用微机进行水轮发电机组过渡过程计算

水轮发电机组过渡过程的计算是水电站设计、运行中不可缺少的重要环节。为满足这方面需要,我们研制了贯流式机组,带有不对称分岔、对称分岔管道机组的计算程序。利用本文提供的程序可在PC-1500机上完成忽略蜗壳、尾水管影响的简单管、串连管、对称分岔管,以及带调压室或不带调压室、不同型式水轮机在任意关闭规律下的非贯流式、非转浆式水轮发电机组过渡过程的计算,如图1所示。     

水电站引水系统取消尾水调压室过渡过程计算研究

对洪家渡水电站引水系统在设置尾水调压室和取消尾水调压室两种情况下的过渡过程进行了计算研究。计算表明,通过考虑机组特性、优化机组导叶关闭规律及合理整定调速器参数,该水电站取消尾水调压室的方案是可行的,其各设计参数控制值基本上能满足设计要求。计算成果已作为该电站设计方案比较的依据之一。     

水电站尾水管水击与尾水调压室涌波联合计算

糯扎渡水电站的最大工作水头为215m，安装了9台机组；其尾水系统采用3台机共用一个调压室和一条尾水隧洞的布置方式，无工程设计经验借鉴，应进行水击和调压室涌浪的研究．为此，采用特征线法．以尾水支洞与调压室连接处的压力为纽带，对该水电站尾水管水击和调压室涌浪进行了联合求解，模拟了典型工况尾水管的水击时间过程和调压室涌浪时间过程，得出了尾水管的最大水击压力和其发生的位置，以及调压室的最低涌浪水位数值计算结果与试验结果基本吻合．尾水位在最低和正常水位之间变动，突甩负荷时，尾水系统不会产生真空：调压室最低涌浪水位高于设计所要求的最低涌浪水位，说明该尾水系统的设计是合理的．     

抽水蓄能电站泵工况断电过渡过程数值试验

建立包括引水系统、调压井、水泵水轮机组与尾水系统等部件的抽水蓄能电站几何模型,采用基于VOF两相流模型的三维湍流计算方法对其泵工况断电过渡过程进行了数值试验研究,获得并分析了若干参数随时间的变化规律和不同时刻流场的演变过程,与电站原型试验资料进行了对比.结果表明:机组转速、蜗壳和尾水管进口静压极值与试验结果基本一致,三维湍流过渡过程研究方法具有较高精度.电站外特性变化剧烈,依次经历水泵、制动和水轮机瞬态工况.各部件流场的演变与外特性的变化密切相关,相互影响.制动工况流量变化存在"拐点",相应时刻反向流量最大,叶片压力不均匀,尾水管流态较差,有明显的水击现象.     

中高水头水电站水轮机导叶关闭规律鲁棒性综合评价

水电站的导叶关闭规律影响水力瞬变过程，应具有良好的鲁棒性能。本文运用罚函数和权函数从蜗壳水压最大上升率、尾水管最大真空度、机组转速最大上升率等3个方面对水轮机大波动过渡过程评价指标进行分析，构建了导叶关闭规律鲁棒性的综合评价方法。采用正交试验法，评估了中高水头水电站不同拐点时间、拐点开度和导叶有效关闭时间对这3个调节保证参数的影响。结果表明：导叶有效关闭时间对调节保证参数的影响相对较小，而拐点开度和拐点时间显著影响水锤压强和机组转速之间的平衡。导叶关闭规律的综合评价结果不仅可使各调保参数具有足够的安全裕度，而且具备良好的鲁棒性，可为中高水头水电站导叶关闭规律的合理选择提供参考。     

两机共用的尾水调压室水力特性试验研究

针对两台机组共用的尾水调压室进行了水力特性试验，研究了尾水调节室流量经、阻抗孔口水中水流方向及孔口开关形状对尾水调压室水头损失系数的影响，试验结果表明，阻抗式不调压室的水头损失系数并不是现有文献所描述的那种仅与孔口形状充方向有关的常数，而一个与流量比有关的变量，文中给出了不同阻抗也口的高压室水头损失系数关于流量经的最小二乘拟合公式。     

大型贯流泵站机组启动过渡过程仿真计算

基于刚性水锤理论,分析贯流泵站的泵装置水力特性、泵机组动力学特性.运用最小二乘曲面拟合方法仿真模拟r水泵特性曲线,并将水泵瞬态扬程分解为稳态扬程和惯性水头扬程,相应的水阻力力矩、推力轴承摩擦力矩也分解为稳态力矩和惯性水头引起的附加力矩,建立贯流泵站启动过渡过程计算的有限差分非线性方程组.采用牛顿-莱福森(Newton-Raphson)迭代法对方程组进行求解.利用该数学模型对实际工程中的某大型贯流泵机组启动过渡过程进行了仿真计算.     

水电站动态发电模型

为了揭示水电站功率输出与发电流量及水头损失间的动态变化过程,将水库水体分成长方形水体s1、梯形水体tr、长方形水体s2及三角形水体t等4级,运用牛顿运动定律,分析了压力引水管水体受力情况,推导压力引水管水体动态运动方程,综合考虑压力引水管水头损失及水锤压力的影响,建立了水电站动态发电模型.仿真结果表明,模型动态揭示了水电站在发电过程中的水位、流量、水力损失水头等参数间的相互影响关系及其对机组功率输出的影响,揭示了水电站最优发电功率输出与水头变化的动态变化过程,为未来水电站设计更优化的控制调度系统提供新的研究思路.     

Kaplan机组过渡过程轴向水推力计算

安装Kaplan水轮机的低水头水电站,轴向水推力是一个重要的设计和安全运行指标.为精确计算过渡过程的轴向水推力,除用叉管理论以分节集中模拟蜗壳圆周分流的方法,以计及蜗壳的影响来提高过渡过程计算精度外,还利用螺旋桨理论,对过渡过程机组桨叶划水产生的轴向水推力进行模拟计算.讨论了各种因素对轴向水推力的影响,包括各项推力系数的选取和修正.计算结果接近目前的实测资料,说明此计算模型是简单、合理、有效的.     

双机共变顶高尾水洞系统水力干扰分析

采用有压管道特征线法、跟踪明满流分界点的明渠改进狭缝法和状态方程数值计算的联合算法,结合相应的边界条件,研究变顶高尾水洞方案的水力干扰问题,并与尾水调压室方案进行了比较分析,结果表明：变顶高尾水洞方案水力干扰对运行机组稳定性和调节品质的影响较尾水调压室方案小,此水力特性为变顶高尾水洞的应用提供了可靠的比选依据．     

抽水蓄能电站极端甩负荷工况球阀协同调节

为解决某些抽水蓄能电站设计方案在极端甩负荷工况下单纯采用优化导叶关闭规律的策略不能将蜗壳和尾水管压力限制在允许范围内的问题,提出了一种进水球阀与导叶协同调节的过渡过程控制策略,并通过一维数值模拟评估了导叶关闭规律、水泵水轮机特性及球阀关闭规律等因素对机组转速、蜗壳及尾水管压力的影响。工程实例表明:进水球阀协同导叶参与调节的控制方式对机组转速、球阀进口压力以及尾水管进口压力的第1波变化影响较小,但可显著降低机组转速和球阀进口压力的第2峰值,提高尾水管进口压力的第2波谷值。该调节方式还可有效避免机组进入小开度下的"S"形不稳定区,达到改善水击压力和减小压力脉动的效果。     

水泵水轮机内部压力脉动特性研究

为了研究水泵水轮机内部不同部位处的压力脉动特性,采用计算流体动力学软件对设计工况点下水泵水轮机三维全流道内部流动进行了非定常数值计算,同时监测了蜗壳隔舌附近、顶盖处、转轮与活动导叶之间以及尾水管锥管处的压力脉动。通过分析计算所得的压力脉动结果表明:机组顶盖区域压力脉动相对较为明显,水轮机工况下的脉动频率以2倍叶倍频为主,水泵工况时脉动频率以1倍的叶倍频为主;对于转轮与导叶间的无叶区域,水泵工况和水轮机工况脉动频率均为1倍叶倍频,且该处的监测点的压力脉动频率主要由于转轮与活动导叶之间的动静干涉产生;在转轮内水轮机工况时的压力脉动频率呈现多样性,水泵工况时则都以转频的倍数为主;尾水管直锥段的主频率在最优工况下等于1倍叶倍频,振动幅值较小。     

水泵水轮机制动工况内流特性分析

为研究水泵水轮机在制动工况运行时内部流动特性,在确定的等开度线上选取具有代表性的制动工况点,对其进行了全流道数值计算.选用SST k-ω湍流模型,采用SIMPLEC耦合算法,对选定工况点的机组整体流动域内的三维复杂流态进行了分析.结果表明:机组进入制动工况后流态总体上呈现出不稳定状态,多伴有大尺度漩涡的产生.其中蜗壳及固定导叶内流动较为平稳,自活动导叶进口处出现小尺度漩涡,在转轮中流态不稳定达到极致,叶道间出现大尺度漩涡;转轮进出口流动虽以水轮机工况流动方向为主,但受转轮内大尺度旋涡及离心力影响,回流严重流动紊乱,流态转入反水泵工况的趋势明显;尾水管内流动呈现显著的螺旋态,从进口开始流动回旋紧贴壁面,直锥段出现大幅回流反向进入转轮区域.此工况机组整体流域的复杂流动势必加剧机组的振动,对其稳定运行造成极大的影响.     

水电站按出力过程调节计算与微机程序

在文（１）基础上．本文进一步论述水电站调节计算的通用数学模式。该模式考虑了水电站引水道中的水头损失、水库蒸发与渗漏损失，可适用于任何水库地形、水电站下游尾水断面形状、水库入流与水电站出力过程的径流调节计算，具有广泛的通用性。     

异常低水头下水泵水轮机压力脉动特性分析

为了研究水泵水轮机在异常低水头下内部流动的压力脉动特性,以某抽水蓄能电站模型水泵水轮机为研究对象,基于大涡模拟方法,对模型机组进行全流道非定常数值计算.结合试验数据,分析异常低水头下流道内不同位置处压力脉动特征和流态特征,讨论流量变化对机组压力脉动特性的影响.结果表明:异常低水头下,压力脉动主要由"导叶-转轮-尾水管"之间的两级动静干涉以及肘管段结构弯曲引起水流撞击等因素共同引起;流量变化对导叶后转轮前压力脉动的频率和幅值影响不大,仅在小流量区有所区别;尾水管内压力脉动的低频值和幅值受流量变化的影响较大,而高频值则在各种流量状况下均未出现.与正常运行工况相比,水泵水轮机在异常低水头工况下的压力脉动特性明显增强,对机组的稳定性和安全性造成了十分不利的影响.     

含明满流水电站尾水调压室稳定断面面积推导

基于托马假设条件,并考虑了明满流尾水系统中的水位波动对电站机组稳定性的影响,推导了含明满流的尾水调压室稳定断面面积计算公式.由该公式计算得到的调压室断面面积分为两部分:第一部分调压室断面面积为下游低水位对应的调压室稳定断面面积;第二部分调压室断面面积为满流时对应的调压室稳定断面面积,其洞身沿高度方向呈倒喇叭型.这种结构既减小了调压室的开挖工程量,又降低了调压室结构支护难度.该公式与托马稳定断面面积公式相似,方便实用,并经过工程实例验证了其合理性、经济性和安全性,可用于实际工程设计.     

基于多路径传递的水电站厂房流激振动分析

为研究水电站厂房流激振动传导机制,对振动传递路径进行了分析,采用重整化群(RNG)k-ε模型对混流式水轮机蜗壳、导叶、转轮及尾水管全流道进行了三维非定常湍流计算.基于湍流计算结果对转轮部件上的脉动压力进行了积分计算,给出了解析计算和数值模拟相结合的轴向水推力脉动特性计算方法,并沿着蜗壳/尾水管→厂房结构、转轮→轴系→机架基础→厂房结构这两条振动传递路径对厂房振动进行了计算分析.结果表明:整个流道内压力脉动程度较大的区域主要集中在尾水管直锥段以及弯肘段,频率主要为0.83和1.02 Hz,即转频的1/5和1/4,受尾水管低频涡带向上游传播影响,蜗壳区也出现了低频脉动压力;轴向水推力是机组垂直动荷载的重要部分,具有明显的脉动特性,转轮上冠与顶盖、转轮下环与基础环之间的空腔压力是形成轴向水推力的主要组成部分;蜗壳/尾水管→厂房结构这条振动传递路径是最直接也是作用最明显的,是厂房振动的主要诱因.     

轴流泵起动过程的数学方程

为了对大型轴流泵—电动机组的起动过程进行系统分析计算,本文根据水泵特性,考虑了水流惯性,水头损失以及出水流道空气压力升高等因素,建立了轴流泵起动过程的数学方程式,从理论上解决了轴流泵在起动过程的负载转矩计算问题.利用这些方程式进行计算表明,起动过程中水流惯性是水泵负载转矩的主要因素,对起动过程有重要影响.     

浅谈钢衬化学接触灌浆在发电厂房尾水管中的应用

蒙江流域黄花寨水电站发电厂房1～2#机组尾水钢衬及管型座外环已安装施工完成。由于施工条件限制及混凝土干缩特性的影响,对尾水锥管、管型座外环进行锤击检查,发现尾水锥管、管型座外环下半部,存在不同程度的脱空现象。为确保电站机组的安全运行,需对脱空部位进行化学接触灌浆处理。     

贯流泵站液压快速闸门断流停泵过渡过程分析

基于刚性水锤理论,分析了贯流泵站泵装置水力特性、泵机组动力学特性,并运用最小二乘曲面拟合方法仿真模拟了水泵全特性曲线;建立了贯流泵站液压快速闸门断流停泵过渡过程计算的有限差分非线形方程组,并采用牛顿莱福森(Newton-Raphson)迭代法对方程组进行求解.利用该数学模型数值模拟了南水北调淮安第三抽水站贯流泵机组停泵过渡过程,结果表明,该数学模型能较好地模拟贯流泵站停泵过渡过程.