1000MW混流式水轮机压力脉动分析
混流式水轮机压力脉动与振动稳定性研究进展
混流式水轮机压力脉动与振动稳定性研究进展桂中华;常玉红;柴小龙;王勇【摘要】混流式水轮机水力振动是影响水电站安全稳定运行的关键问题之一,研究混流式水轮机不稳定流诱发的压力脉动和振动问题,对于提高机组和水电站的运行稳定性有着十分重要的意义.本文着重介绍了水轮机压力脉动与水力稳定性模型试验、水轮机压力脉动与振动数值模拟以及水轮机转轮动应力与叶片裂纹研究方面的最新成果.在总结、分析现有研究成果的基础上,提出了混流式水轮机压力脉动和振动稳定性领域需要进一步研究的问题.【期刊名称】《大电机技术》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】5页(P61-65)【关键词】混流式水轮机;压力脉动;振动稳定性;动应力;现状【作者】桂中华;常玉红;柴小龙;王勇【作者单位】国网新源控股有限公司技术中心,北京100073;国网新源控股有限公司技术中心,北京100073;国网新源控股有限公司技术中心,北京100073;国网新源控股有限公司技术中心,北京100073【正文语种】中文【中图分类】TK733+.10 前言混流式水轮机转轮的振动，关系到机组能否正常运行，是水利水电建设中亟待解决的关键问题之一。
由于混流式水轮机转轮叶片是不可调的，在非设计工况下，转轮叶片的进口边附近将会发生脱流。
脱流产生后，容易使这个区的水流变得不稳定而引起压力脉动，同时转轮叶片出口漩流会在尾水管中形成涡带，尾水管涡带在周期性非平衡因素的影响下产生偏心，这种偏心的涡带运动产生的压力脉动[1]，通过反射、传递作用于转轮叶片。
混流式水轮机在多种水力激振力的共同作用下，产生叶片压力脉动和自激振动，严重时甚至导致叶片裂纹，威胁机组的安全运行。
近年来，国内外多家水电站相继出现了转轮叶片振动与裂纹，如俄罗斯的萨阳、美国的大古力，我国的岩滩、天生桥2级、李家峡、五强溪、大朝山等，水力稳定性诱发水轮机的振动问题引起了行业界的普遍关注[2]。
进入21世纪后，我国有一大批容量为700MW的特大型机组陆续投入运行，一旦发生振动或裂纹问题，其影响和危害将更为严重[3]。
水轮机压力脉动的原因
水轮机压力脉动的原因
1. 水轮机压力脉动的原因之一可能是水流不稳定啊！就好比你走路，一会儿快一会儿慢，能不别扭嘛！比如水轮机进水口的水流时急时缓，这压力能不脉动嘛！
2. 转轮设计不合理也是个大问题呀！这不就像给人穿了一双不合脚的鞋，能舒服吗？要是转轮的形状不适合水流，那压力脉动肯定就来了呀！
3. 水轮机内部的杂质积累多吓人呀！就像血管里有了血栓，能不影响正常运行嘛！比如说水里有很多泥沙之类的杂质堆积在水轮机里，压力能不波动嘛！
4. 运行工况不合适也会导致压力脉动哦！这就好像让你在大太阳下跑马拉松，你能吃得消嘛！像水轮机在超出它能力范围的工况下运行，压力肯定不稳定啦！
5. 管道系统有问题可不行呀！这跟人的血管有毛病一样严重呢！要是管道有堵塞或者泄漏，那水轮机的压力能不奇怪地脉动嘛！
6. 水轮机的安装不准确也得重视呀！这就像搭积木没搭好，能牢固嘛！比如安装的时候没对正，那压力脉动就容易出现了呀！
7. 水流中的气泡也是个捣蛋鬼哟！这就像汤里有很多气泡，看着就不平静嘛！当水中有大量气泡时，水轮机压力能不脉动嘛！
8. 机组的振动也会引发压力脉动呢！这就好像地震了房子会晃一样呀！要是机组本身振动厉害，那压力脉动肯定跟着来啦！
9. 操作人员的不当操作也会惹祸呀！这不跟开车开得乱七八糟一样嘛！要是操作人员瞎搞，水轮机的压力能正常嘛！
10. 外界干扰因素也不能小瞧哇！这就像你正专心做事，旁边有人一直捣乱，能不烦嘛！像外界的震动、噪声等干扰了水轮机，压力脉动就容易出现了嘛！
我觉得呀，水轮机压力脉动的原因真的很多很复杂，我们得认真去研究和解决，不然会出大问题的！。
三峡水轮机的三维非定常湍流计算和压力脉动分析
图３ＩＩ工况尾水管截面压力分布图图４ＩＩ工况尾水管测面２的压力分布随时间变化图４．３压力脉动幅值的计算结果分析在四个部分负荷工况下，分别对水轮机内的非定常流场进行了模拟，记录下引水部件４个测点和尾水管６个测点的压力随时问变化的情况，可以得到压力脉动的峰峰值，并计算出峰峰值与总水头的比值，即压力脉动的幅值。
对尾水管六个测点的脉动幅值数据进行分析，可知：（１）同一测面上２个测点的压力脉动幅值相差不大。
这说明，尾水管内压力脉动传播过程中，在同一截面上各点的脉动能量传播保持平衡。
（２）测面１上的点压力脉动幅值是测面２、３上的点压力脉动幅值的０．６倍左右，而测面２、３上的点压力脉动幅值比较接近，脉动较强。
这说明，尾水涡带从转轮出口开始发展，在弯肘段的２、３截面处发展到最强，最后流过支墩，直至出口。
因此，取测面２上２ａ、２ｂ点中压力脉动幅值较大者，作为尾水管内总体压力脉动的幅值，并与试验结果比较，同时将引水部件４个测点的压力脉动幅值记录下来，列表１如下所示。
同一工况下，比较引水部件４个测点和尾水管内的压力脉动幅值，可以看出：（１）尾水管内的压力脉动幅值最大，说明了，尾水管内的压力脉动是影响水轮机稳定运行和造成压力脉动及噪声的最重要因素，需要通过合理的水力设计，降低尾水管内的压力脉动。
（２）尾水管内的压力脉动幅值最大，转轮前、活动导叶前、固定导叶前和蜗壳进口的压力脉动幅值依次减小，说明了，尾水管涡带是水轮机中压力脉动的最主要脉动源，它的压力脉动在水轮机中从尾水管向上游传播，造成了从尾水管到引水部件压力脉动的逐渐减弱。
（３）尾水管内的压力脉动，大部分工况下计算结果和试验结果接近，只在工况ＩＩ预测出更大的压力脉动，说明了计算预测压力脉动的准确和安全性。
表ｌ四个部分负荷工况下水轮机各测点压力脉动幅值计算结果及与试验的比较４．４压力脉动频谱的计算结果分析在四个部分负荷工况下，记录下备测点的压力随时问变化的计算结果，并对这些信号进行三峡水轮机的三维非定常湍流计算和压力脉动分析作者：邵奇， 刘树红， 戴江作者单位：邵奇,刘树红(清华大学热能工程系)， 戴江(国长江三峡工程开发总公司)本文链接：/Conference_5701389.aspx。
浅谈混流式水轮机压力脉动
浅谈混流式水轮机压力脉动谈混流式水轮机尾水管压力脉动[摘要]发电厂所关心的三大问题是效率、稳定性和空化空蚀。
而目前，水轮机的效率已经达到90%以上，抗空蚀性能也大幅提升，因此水轮机的稳定性显得越来越重要。
水轮机尾水管压力脉动是影响机组稳定性的主要因素之一，其不仅会引起机组的振动、出力摆动、叶片裂纹和尾水管壁撕裂等，当压力脉动剧烈时甚至会引起相近机组或厂房的共振，直接威胁到电站的安全运行。
[关键词]混流式水轮机；尾水管；压力脉动；涡带Study on the pressure pulse in the Draft Tube Of Francis Turbine Key Words:Francis turbine;draft tube;pressure fluctuation;vortex Abstract:The pressure pulse in the draft tube of Francis turbine brings on the unsteady operation for hydro_power unit.Moreover,the severe pressure pulse will threaten the safety of powerstation.Researches have unveiled that the eddy in the draft tube is the principal reason to the unit vibration.So it is important to solve the problem of pressure pulse based on the study of vortex.一、压力脉动压力脉动是相对循环压力脉动而言的，所谓压力脉动就是压力不均匀的作用于被作用对象上，在某个部位有集中或是较大的压力，且这种压力单次持续的时间不长，有可能呈现一定的周期性。
1000MW机组闭冷水压力异常波动的原因分析与对策
1000MW机组闭冷水压力异常波动的原因分析与对策发布时间：2021-12-09T10:11:31.758Z 来源：《电力设备》2021年第9期作者：徐海燕朱雷[导读] 作用是向汽轮机、锅炉、发电机的辅助设备提供冷却水，带走相关辅助设备产生的热量。
（国家能源集团谏壁发电厂江苏镇江 212006）摘要：本文介绍了国内某1000MW燃煤机组闭式循环冷却水作用与配置情况,对机组正常运行时闭冷水压力产生异常波动的过程和原因进行分析，并对以后机组运行出现类似的异常情况给出处理经验和方法，保证机组安全运行。
关建词：闭冷器、压力波动、闭冷泵、闭冷水、开冷水、联锁1、闭式循环冷却水系统简单介绍闭式循环冷却水（闭冷水）系统是一个闭式回路并相对独立的循环冷却水系统，采用除盐水作为冷却介质，用开式循环水（开冷水）冷却进行冷却。
系统设2*100%容量的闭式循环冷却泵，简称闭冷泵，和2*100%容量的板式热交换器，简称闭冷器。
作用是向汽轮机、锅炉、发电机的辅助设备提供冷却水，带走相关辅助设备产生的热量。
闭冷泵型式为单级双吸卧式离心式，型号为：400CS-45，密封型式为机械密封，额定流量2300m3/h，扬程45m，效率84%，轴功率337kW。
A泵为工频定速泵，B泵为永磁调节的变速泵。
闭冷器板片材质采用316不锈钢板，宽流道结构，板片间距12mm以上，在污染系数为0.85的情况下，仍能保证闭冷器的换热性能，并留有20%的余量。
2、闭冷水压力异常波动情况介绍异常工况一：某日中班，准备B闭冷器恢复作备用，先派副职至就地关相关放水门，开相关放空气门，并检查B闭冷器本体正常。
19时57分，开B闭冷器闭冷水进水门2闪进行充压，就地检查B闭冷器闭冷水侧空气门无空气放出，B闭冷器本体无异常，DCS显示闭冷水母管压力无变化，19时58分，继续开B闭冷器闭冷水进水门1闪进行充压，发现闭冷水母管压力大幅下降（闭冷水压力从0.63MPa最低降至0.26MPa），闭冷泵A联动（母管压力0.4MPa联动闭冷泵），就地汇报B闭冷器波纹板连接处漏水，立即关闭B闭冷器闭冷水进水门。
尾水管压力脉动浅析
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份，它的性能会阻碍机组的效率。
混流式水轮机尾水管中的不稳固流动，即所谓的压力脉动，会引发功率的摆动和振动。
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份由蜗壳、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。
导叶操纵通过水轮机的流量。
尾水管呈扩散形，用来增加水轮机的净水头，从而取得更多的能量。
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(尾水管的性能会阻碍机组的综合效率)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。
但事实上，在最高效率点，水流具有小的环量，但是这种小的环量引发的转轮效率损失比由尾水管效率增加的补偿要大。
部份负荷时，进入尾水管的水流和转轮的旋转方向相同；过负荷时，水流的旋转方向那么和转轮相反。
若是进入尾水管的环量过大，就会进展成不稳固的尾水管压力脉动。
尾水管压力脉动在部份负荷和过负荷工况都能发生，它会引发压力脉动，从而致使功率摆动、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形综述。
1969年前，对尾水管压力脉动仅明白两点：第一，压力脉动是由尾水管中螺旋形涡带引发的；第二，压力脉动预期的频率和有关现象能够用一个公式来计算。
那个公式是由AC(Allis-Chalmers)公司的实验工程师Rheingans W I提出的。
cnf (1) 式中f——压力脉动的频率，Hz；n——水轮机转速，r/s；c——3．2～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熟悉。
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，实验是利用空气作为介质进行的。
1000MW核主泵水力计算与压力脉动分析
科学技术创新2020.231000MW 核主泵水力计算与压力脉动分析霍泽宇（哈尔滨电气动力装备有限公司，黑龙江哈尔滨150000）核主泵又叫做核电站反应堆冷却剂主泵，是核电站系统的重要组成部分之一，主要功能是为核反应堆冷却剂提供循环的动力，核主泵的运行既要满足水力的功能性要求，保证运行的稳定，又要考虑到压力脉动的影响。
核主泵内部结构较为复杂，受到叶顶间隙和轮毂旋转等边界因素的影响。
本文通过试验，对轴流式核主泵进行研究，主泵由泵壳、叶轮罩、导叶以及叶轮等部件组成，结构见图1。
首先采用稳态方法计算栗整机流场，将数值与试验值对比分析，确定CFD 数值计算方式的准确，然后又在计算中设置15个压力脉动监测点，用来研究主泵内部的压力脉动规律等情况。
1泵参数及模型1000MW 核电机组轴流泵叶轮设计参数为:设计流量Q=23790m 2/h 、扬程H=97.2m 、运行转速n=1484r/min 、比转速n,=450。
叶轮有5个叶片、14个导叶片。
轴频率f=24.77Hz 、叶轮通过频率fy=123.83、导叶通过频率fd=346.7。
根据参数建立计算模型，由叶轮罩、叶轮、导叶和泵壳组成。
2稳态核主泵水力计算2.1网格及边界条件主泵水力网格的数量以及分布情况对计算结果都会产生一定的影响，直接关系到计算过程中主泵运行的稳定以及数值计算结果的准确。
模型计算中采用的是六面体网格，在旋转部件、流动比较剧烈的位置以及静态壁面等地方都用加密的网格控制。
网格如图2。
流体模型采用的是RNG k-ε模型，进口区域指定了流量，出口区域设定压力边界，壁面无滑移边界。
2.2结果分析在核主泵中，冷却用水从泵壳的进口到出口这一流动过程中是具有一定的能量变化的，图3显示的是主泵剖面压力分布情况。
从图3可以看出，在泵进口到叶轮前阶段之间冷却水压力损失，在叶轮的入口处压力最小，然后叶轮旋转对冷却水开始作用，冷却水的压力随之加大，而后冷却水经过导叶，导叶将冷却水整流并将水速转化为压力能，此时冷却水的压力处于最强，最后冷却水流出泵口，压力逐渐降低。
《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
682019.05.DQGYSTANDARDIZED 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。
混流式水轮机尾水管压力脉动研究
混流式水轮机尾水管压力脉动研究摘要：尾水管压力脉动是混流式水轮机运行过程中非常重要的参考性指标，在不同负荷下，尾水管压力脉动和水轮机振动稳定性有着一定的相关性。
因此，本文针对混流式水轮机尾水管压力脉动进行深入研究，在简单了解尾水管压力脉动的形成机理后，通过实际的试验入手，分析其特性，并且结合实际案例进行探讨。
关键词：混流式水轮机；尾水管；压力脉动；涡带状态引言：如果混流式水轮机尾水管压力脉动存在问题，那么会对尾水涡带状态造成影响，因此，必须要对不同水头段混流式模型水轮机的尾水管压力脉动进行分析。
基于不同相对流量区域内的压力脉动数据，对比原型压力脉动数据，分析变化情况，就能够准确识别尾水管涡带状态，让水轮机的运行更加稳定，提高工作效率。
一、尾水管压力脉动的形成机理混流式水轮机在水电站中，具有重要的任务，一旦运行不稳定，那么就会对水电站的运行造成影响。
混流式水轮机尾水管压力脉动在实际发展过程中，可以分为常规压力脉动、异常压力脉动以及其他压力脉动。
本文以常规压力脉动为主要分析对象，根据得到负荷情况，可以分为小负荷、中负荷、最优工况以及超大负荷这四个方面。
而尾水管涡带是导致压力脉动产生的主要方式，因此先了解尾水管涡带的形成机理，只有揭示尾水管涡带原理，才能够更好的了解压力脉动的形成机理。
尾水管涡带是混流式水轮机在实际运作过程中产生的一种流动现象，只要水轮机运行就必然会产生尾水管涡带。
在水流状态非常复杂的情况下，尾水管涡带并不稳定，还会出现交替消失的情况。
当水轮机的运行偏离最优工况时，转轮进口水流就会形成压力脉动，主要可以从三个方面进行分析，分别为：叶片正面水冲击、叶片背面脱流、此生水冲击。
在实际发展过程中，需要对压力脉动的幅值、频率、相位，主要特征体则体现在幅值特性和频率特性。
从现阶段混流式水轮机尾水管压力脉动试验中可以发现，一般情况下，在测量压力脉动的过程中，主要针对的是压力脉动的相对值，以此作为判断水轮机稳定性的重要依据，但是随着巨型混流式水轮机数量的增加，压力脉动问题日益突出，传统的试验评价方式已经无法满足判断需求，还需要结合实际情况，具体判断混流式水轮机尾水管压力脉动情况，从而保证水轮机运行的稳定性。
混流式水轮机转轮区叶道涡压力脉动数值研究
混流式水轮机转轮区叶道涡压力脉动数值研究张鹏远1, 祝宝山1, 张乐福2（1. 清华大学热能工程系水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京100084；2. 哈尔滨大电机研究所，哈尔滨150040）[摘 要]混流式水轮机在偏离最优工况区运行时，不但在尾水管中有明显的旋转涡带，在转轮区也会有涡束沿着叶片流出，我们称之为叶道涡。
随着大型混流式水轮机的广泛应用，叶道涡有可能对机组的稳定运行产生影响。
本文利用数值模拟技术对某混流式模型水轮机转轮内压力脉动进行研究。
研究表明：转轮区的压力脉动主要是由叶道涡诱发的，叶道涡的频率基本等于转动频率。
[关键词]混流式水轮机; 叶道涡; 数值模拟; 压力脉动[中图分类号] TK730.2 [文献标识码] A [文章编号] 1000-3983（2009）06-0035-04Numerical Investigation on Pressure Fluctuations Induced by Interblade Vorticesin a Runner of Francis TurbineZHANG Peng-yuan1, ZHU Bao-shan1, ZHANG Le-fu2（1. Tsinghua University，Beijing 100084, China;2. Harbin Institute of Large Electrical Machinery, Harbin 150040, China）Abstract: When Francis turbines operate at off design conditions, not only vortex rope in the draft tube occurs but also the vortex bunches, which are called interblade vortices, generate and flow out from the blades. As the huge Francis hydraulic turbines are widely used, the interblade vortices may affect the operation stability of the turbines. In this paper, the numerical simulation is used to investigate the pressure fluctuations in the runner. The numerical result shows that the pressure fluctuations in the runner are mainly caused by the interblade vortices at part load condition. The fluctuation frequency of the pressure is almost equal to the rotational frequency of the runner.Key words: Francis hydraulic turbine; interblade vortices; numerical simulation; pressure fluctuation1前言混流式水轮机存在的水力不稳定问题，长期以来人们比较熟悉与关心的主要是尾水管涡带和卡门涡。
1000MW级巨型混流式水轮机水力性能优化
01
CATALOGUE
绪论
研究背景和பைடு நூலகம்义
巨型混流式水轮机在电力工业中的重要地位
随着能源结构的调整和清洁能源的发展，水力发电作为绿色、可再生的能源，具 有巨大的开发潜力。巨型混流式水轮机作为水力发电站的核心设备，其水力性能 的优劣直接关系到发电站的运行效率和成本。
现有研究的不足
出力是指水轮机在单位时间内输出的机 械能，是衡量水轮机功率的重要指标。
混流式水轮机的性能分析
混流式水轮机的性能分析主要包括： 水力效率分析、空化性能分析、汽蚀 性能分析等。
空化性能分析主要通过实验测试和数 值模拟方法，分析水轮机的空化性能 、空化形态等，为水轮机的抗空化设 计提供依据。
水力效率分析主要通过实验测试和数 值模拟方法，分析水轮机的能量转换 效率、损失分布等情况，为水轮机的 优化设计提供依据。
效率预测
通过数值模拟，预测水轮机的水 力效率，分析各部件对整体效率
的影响。
空化性能评估
预测水轮机的空化性能，分析空 化产生的位置和原因，提出改进
措施。
稳定性评估
对水轮机的稳定性进行预测，分 析不稳定的流态和原因，提出改
进建议。
05
CATALOGUE
1000mw级巨型混流式水轮机 的实验研究与性能验证
结果对比
将实验结果与理论预测、数值模拟结果进行对比，分析差异与一致性。
性能验证与结论
性能验证
结合实验结果与对比分析，验证 1000mw级巨型混流式水轮机的水力性 能是否达到设计要求。
VS
结论总结
根据实验结果与验证情况，总结1000mw 级巨型混流式水轮机水力性能的优化效果 ，并指出存在的不足与改进方向。
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。
水轮机模型压力脉动的测试及方法研究
水轮机模型压力脉动的测试及方法研究作者：郭全宝来源：《科学与财富》2018年第08期摘要：随着国家整体实力的提升以及科学技术领域的进步，水利工程以及水利发电领域的发展得到了不小的创新与突破。
在近几年的发展中，很多科研团队对相关工程领域中涉及到的设备或技术手段进行了全方位的研究，并对相关水利设备的应用原理和特点进行了深入的分析，从而提高设备的应用价值与效果。
水轮机作为相关水利工程项目中的重要设备，不仅受到了很多科研团队的关注，研究团队还对其模型和压力测试方面的内容展开了深入研究，以此来提高水轮机的运作效率。
本篇文章就水轮机模型压力脉动的测试及方法进行简单的论述，仅供相关研究人士参考。
关键词：水轮机模型；压力；测试；方法水轮机在国家水利资源开发以及水利发电等领域的发展中扮演着至关重要的角色，在近几年的发展中受到了很多研究团队的关注。
除了水轮机运作中涉及到的技术手段和制作工艺等，一些科研团队还对水轮机模型压力脉动的测试展开了进一步的研究。
一方面是国家经济实力和科技实力同步提高的影响，另一方面是由于一些传统的测试手段已经不能很好的满足水轮机模型压力脉动研究的需要，需要对相应的方法和手段等进行更新变革才能为研究工作的进一步开展提供有利条件。
1 水轮机模型的意义水轮机相似理论是研究相似水轮机之间存在的相似规律，并确定运行参数之间换算关系的理论。
目前水轮机相似理论已经广泛应用于水轮机设计、制造、选型和最佳运行方案选择上，但由于水轮机水流条件复杂性，根据水轮机模型方法研究水轮机真机的相关特性，必须在保证水流运动相似的条件下进行。
由于水轮机组的电力工程属性普遍有着规模大、投资高、建设难的问题，水轮机试验人员在对水轮机进行设计、制造、选型等工作时无条件用真机对水轮机运行和各项特性进行试验和分析，导致用计算指导实践的弊病，一旦计算与实践脱节出现问题，损失不可估量。
由于模型水轮机具有运转规模小、费用小、试验方便的特点，不但可以随着需要变动工况，还能在较短时间内对水轮机运行整体特性进行分析。
1000MW模型混流式水轮机压力脉动分析
1000M W模型混流式水轮机压力脉动分析赖炳曦\崔秋雯2,韩磊2,宫汝志2,王茜芸3(1.白盆珠水库工程管理局，广东惠州516341; 2.哈尔滨工业大学，哈尔滨150001;3.水力发电设备国家重点试验室（哈尔滨大电机研究所），哈尔滨150040)[摘要]本文针对白鹤滩电站1000MW模型混流式水轮机，在8.47mm小开度、58.8r/min单位转速下的计 算工况点进行非定常数值模拟。
通过提取和分析各个过流部件内部空间测点的压力脉动信号，得到了混流式 水轮机内部压力脉动的分布特点和传播变化规律。
[关键词]混流式水轮机；压力脉动；数值仿真[中图分类号]TK733+.1 [文献标志码]A[文章编号]1000-3983(2018)03-0047-06Pressure Fluctuation of 1000MW Model Francis TurbineLAI Bingxi1, CUI Qiuwen2, HAN Lei2, GONG Ruzhi2, WANG Qianyun3(1. Huizhou Baipenzhu Reservoir Engineering Authority, Huizhou 516341, China;2. Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China;3. State Key Laboratory of Hydrpower Equipment (Harbin Institute of Large Electrical Machinery),Harbinl 50040, China)Abstract: This paper is focused on pressure fluctuation in 1000MW model Francis Turbine. Under 8.47mm guide vane opening, the imsteady numerical simulation is carried out in following twounit-speed: 58.8r/min. We study the pressure fluctuation in the different areas of Francis Turbine, and the propagation law along the flow direction as well. How much the rotational speed of runner will influence frequency as well as amplitude of p ressure fluctuation is showed in this paper.Key words: Francis turbine; pressure fluctuation; numerical simulation〇前g混流式水轮机由于可适应水头范围较宽，流量区间较大，实际工程中应用较为普遍。
混流式水轮机尾水管压力脉动特征信息探究
混流式水轮机尾水管压力脉动特征信息探究近年来,随着混流式水轮机装机尺寸与单机容量逐渐增大,水轮机的稳定性问题日益突出。
其中尾水管压力脉动是造成机组运行不稳定的主要原因之一,它会诱发机械振动,使转轮叶片产生裂纹,影响机组的稳定运行。
为了研究尾水管内压力脉动的特性情况,本文从水轮机尾水管压力脉动试验所得数据出发,研究不同水头段混流式水轮机在不同相对流量区域内的尾水管压力脉动特性以及原型机尾水管压力脉动在不同出力下的脉动特性,并对比分析原模型水轮机压力脉动变化情况,最后提出一种提取尾水管涡带特征的新方法,为水轮机安全稳定运行提供了一定的参考。
主要研究内容如下:探究不同流量区域内混流式模型水轮机尾水管幅值特性和频域特性变化规律及形成原因。
在较小的相对流量区域附近,由于偏离最优工况区较远,受转轮进口水流冲击、次生水冲击等的影响,其压力脉动相对幅值变化范围较大,其最大幅值大体与涡带压力脉动最大幅值相当,并且其频率成分复杂,频带较宽。
在中间相对流量区域附近,该流量区为涡带工况区,其频率成分基本上在0.2～0.5倍的转频附近,同时发现在此流量区域内频率幅值最大的流量区域大致在0.7～0.8这个相对流量区间附近,其压力脉动相对幅值的变化整体上先增大后减小。
相对流量区域0.9～1.1附近,整体上在此区间内相对压力脉动幅值达到最小值,此区间内,尾水管中的流动大致是轴向的,流动阻力及离心力都非常小,无涡带形成,压力脉动波动小,频谱类似于白噪声信号的频谱。
相对流量区域1.1～1.3附近,此相对流量区间内频率成分也相对复杂,有点类似小开度区间,其相对频率f1/fn既有涡带频率,也有多倍转频大小的频率成分,主要与直涡带的强度有关,直涡带的频率幅值较大的话,会出现一个显著的增幅。
同时由于偏离最优工况,存在转轮进口水流负冲角的影响,由于其流量区域较窄且偏离最优流量较小,其受到的影响相对要小,其相对压力脉动幅值相较小开度要小很多。
水轮机工况下水泵水轮机的无叶区压力脉动特性分析
±0.21%
土 0.06%
4〜 20mA 24V/DC DOlOOOHz - l 〇 r~60°C
2017.JV 〇 1
Hale Waihona Puke 大 电 机 技 术61
试验采样频率为2k H z ， 每个负荷工况下机组稳定 后数 据采集2m in 。 表 3 显示了四个测点的压力脉动相对幅值（ Ap /
Characteristic Analysis of Pressure Fluctuation in the Non-blade Area of a Pump-Turbine under Turbine Condition ZHANG Liang1, LI Jinwei2 (1. Yalong River Hydropower Development Company Ltd., Chengdu 610056, China; 2. Beijing IWHR Corporation, Beijing 100048, China) Abstract: Pressure fluctuation in the non-blade Area of a Pump-Turbine is the maxim pressure fluctuation caused by inner hydraulic facts, and is one of the sources exciting to vibration of unit and powerhouse. In this paper, based on the stability test results of a pumped-storage power station, the change trend of pressure fluctuation mixing amplitude according to unit output is discussed, focused on change rules of frequency division amplitude, one thought to study vibration of unit and powerhouse is presented. Keywords: pump-turbine; pressure fluctuation; non-blade area 机组单机容量 250MW ，总 装 机 容 量 为 1000MW。水泵 〇 刖目 水轮机的主要参数如下：转轮名义直径 4.641m ， 固定 导叶和活动导叶均为 2 0 个 ， 转轮叶片9 个 ， 额定转速 抽水蓄能技术是电力系统中作为调节手段的一种 333.3r/m in, 额 定 水 头 3 0 5 m , 最 大 毛 水 头 3 4 6 m , 最小 先 进 技 术 ，是一种行之有效的蓄能装置，在我国被大 毛 水 头 291m 。 力发展[ 1 ] 。 近年来， 数个已投产运行的抽水蓄能电站机 本次稳定性试验布置了压力脉动测点4 个 ，具体 组和厂房出现了比较强烈的振动。经过现场试验分析 布 置 如 图 1 所 示 。蜗壳进口 1 个 ，位 置 在 H P 1 ; 无叶 发 现 ，无 叶 区 （ 活动导叶与转轮之间） 基本是机组内
混流式水轮机压力脉动特性研究
混流式水轮机压力脉动特性研究罗丽;李景悦【摘要】为探究不同长短叶片比例对混流式水轮机压力脉动特性的影响，基于流场数值模拟的计算方法，对不同长短叶片比例的混流式水轮机进行全流道三维非定常湍流计算。
计算结果表明，混流式水轮机内部的压力脉动主要由转轮和导叶的动静干扰以及尾水管的低频压力脉动所致；当短叶片出口离转轮旋转轴最近点处与长叶片直径之比为0.6时，混流式水轮机效率最高，为92.66%，且该混流式水轮机各过流部件对应的压力脉动幅值以及振动幅值也最小，水力稳定性最好。
对研究背景、计算方法与步骤，以及计算结果的分析等情况均作了较为详细的介绍。
%To understand the influence of ratio of long and short blades on pressure pulsation of Francis turbine, on the basis of numerical simulation of flow field, the 3D full-passage unsteady turbulent flow in Francis turbine passage for different ratio of long and short blades was calculated The results show that the pressure pulsation inside the Francis turbine is caused by rotor-stator interaction of runner and stator and the low-frequency pressure pulsation of draft tube. The efficiency of the Francis tur-bine reaches the largest of 92. 66% when the ratio of the closest distance between short blade and rotation axis to the diameter of long blade is equal to 0. 6; meanwhile, the corresponding pressure pulsation amplitude and the vibration amplitude of all flow passage components are the minimum, so the hydraulic stability is the best.【期刊名称】《人民长江》【年(卷),期】2016(047)009【总页数】5页(P95-99)【关键词】非定常湍流;数值模拟;压力脉动;混流式水轮机【作者】罗丽;李景悦【作者单位】西华大学能源与动力工程学院，四川成都610039;西华大学能源与动力工程学院，四川成都610039【正文语种】中文【中图分类】TV734近年来，随着水利资源的大力开发，混流式水轮机以其独特的优越性得到了广泛使用，并逐渐朝着高比转速、大容量、高效率方向发展。
上汽1000MW机组运行中定子冷却水压力波动问题分析与预防
上汽 1000MW 机组运行中定子冷却水压力波动问题分析与预防发布时间：2022-11-08T03:32:57.966Z 来源：《当代电力文化》2022年7月13期作者：杜新江[导读] *公司5号机组自投产以来杜新江大唐三门峡电力有限责任公司河南省三门峡市产业集聚区 472143摘要：*公司5号机组自投产以来，机组运行过程中屡次出现定子冷却水压力波动问题，易造成内冷水压力、流量波动，影响机组安全运行。
本文通过对机组运行过程中内冷水压力变化情况，对其进行原因分析，提出整改措施，从而提高机组安全运行的可靠性。
关键词：定子冷却水；压力；波动On the pressure fluctuation of stator cooling Water in the Operation of Sanmenxia No.5 MachineProblem analysis and preventionDu XinjiangDatang Sanmenxia Power Generation Co., Ltd., Sanmenxia Industrial agglomeration District, Henan Province, zip code: 472143Abstract: since the No. 5 unit of Datang Sanmenxia Power Generation Co., Ltd. was put into operation, the stator cooling water pressure fluctuated frequently during the operation of the unit, which easily caused the pressure fluctuation of internal cooling water and flow rate, which affected the safe operation of the unit. This paper analyzes the causes of the pressure variation of the inner cooling water during the operation of the unit and puts forward some measures to improve the reliability of the safe operation of the unit.Key words: stator cooling water; pressure; fluctuation前言：*公司1000MW机组汽轮机为上海汽轮机有限公司制造的超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、双背压、反动凝汽式汽轮机，机组型号：N1000-28/600/620℃。
混流式水轮机全流道仿真研究与压力脉动分析
混流式水轮机全流道仿真研究与压力脉动分析水力发电中,水轮机占据着水电站的枢纽位置,随着国家积极发展大型水电建设,混流式水轮机成为了应用最广泛的一种水轮机。
以某水电站混流式水轮机为本文的仿真研究对象,通过对水轮机流场进行三维建模的方法,以计算机为实验平台,采用全流道仿真模拟计算方法对水轮机内部流动状况进行研究。
首先介绍本文的研究背景与意义,水轮机内部流动的研究方法,且简要概述国内外混流式水轮机全流道仿真研究的研究现状;其次展开对CFD软件的介绍和计算中所用到的基本理论知识,着重讨论几种湍流的分析计算方法的优劣性;然后结合专业建模软件运用专业CAD软件Pro/Engineer对水轮机全流道的各个过流部件进行三维实体建模,运用专业网格划分软件ICEM对全流道网格进行划分,实现CAD/CFD技术的融合,蜗壳、导叶、转轮等均采用非结构体网格划分,尾水管流场部分采用结构体网格划分。
最后采用选择Realizablek-ε模型作为本次仿真计算模型,针对水轮机的8个不同工况进行仿真数值计算,分析各个过流部件的计算结果,包括蜗壳、活动导叶、转轮、尾水管的速度场与压力场分布,并在此基础上进行非稳态模拟计算,最后得到了尾水管的压力脉动时域分布,分析其压力脉动特性,并推断产生压力脉动原因,找出机组稳定运行区间,为实际工程中的机组稳定性运行提供理论基础,并且为找出不同工况下运行与尾水管压力脉动强度的关系做了初步的探索。
混流式水轮机尾水管非定常流动模拟及不规则压力脉动预测
第4卷 第1期2006年3月中国水利水电科学研究院学报Journal of C hina Institute of Water Resources and Hydropo wer Research Vol 4 No 1March,2006收稿日期:2006-01-01作者简介:桂中华(1976-),男,湖南祁阳人,博士,工程师,主要从事水电站智能控制与诊断、水轮机内流数值模拟及振动数字化预测等研究。
E -mail:guiz h@ 文章编号:1672-3031(2006)01-0068-06混流式水轮机尾水管非定常流动模拟及不规则压力脉动预测桂中华,唐澍,潘罗平(中国水利水电科学研究院机电研究所,北京 100038)摘要:混流式水轮机尾水管内螺旋形涡带引起的压力脉动是造成混流式水轮机组振动的主要根源之一,严重威胁机组的安全运行。
本文基于CFD 技术对一大型混流式水轮机尾水管压力脉动进行了数字化预测,文中首先对该水轮机在典型偏工况下尾水管的内流进行了长时间非定常计算,然后详细讨论该工况下尾水管内死水域与涡带的运动规律,并预测了尾水管的不规则压力脉动,最后对压力脉动预测值进行了分析,结果表明其波形、频率、相位与实际基本一致,证明文中压力脉动的预测方法是可行的。
关键词:尾水管;非定常流动;压力脉动预测中图分类号:TV133 2文献标识码:A水轮机尾水管是能量回收的重要部件,对机组的整体能量特性和稳定运行具有很大的影响,其内部水流从垂直方向转向水平方向,流动受离心力的作用而存在二次流,且过流断面沿流向存在扩散、收缩、再扩散的过程,其流动复杂,常常产生局部脱流和回流等现象。
尤其在偏离最优工况运行时,进入尾水管的流动更加复杂,水流夹带着空化气泡在离心力的作用下形成同水流共同旋进的尾水管涡带,涡带在周期性非平衡因素的影响下产生偏心,这种偏心涡带会大大降低水轮机效率,其诱发的压力脉动频率接近机组的某一个固有频率时,将会引起强烈共振,威胁机组运行的安全性。
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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（a<sub>0</sub>=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(n<sub>11</sub>=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。