叶轮缘面压力脉动普遍高于轮毂面,在导叶轮缘面上,其压力面的压力脉动幅值低于吸力面;在导叶轮毂面上压力脉动幅值则基本相同.     

脱色剂预混油脂脱色工艺研究与应用

油脂脱色是油脂精炼的重要过程,操作中一般是利用脱色塔的负压将活性白土吸入油中,由于白土负压入脱色塔,存在白土排空损失以及白土与油脂混合不匀等问题而导致油品脱色效果控制不好。研究了将脱色剂活性白土和油脂进行先预混再进入脱色塔的油脂脱色工艺,并在棉子油精炼工艺中进行了应用,将活性白土用量由3%降低到2%以内,精炼油色泽稳定控制在Y35R3以内,同时降低油脂炼耗1%,提高企业经济效益。      

载荷分布对导叶式混流泵水力性能影响

基于三维反问题原理,分别针对导叶式混流泵叶片及导叶特征载荷分布,结合CFD数值模拟,以水力效率为目标参数,找出相对最优载荷匹配形式,将定常湍流计算结果作为非定常湍流计算的初始流场进行非定常数值计算.结果表明,当特征载荷位于叶道中间略偏向进口处时,水力效率最高,优化后的模型整体水力效率较原始模型提高了3.56%,导叶内部流动均匀性有所提高,叶轮出口处的射流-尾迹现象得到改善.非定常结果表明,叶轮进口处压力脉动幅值最大,对机组整体运行稳定性影响最大,通过反问题设计的模型在叶轮进口压力脉动幅值及导叶出口等处压力脉动幅值均有一定改善,有助于提高机组运行稳定性.     

双排油轴向柱塞泵配流特性理论分析与试验

通过改变缸体结构、柱塞数、端盖油路、配流盘形状等,设计了双排油内外环并联配流结构的轴向柱塞泵,实现了单柱塞泵两路高压供油。针对单环柱塞数减少,腔内压力冲击增大,脉动变大等问题,对配流结构进行重新设计。在排油腰形槽和吸油腰形槽过渡区取消卸荷槽,利用加大配错角,在排油完毕未接通吸油时,腔内封闭体积增大,未排尽的高压油液压力降低;在吸油腰形槽和排油腰形槽过渡区,排油卸荷槽利用阶梯变化通流面积代替原连续变化的通流面积,削弱了卸荷槽几何形状要求。重新设计后的双排油配流结构,以45 mL轴向柱塞泵结构为参考,对配流结构进行了理论分析,建立了双排油轴向柱塞泵仿真模型。以单柱塞腔内压力冲击、输出流量进行分析研究,得外环压力冲击小,与传统配流结构相比较双排油输出口压力脉动变化率变小,并试制双排油轴向柱塞泵。对试制泵进行压力脉动测试、容积效率测试和噪声测试,结果表明,与45 mL轴向柱塞泵进行对比,压力脉动降低了约30%,噪声也降低,容积效率不低于0.92。该双排油轴向柱塞泵可以代替双联泵,使系统结构简化,能耗降低。     

导叶不同开度下水泵水轮机内流特性分析

为研究预开导叶不同开度下的内流特性,以某抽水蓄能电站水泵水轮机模型为研究对象,基于SST k-ω湍流模型,进行预开导叶不同开度下全流道三维非定常数值模拟和分析,并与试验结果进行对比验证.探讨活动导叶与转轮之间,以及转轮内的旋涡分布情况,定量分析了转轮受力情况和尾水管压力脉动.结果表明:在同步导叶开度一定的情况下,随着预开导叶个数的增加,其过流部件的流量将会增大,且存在于活动导叶和转轮区域的高速水环也会被破坏,形成紊乱的旋涡.从转轮区域看,在叶片的液道内形成不同的涡结构,其分布的不均匀性将直接影响转轮的受力情况.随着预开导叶个数的增加,这种情况将更为明显,转轮径向力的幅值逐渐增大.进一步分析尾水管压力脉动发现,尾水管压力脉动幅值也随着预开导叶个数的增加而增大,从而导致机组振动加剧、运行不稳定.     

泵站加压与重力自流联合供水工程的停泵水锤防护

针对某首部泵站加压与重力自流相结合的长距离、高落差输水工程,基于瞬变流计算中常用的特征线法建立了全系统水力过渡过程数学模型,模拟了系统停泵水锤全过程.为了解决水泵机组掉电后管道中出现的负压问题,提出了在泵后采用空气罐的防护方案,并对空气罐参数进行优化设计,确定了较优的空气罐体型;于管道最高点处设置高位水池,水池后的重力流段采用减压阀与调节池串联的方式进行消能.停泵工况下为避免高位水池漏空,需要关闭各个减压阀.为了防止关阀产生的升压水锤超过管道承压标准从而发生爆管事故,同时考虑到各调节池水位波动的影响,选择不同关阀方案进行对比.计算结果表明,本工程空气罐较优体积为15 m³,停泵后减压阀采用120 s一段直线关闭.由于减压阀后设置调节池,相继关阀和同时关阀对结果影响较小.研究结论为同类供水工程的设计和安全运行提供了参考.     

导叶对液力透平性能影响的数值分析

为研究导叶对液力透平运行性能的影响,采用CFD软件对无导叶和导叶数为7,9,11的4种液力透平进行数值模拟,分析了有、无导叶及不同导叶数对透平运行稳定性的影响,得到透平运行的外特性曲线. 结果表明,添加导叶可以提高液力透平的效率且效率随导叶片数增多而提高,较无导叶时透平最高效率点的流量增加、压头降低. 内流场分析表明,添加导叶后叶轮流道内的速度分布得到明显改善,其内部区域的旋涡数量减少、旋涡尺寸明显变小;压力分布均匀、梯度较为明显,且随导叶数的增加叶轮的进口静压逐渐增大. 叶轮进口速度矩分析表明,速度矩在有导叶时变化幅度变小,在叶轮进口环面上变化较平稳且分布对称,导叶数为11时其变化幅度值最小. 研究结果表明,透平添加导叶改善了叶轮的入流条件,提高了液力透平运行的稳定性能.