收藏本站
《华中科技大学》 2008年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

大型混流式水轮机水力稳定性研究

张双全  
【摘要】: 随着水电机组单机容量的提高,机组尺寸的逐步增大,比转速的不断提高,相对刚度的减弱,人们对于大型混流式水轮机的运行稳定性日益重视,同时,随着技术的高速发展,机组运行的自动化程度越来越高,无人值班、少人值守,远程控制的水电厂日益增多,对机组运行稳定性的要求亦日趋严格。另一方面,国内外许多大型混流式水轮发电机组相继出现振动问题,不仅影响了正常的生产运行,有的还危及到机组的安全,因此,水力稳定性已经引起电力及制造行业的普遍关注,也给行业内的专家学者提出了新的研究课题,本文的研究就是基于这样的背景下进行的。 大型混流式水轮机水力稳定性有关的原因比较复杂,在电站的表现形式也多种多样,如尾水管低频压力脉动、卡门涡、叶道涡等,在这些水力原因中,尾水管涡带又是机组振动最主要的原因,其危害性也最大。而对水力稳定性的研究方法主要有模型试验研究、真机试验研究、CFD数值解析这三种。本文针对东江水电厂机组出现的振动问题,采用以上三种方法相结合的手段,对机组振动的原因进行了综合研究。 水轮机模型试验是研究真机水力稳定性的重要手段。尽管现在已经具备对水轮机进行较准确的数值模拟及性能预测的手段及仿真技术,但是最终仍需进行模型试验来确定模型转轮的能量特性、汽蚀特性以及水力稳定性等。对于已运行的机组,通过模型试验可以模拟电厂的运行工况以研究真机运行的各种特性。通过对电厂的模型机组进行多方面试验研究的结果表明,转轮的能量特性较差;在小开度下,模型机组尾水管内存在较大的低频压力脉动;不同形状的泄水锥对模型机组尾水管的低频压力脉动有较大的影响;针对具体情况,采用不同的补气方法可减轻机组的振动。 真机试验是研究真机水力稳定性的直接手段,模型试验固然重要,但也有其局限性,如真机与模型几何相似的假定条件就是相对的,加上水轮机过流部件内的流动极为复杂,各电站水轮机结构的设计也差别很大,由水轮机模型试验的振动特性很难预估真机的运行稳定性,使水轮机振动的真机试验研究为国内外专家所重视。通过大量的研究表明,水轮机振动有其共性,也有其个性。可见,通过模型试验并不能全面了解真机的所有性能,尤其是和机组振动密切相关的动态特性,因此,虽然相比模型试验来说,真机试验受到许多实际条件的限制,但是在研究具体电站的具体问题,特别是要了解机组的制造质量、安装质量等模型上没有的信息对机组运行稳定性的影响时,真机试验必不可少。本论文对电厂的真机做了多方面的试验研究,包括过流部件的实测;不同水头下的变负荷、变励磁试验研究;机组振动的频率特性分析;补气对真机稳定性的影响以及机组振动与大坝振动的之间的关系分析。试验的结果表明,东江水电厂机组的制造及安装质量存在较大的缺陷;机组在每个水头下均存在两个振动工况区,且随着水头的升高,振动工况区有向小出力偏移的趋势;在部分负荷时,尾水管中产生偏心涡,引起尾水管低频压力脉动;采用合适的补气方法及补气量,对于减轻东江水电厂机组的振动是有效的。 与模型试验和真机试验相比,CFD数值解析在成本与周期、所获得的信息量等方面有着巨大的优势,因此,这一方法的应用也越来越普遍、深入,也使得人们对于大型混流式水轮机过流部件中主流内特性的了解日益加深。本文通过“部分耦合”的方法对真机在不同运行工况下的稳定场进行了数值解析,并全面的分析了各过流部件内的流动特性以及其能量特性。 仅仅对机组的过流部件进行稳定场的CFD数值分析还不足以解决所有与水轮机水力稳定性有关的问题,因此在本论文的最后,采用雷诺应力湍流模型对真机尾水管在不同运行工况下进行了非稳定场的CFD数值解析,分析涡带的运动规律及其产生的低频压力脉动特性,并与真机的试验结果进行了比较,结果比较吻合。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TK733.1

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 宋兵伟;混流式水轮机转轮上冠间隙流诱发的轴系不稳定性研究[D];大连理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 晁文雄;30米水头段混流式水轮机水力模型开发方案研究[D];兰州理工大学;2012年
2 欧顺冰;含沙水中混流式水轮机三维内流场的数值模拟[D];西华大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张超,陈武;关于我国2050年水电能源发展战略的思考[J];北京理工大学学报(社会科学版);2002年S1期
2 潘罗平,高明;水轮机水力稳定性的分析[J];长春工程学院学报(自然科学版);2002年04期
3 魏显著,刘毅杰,吴限明;混流式水轮机转轮内全三维粘性流动的数值分析[J];大电机技术;1999年04期
4 韩凤琴,久保田乔;混流式水轮机整体三维粘性流动解析——最高效率点的流动[J];大电机技术;2000年02期
5 韦彩新,韩凤琴,陈贞石,熊智;水轮机转轮不同泄水锥的特性研究[J];大电机技术;2001年01期
6 王泉龙;浅谈水轮机振动的研究[J];大电机技术;2001年S1期
7 陶星明,刘光宁;关于混流式水轮机水力稳定性的几点建议[J];大电机技术;2002年02期
8 覃大清,赵洪田,赵阳;关于混流式水轮机稳定性的几点新认识[J];大电机技术;1998年03期
9 韦彩新,谭月灿;水轮机主轴中心孔补气装置的研究[J];大电机技术;1998年05期
10 陈宗梁;国外水电技术的发展[J];中国工程科学;2002年04期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 赵敬源;邱永亮;;地下建筑热工环境的数值分析研究[J];四川建筑科学研究;2005年06期
2 郭大勇;关勇;贾洪明;张晓光;齐兵;;厚板坯连铸结晶器流场数值模拟[J];鞍钢技术;2006年01期
3 张富强,王久彬;连铸坯凝固过程中传输现象基础知识系列讲座 第十三讲 连铸结晶器中钢液流动的研究[J];鞍钢技术;1998年06期
4 ;Lattice Boltzmann simulation of flows in bifurcate channel at rotating inflow boundary conditions and resulted different outflow fluxes[J];Acta Mechanica Sinica;2011年04期
5 王婷婷;马庆元;郭继平;;平板层流边界层近似速度分布计算方法的改进[J];鞍山科技大学学报;2006年06期
6 王训宏;王快社;徐可为;胡锴;;搅拌摩擦焊接过程塑性流动形态与试验分析[J];兵器材料科学与工程;2006年06期
7 王培林,魏科,周士仁;布里兹曼法碲镉汞(Hg_(1-x)Cd_xTe)晶体生长过程热场的数值分析[J];半导体学报;1994年09期
8 熊艳,毛军,薛琳;平板层流边界层定常流动存在相似性解区域的分析[J];北方交通大学学报;2003年04期
9 王书义;;不可压缩流体三维流动的数值计算[J];兵工学报(坦克装甲车与发动机分册);1992年02期
10 杨基忠,俞大卫;车辆筒式减振器高频畸变特性研究[J];兵工学报(坦克装甲车与发动机分册);2000年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李亚军;姚军;;裂缝型介质等效连续模型流动模拟方法研究[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
2 王青平;白武明;王洪亮;;多重网格在二维泊松方程有限元分析中的应用[A];中国科学院地质与地球物理研究所第11届(2011年度)学术年会论文集(上)[C];2012年
3 张燎军;魏述和;陈东升;;水电站厂房振动传递路径的仿真模拟及结构振动特性研究[A];现代水利水电工程抗震防灾研究与进展(2011年)[C];2011年
4 高峰;李玉海;;三种侧送风方式下室内气流组织的数值模拟与分析[A];中国建筑学会建筑热能动力分会第十七届学术交流大会暨第八届理事会第一次全会论文集[C];2011年
5 魏德洲;高淑玲;刘文刚;;矿石旋流分选技术研究进展[A];2009中国选矿技术高峰论坛暨设备展示会论文[C];2009年
6 凌英;孙燕;;城市氯气泄漏事故的安全距离应用研究[A];第十四届海峡两岸及香港、澳门地区职业安全健康学术研讨会暨中国职业安全健康协会2006年学术年会论文集[C];2006年
7 闫春颖;张来斌;梁伟;;κ-ε模型在天然气管道泄漏模拟中的应用[A];中国职业安全健康协会2009年学术年会论文集[C];2009年
8 谢素明;李晓峰;兆文忠;李娅娜;;CAE建模与工程验证[A];首届中国CAE工程分析技术年会暨2005全国计算机辅助工程(CAE)技术与应用高级研讨会论文集[C];2005年
9 刘凯礼;李博;雷雨冰;张堃元;;宽高比对二元高超声速进气道性能的影响研究[A];第一届高超声速科技学术会议论文集[C];2008年
10 胡海洋;季辰;刘子强;白鹏;;大展弦比机翼亚声速静气动弹性数值计算研究[A];第十一届全国空气弹性学术交流会会议论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨莉;基于可持续发展的我国电源结构优化研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 艾尚茂;管土耦合边界下海底悬跨管道涡激振动研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 李佳;载人潜器阻力性能的数值和试验预报及外形优化研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 邓锐;阻流板对双体船水动力性能影响的数值研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 贺克羽;新型控制棒水力驱动系统研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
6 王革;有壁面质量注入通道流体动力学典型问题分析[D];哈尔滨工程大学;2009年
7 顾璇;近地/海运动过程中的空气动力学分析[D];哈尔滨工程大学;2009年
8 王忠义;船用燃气轮机排气引射装置性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 高晓阳;甘肃河西大麦麦芽干燥控制系统研究[D];甘肃农业大学;2010年
10 黄燕;碟形越浪式波能发电装置的水动力性能研究[D];中国海洋大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张艳利;局部通风掘进工作面换热系数计算方法研究[D];河南理工大学;2010年
2 赵文武;淮南矿区典型煤层水力冲孔技术参数研究及消突效果考察[D];河南理工大学;2010年
3 张彦奇;超细水泥渗透特性微观试验研究及理论分析[D];山东科技大学;2010年
4 苏超;变压吸附管道流体动力学特性研究[D];山东科技大学;2010年
5 赵鹏;基于模糊物元的中小型水电站增容改造方案研究[D];郑州大学;2010年
6 刘博;叶片式流体设备数字化研发与优化研究[D];郑州大学;2010年
7 张妍;叶轮前侧盖板流固耦合动力学特性研究[D];郑州大学;2010年
8 韩芳明;船用换热式惯性滤清器物理场耦合计算[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 罗富强;扁管管壳式换热器数值模拟研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 魏国亮;多级压气机三维流场数值模拟研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张贤斌;;混流式水轮机主要过流部件设计概要[J];长江工程职业技术学院学报;2006年04期
2 石清华;Stuart Coulson;;三峡左岸厂房水轮机的水力设计[J];东方电气评论;2005年04期
3 曹联刚;;水轮机座环蜗壳最优设计计算[J];东方电机;1994年04期
4 马震岳,董毓新;水轮机转轮密封处水流的动力特性及其对机组自振特性的影响[J];大电机技术;1987年06期
5 王宏伟,胡清娟;带半叶片的混流式水轮机转轮的流场计算[J];大电机技术;2000年03期
6 肖若富,韦彩新,韩风琴,张双全;混流式水轮机转轮的动力学研究[J];大电机技术;2001年S1期
7 周理兵,马志云;大型水轮发电机不同工况下不平衡磁拉力[J];大电机技术;2002年02期
8 桂仲成;王胜华;陈强;都东;孙振国;陈钢;邓键;唐敏;吴涛;;混流式水轮机叶片建模与分析[J];大电机技术;2006年05期
9 史千;刘胜柱;陈元林;;混流式水轮机转轮非设计工况特性分析[J];大电机技术;2008年01期
10 曲凤波,孙玉田,曲大庄;水轮发电机的不平衡磁拉力[J];大电机技术;1997年04期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 周凌九;水轮机转轮流场计算及性能预测[D];中国农业大学;2000年
2 肖若富;中比转速混流式水轮机内流场数值模拟及性能改善研究[D];华中科技大学;2004年
3 杨晓明;水电站机组振动及其与厂房的耦联振动研究[D];大连理工大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 贺梅;混流式机组水力振动研究与破坏原因分析[D];西安理工大学;2000年
2 吴广宽;自由曲面造型技术在水力机械研究中的应用[D];西安理工大学;2002年
3 朱卫国;大型混流式机组水电站厂房结构水力激振研究[D];广西大学;2004年
4 谢艳芳;多相流混合模型应用于低含沙水流的数值模拟研究[D];西安理工大学;2005年
5 熊茂涛;含沙水流中离心式水泵过流部件泥沙磨损的数值模拟[D];西华大学;2006年
6 李琪飞;基于两相流的水轮机引水、导水部件内流特性研究[D];兰州理工大学;2006年
7 周文斌;基于混流式水轮机蜗壳改造的型线优化及其数值模拟[D];兰州理工大学;2006年
8 丁思云;混流式水轮机内部流场三维紊流数值计算与性能分析[D];兰州理工大学;2007年
9 张伟;水轮发电机组轴系统动力学研究[D];大连理工大学;2008年
10 黄剑峰;混流式水轮机全流道内部三维流场数值模拟[D];昆明理工大学;2007年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王文宁;岩滩水电站厂房结构振动计算分析[J];红水河;1999年01期
2 程良骏;关于混流式水轮机的水力振动问题[J];华中工学院学报;1981年06期
3 吴钢,韦彩新,张克危,宋立人;水轮机尾水管水压力脉动与运行工况的关系[J];华中理工大学学报;1998年11期
4 史宝珍,袁益超;我国大型火电机组发展概况[J];能源研究与信息;1998年04期
5 李苹,窦海波,王正;水轮发电机组主轴系统的建模及其非线性瞬态响应[J];清华大学学报(自然科学版);1998年06期
6 何世江,杜建镔,王勖成;水轮机转轮叶片系统动力分析(Ⅰ)——力学模型与方程列式[J];清华大学学报(自然科学版);1998年08期
7 周明德;四川省水电资源及其开发利用[J];四川水力发电;1999年S1期
8 黄顺礼;三峡机组 时代丰碑[J];水电站机电技术;2000年03期
9 张信志,马利锋;计算大型水轮发电机组导轴承非线性油膜力的一种准非线性简化方法[J];水力发电学报;1999年02期
10 傅振邦;三峡工程环境可持续性简评[J];中国三峡建设;1998年01期
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 水利部农村水电及电气化发展局局长 程回洲;[N];中国水利报;2001年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 石祥钟,王治昆,赵林明;混流水轮机尾水管压力脉动近似分析方法(续)[J];河北水利水电技术;2000年04期
2 于德荣;崔光源;;提高混流式水轮机稳定性的措施[J];长春工程学院学报(自然科学版);2008年03期
3 刘忠贤;混流式水轮机尾水管压力脉动[J];动力工程;1983年01期
4 唐蓉;杨波;郑津生;;尾水管内流场PIV测试技术研究[J];东方电机;2004年04期
5 王军,孙建平,张克危,吴克启;混流式转轮出口流速分布的PIV测试研究[J];水动力学研究与进展A辑;2005年05期
6 王军;伍晓芳;李仲全;;小流量下尾水管锥管内流的PIV测试试验研究[J];华中科技大学学报(自然科学版);2006年02期
7 郑源;汪宝罗;屈波;;混流式水轮机尾水管压力脉动研究综述[J];水力发电;2007年02期
8 高忠信;邓杰;葛新峰;;三维非定常湍流尾水管涡带数值模拟[J];水利学报;2009年10期
9 韦呈速;关于减小混流式水轮机压力脉动的探讨[J];云南水力发电;2005年05期
10 王正伟;陈柳;肖若富;章焕能;邵保安;;低水头混流式水轮机蜗壳和尾水管结构变化对流动损失的影响研究[J];水力发电学报;2008年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 伍晓芳;闭贵宁;粱玉福;;大型混流式水轮机尾水管振动数值模拟及应用[A];广西电机工程学会第九届青年学术论坛论文集[C];2006年
2 刘光宁;陶星明;钟苏;;混流式水轮机的水力稳定性问题[A];2003年大型水电机组技术研讨会论文集[C];2003年
3 乐汉卿;;高比速混流式水轮机水力稳定问题探讨[A];福建省水力发电工程学会2006年学术论文汇编[C];2006年
4 乐汉卿;;高比速混流式水轮机水力稳定问题探讨[A];福建省科学技术协会第七届学术年会分会场——提高水力发电技术 促进海西经济建设研讨会论文集[C];2007年
5 姚启鹏;;浑水中运行的混流式水轮机过流通道结构问题[A];水轮机抗磨蚀技术研讨会论文集[C];2006年
6 杨淑清;陆家佑;;隧洞岩爆机制物理模型试验研究[A];第三届全国岩石动力学学术会议论文选集[C];1992年
7 李肇胤;瞿伟廉;孟吉复;梁枢果;;调频液体阻尼器制振的模型试验研究[A];第十一届高耸结构学术交流会论文集[C];1992年
8 赵鹏飞;郝成新;钱基宏;赵基达;张维嶽;翟彬;;浙江省黄龙体育中心主体育场斜拉索锚固节点模型试验研究[A];第九届空间结构学术会议论文集[C];2000年
9 王成;林胜;李晓红;;超长群桩的模型试验研究[A];第九届全国岩土力学数值分析与解析方法讨论会论文集[C];2007年
10 祁江涛;张进丰;顾民;;船舶在顶浪中的甲板上浪模型试验研究[A];第九届全国水动力学学术会议暨第二十二届全国水动力学研讨会论文集[C];2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 刘鹏 通讯员 曹诚平;“微型鄱阳湖”的奥秘[N];人民长江报;2011年
2 记者 阎友华;天兴洲大桥铁路混凝土板结合桥面模型试验研究完成[N];中国经济导报;2007年
3 陈永华 记者 许明峰;鄱阳湖模型试验研究基地在共青城奠基[N];九江日报;2009年
4 赵进发;永昌铅锌公司采选厂尾水实现零排放[N];中国有色金属报;2006年
5 邓红;流淌在实验室里的黄河[N];黄河报;2006年
6 木林;水轮机通流部件的安装[N];中国电力报;2004年
7 ;黄河上游航运技术[N];科技日报;2005年
8 乔建平 庞卡 聂跃松 张宏;黑麋峰上鏖战急[N];湖南日报;2006年
9 本报记者 李玉明;“结构”,我的生命我的爱[N];中华建筑报;2006年
10 ;合力共建标志性工程[N];中国水利报;2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张双全;大型混流式水轮机水力稳定性研究[D];华中科技大学;2008年
2 吴晓晶;混流式水轮机非定常流动计算和旋涡流动诊断[D];清华大学;2009年
3 胡英;混流式水轮机非定常紊流计算及性能预测研究[D];昆明理工大学;2008年
4 肖若富;中比转速混流式水轮机内流场数值模拟及性能改善研究[D];华中科技大学;2004年
5 宋兵伟;混流式水轮机转轮上冠间隙流诱发的轴系不稳定性研究[D];大连理工大学;2010年
6 干湧;水下悬浮隧道的空间分析与节段模型试验研究[D];浙江大学;2003年
7 王仙芝;多元复合地基设计理论与模型试验研究[D];华中科技大学;2008年
8 江浩;钙质砂中桩基工程承载性状研究[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2009年
9 徐前卫;盾构施工参数的地层适应性模型试验及其理论研究[D];同济大学;2006年
10 冯小平;上海世博园区域供冷系统管网优化设计研究[D];同济大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 余燕;混流式水轮机全流道内部流动特性数值分析[D];兰州理工大学;2010年
2 王飞;高比转速混流式水轮机水力模型开发方案研究[D];兰州理工大学;2011年
3 邵元忠;200米水头段混流式水轮机复合转轮水力模型方案开发研究[D];兰州理工大学;2010年
4 李龙庭;混流式水轮机数值模拟研究与压力脉动分析[D];浙江大学;2012年
5 马越;混流式水轮机内部流动计算及动力特性分析[D];西华大学;2010年
6 金阳;基于数值模拟的长短叶片混流式水轮机流场研究[D];昆明理工大学;2009年
7 胡秀成;基于CFD的长短叶片混流式水轮机研究[D];昆明理工大学;2008年
8 晁文雄;30米水头段混流式水轮机水力模型开发方案研究[D];兰州理工大学;2012年
9 王宏伟;长短叶片混流式水轮机的数值模拟与性能分析[D];西华大学;2010年
10 王超;长短叶片混流式水轮机数值模拟及压力脉动分析[D];昆明理工大学;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026