大型混流式水轮机小负荷工况振动研究

研究了大型混流式水轮机小负荷工况下运行的振动，在小负荷工况下运行，水轮机轮进口冲角很大，由此产生脱流，形成叶道涡，在尾水管形成涡带，涡带压力脉动引起了水轮机的振动，通过对小负荷区的试验研究，提出了小负荷区振动的解决办法。     

非同步导叶对水泵水轮机制动工况下振动特性的影响分析

为研究带MGV(非同步导叶)装置水泵水轮机制动工况下机组振动特性,以某模型水泵水轮机为研究对象,基于分离涡(detached eddy simulation,DES)湍流模型,通过研究水泵水轮机制动工况下无叶区流动状态,分析设置MGV装置预开活动导叶后对流动的影响.选取预开导叶分别为24 mm和33 mm,并设计四种非同步导叶布置策略,通过全流道数值模拟获得机组在低负荷启动时振动的最优方案.结果表明:水泵水轮机的振动主要是由导叶后转轮前无叶区产生二次流与转轮内部叶道出口段回流而引起;预开导叶对制动工况下机组运行的振动问题具有优化作用.     

长短叶片水轮机尾水涡带动态特性数值分析

在保证CFD模拟长短叶片混流式水轮机可靠性的基础上,通过改变蜗壳进口流量,模拟得到了水轮机历经额定运行、甩负荷、部分负荷稳定运行、增负荷和额定运行五个阶段的尾水涡带演变规律.结果表明:长短叶片水轮机偏负荷工况不会形成常规混流式水轮机的螺旋涡带,尾水管边壁压力脉动幅值较小.采用Q准则和本征正交分解(POD)方法分析尾水涡带结构,当流量改变时,主流在尾水管中心和边壁之间转移,伴随复杂的涡带结构演变.随着负荷减小,单一柱状涡带、多级缠绕螺旋涡带和管壁处多股片状螺旋涡结构所携带能量依次增强,在部分负荷时管壁处螺旋涡结构能量占比达到8%以上.     

东江电厂水轮机尾水管里衬破坏原因初探

以东江水电厂混流式水轮机尾水管里衬破坏为研究对象，采用三维数值模拟方法对尾水管流态进行研究，指出了尾水管破坏是由于尾水管中形成了偏心旋涡产生的对尾水管的横向力，其解决办法是避开小负荷工况区运行或对尾水管补气。     

补气对三峡左岸机组低水头运行稳定性的影响

对三峡左岸ALSTOM机组进行了自然补气和强迫补气试验．讨论了大型真机补气量的测量方法,研究自然补气和底环、顶盖强迫补气等不同补气方式对机组运行稳定性的影响以及补气效果．通过顶盖和底环对机组进行强迫补气,可以降低小负荷运行区的水压脉动值以及机组运行的噪声,在大负荷工况下由于特殊压力脉动所引起的机组振动也明显减小．     

中心孔结构对混流式水轮机压力脉动的影响

针对混流式水轮机中广泛存在的压力脉动问题,通过3维非稳态流动分析方法模拟了4种中心补气孔结构对模型水轮机内压力脉动的影响。结果表明:中心孔补气可以缓解部分负荷工况下的压力脉动。从该文的模型水轮机分析,补气孔长度为30mm时,尾水管涡带的尺度减小。该补气方案可以较好地减轻水轮机内的压力脉动,并恢复尾水管中的静压。无论是否补气,尾水管中的低频成分都是水轮机压力脉动的主要成分,而且在偏低流量工况下,尾水管内的低频压力脉动将传播至导叶之前的流道。因此,减小尾水管中涡带运动规模是控制水轮机压力脉动的基本方向。     

混流式水轮机部分负荷下的叶片动载荷模拟

通过求解三维不稳定Reynolds平均Navier-Stokes方程,并采用RNGk-ε模型实现方程的封闭,对3个不同转轮在部分负荷下进行了包括导叶、转轮、尾水管在内的三维不稳定流动计算。结果表明:由于水轮机转轮的旋转,在部分负荷工况下,由尾水管内涡带引起的转轮内的压力脉动主要频率fr是转频fn与涡带压力脉动频率fd之差;同时转轮内压力脉动还有导叶通过频率和转频及其倍频等成分;在66%左右开度下叶片上压力脉动幅值一般大于80%左右开度下的值;在同一工况下,叶片背面的压力脉动幅值一般大于叶片正面的值。     

转轮出口流态对尾水管内压力脉动的影响

为寻找尾水管压力脉动与转轮出口流态的关系,揭示影响尾水管内不稳定流动的主要因素,采用了SIMPLEC方法和RNGk-ε模型,计算了混流式转轮在各种稳定工况下的流场,重点分析典型工况下的出口流态;针对这些典型工况进行不稳定流动计算。分析表明,尾水管内部涡带的形成不仅与转轮出口圆周速度有关,而且转轮出口有无回流和回流区的大小与涡带形成和涡带特征密切相关。     

新的螺旋桨尾涡近似方法

基于解析尾涡模式,提出了一种新的尾涡近似方法．尾涡分为近区和远区．在近区,尾涡在选定扇形截面上解析地求出,在其他处通过非线性插值求得;利用了解析尾涡的特点同时减少了计算量．根据流体连续性方程确定尾涡的收缩半径,避免了梢涡半径的不收敛性,为重负荷螺旋桨设计和非设计工况下螺旋桨性能计算提供了一种有效的尾涡近似计算方法．     

基于LBM的贯流式水轮机甩负荷特性研究

基于格子Boltzmann方法(LBM),采用壁面自适应局部涡黏模型,对原型贯流式水轮机甩额定负荷的瞬态过程进行了大涡模拟,获得了在活动导叶两段关闭方式下水轮机甩负荷过程中转轮转速、水力矩、轴向力等工作参数的变化规律,探讨了贯流式水轮机在甩负荷过程中导叶和转轮前后的水压变化.计算得到甩负荷过程中转轮最大转速上升率为36.7%,满足电站甩负荷调节的要求.较慢的导叶关闭速率可以降低水压力波动的幅度.对甩负荷过程中水轮机各过流部件内的瞬态流场进行了分析,结果表明:在水轮机甩负荷过程中,水流冲角的变化使得叶片表面产生低压区从而引起空化空蚀,在转轮和尾水管内部存在湍流涡及复杂的二次流动,影响系统的运行稳定性.     

风电机组主轴承选型与设计分析

分析比较了各种风电主轴承布置和选型的特点,包括使用调心滚子轴承的三点支承布置形式、双列圆锥滚子轴承与圆柱滚子轴承的组合、两个单列圆锥滚子轴承的组合、双列圆锥单轴承等,提出了根据不同的风机结构形式、载荷特点、受力状况、成本、重量等因素来设计轴系布局的思路。研究了影响风电轴承可靠性的综合因素,介绍了风载、传动系和轴承之间的相互作用关系。基于一个轴承可靠性分析的实例,分析了复杂地形的异常风切变和湍流对载荷和轴承失效的影响,发现大量发生风机故障的风场都存在共性,故障机位点的地形和风况条件较复杂,例如机位点坡度陡峭,机位点旁边有山包、陡壁、深谷等不利地形特征,各个机位的相互距离过近,造成较大尾流影响等。这类因素容易产生异常风切变和湍流,导致风载超出轴承的设计载荷。讨论了对风场的地形和风资源进行深入分析研究的方法。     

基础环式风机基础周期荷载损伤特征分析

基础环式风机基础的损伤累积破坏影响风力机系统的安全运行。针对基础环式风机运行过程中基础混凝土损伤问题,以内蒙古某49.5MW风电场为例,利用ABAQUS有限元软件建立风机基础混凝土损伤模型,对比分析了静力荷载工况与周期性荷载工况下基础混凝土损伤变化规律。结果表明：静力荷载工况下,基础主要产生拉伸损伤,受压性能稳定,钢筋骨架未达到极限状态;相较于静力荷载,在周期性荷载作用下,拉伸损伤区域增大3倍,竖向扩展增加3倍,压缩损伤面积扩展2倍,位移量增加1.6倍,钢筋应力增大0.5倍,有助于解释周期性荷载作用下基础的损伤行为。     

不同运动负荷对中学生注意集中性影响的实验研究

以16名中学生为研究对象,采用文献资料法、数理统计法和实验法（EP701C——注意力集中测试仪）等多种研究方法,对不同运动负荷对注意集中性进行实验研究。结果显示：安静状态和小、中、大3种运动负荷状态对注意集中性有显著影响,其中,中运动负荷和大运动负荷对注意集中性的影响最为显著,大负荷使“在靶时间”减少而“脱靶次数”增加。     

海上浮式风机载荷计算与动力学分析研究综述

海上浮式风机是目前最具开发潜力的新型风电技术,能为蕴藏丰富的深海风能开发提供有效的解决方案.由于浮式基础的大幅度运动、缆索的非线性大变形、叶片和塔架的大柔性及叶片承受的巨大运行风载荷,使得风浪流载荷作用下海上浮式风机系统耦合动力学分析面临着巨大的挑战.考虑到海上浮式风机特有的运动和体型特征,论述了海上浮式风机水动力学、气动力学、锚泊系统动力学和刚柔耦合动力学分析等方面的研究进展,阐明了现有载荷计算和动力学分析方法存在的局限性和可能的解决方法,指出未来应从全局系统出发研究水动力学、气动力学和结构动力学耦合问题,从而发展并形成海上浮式风机的专业分析方法与工具.     

海浪作用下的风力发电机组总体性能仿真

为研究海上风力发电机组在复杂多变且环境恶劣影响下整机的工作性能,使用仿真技术进行模拟分析.采用GDW动态入流理论进行风力机气动载荷计算分析,Airy线性波理论进行波浪载荷计算分析,建立风力机传动系统的MATLAB/simulink数学模型及ADAMS多柔体动力学模型,并将MATLAB/simulink控制系统模型同ADAMS进行风力机系统总体性能的联合仿真.对某厂家5 MW海上风力发电机的仿真数据同Bladed软件结果比较表明,该联合仿真方法可以较好地模拟风力机的总体性能.     

混流式水轮机转轮应力场的有限元分析

混流式水轮机是大型水电站的重要设备之一,在运转中,水轮机转轮的叶片上常常有疲劳裂纹发生,本文借助于有限元法给出了叶片中的应力场,并提出了产生疲劳裂纹的原因,同时还讨论了叶片的工作载荷,为研究混流式水轮机转轮叶片的疲劳强度提供了有用的资料。     

小流量下尾水管锥管内流的PIV测试试验研究

采用PIV激光内流测试设备对一个改进的HL220转轮模型试验所使用的尾水管锥管流场进行了测试,并对所测试各截面上的流场分布进行了详细的分析,研究了小流量工况下锥管径向面和于午面上的流场分布规律．结果表明：在小流量工况下,尾水管锥管内的瞬态流场呈现出明显的非定常特征,锥管中心处存在明显的回流,管壁处存在涡流;不仅小流量工况下的流场与最优工况下流场存在明显区别,小流量工况下瞬态流场与时均化流场的分布规律之间也存在一定的差异．PIV测试中采集收集的实验数据,有助于混流式水轮机小流量下尾水管非稳定性分析的内在机理研究,为CFD分析提供对比依据．     

极限载荷下风力发电机轮毂损伤分析

针对传统风力发电机轮毂服役载荷环境的不确定性和多样性,在极限载荷下进行风力发电机轮毂损伤研究和结构优化.首先,按叶片坐标系对轮毂模型施加极限载荷,得到轮毂应力云图,求解轮毂在极限工况下的强度;然后,结合S-N曲线和Miner累积损伤准则对轮毂等效应力进行平均应力修正,求解轮毂表面的损伤变化规律;最后,对轮毂结构进行结构拓扑优化,并对优化后的轮毂进行重新建模和静强度分析.结果表明:结构优化后轮毂质量减少9.2%,满足强度要求,为后续轮毂结构优化提供理论基础.     

多工况下兆瓦级海上风电齿轮箱均载性能优化设计

针对兆瓦级海上风电齿轮箱行星级均载性能易受到时变非扭载荷影响的问题，该文提出了多风速工况下风电齿轮箱行星级均载性能优化方法。通过建立某型5 MW海上风电齿轮箱系统动力学模型，分析不同风速工况对其行星级内部激励和均载特性的影响规律，进而采用支持向量回归方法，重构风速工况齿轮修形参数均载系数之间的映射关系，建立考虑不同风速工况影响的齿轮箱行星级均载系数优化模型，实现多风速工况下行星级齿轮修形参数优化设计。研究结果表明：由风速工况变化造成的时变非扭载荷会使行星级的齿面和轴承出现偏载现象，并且在低风速工况时非扭载荷会显著降低行星级均载性能；优化后的风电齿轮箱在不同风速工况下其行星级内部激励均明显降低，齿面和轴承载荷分布更加均匀，均载性能得到明显提升。     

对水轮机导叶最优关闭规律的探讨

水电站运行的大波动过渡过程中,为了最大限度地减少水压上升值与转速上升值,通过导叶关闭规律来解决大波动过渡过程中水电站的运行安全问题是最经济的有效措施之一.目前,普遍采用导叶两段或三段关闭规律,实践表明,随着水轮发电机组容量的增大和水轮机工作水头范围的增大,这种固定的两段或三段导叶关闭方式不能有效地控制机组在大波动水力过渡过程中的稳定性.提出了根据水轮机工作参数的变化实时地改变导叶关闭方式的非固定模式的导叶关闭方式,能更有效地提高水电站运行的稳定性和安全性.