一种水轮机高部分负荷压力脉动联合抑制方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种水轮机高部分负荷压力脉动联合抑制方法和装置，包括：获取高部分负荷压力脉动与尾水管涡带的关联信息；根据所述高部分负荷压力脉动与尾水管涡带的关联信息进行转轮泄水锥的分级加长和尾水管曲率调整，以实现抑制水轮机高部分负荷压力脉动。采用本发明专利技术的技术方案，抑制水轮机高部分负荷压力脉动，保障了水轮机的安全稳定运行。保障了水轮机的安全稳定运行。保障了水轮机的安全稳定运行。

【技术实现步骤摘要】
一种水轮机高部分负荷压力脉动联合抑制方法和装置


[0001]本专利技术属于水轮机
，具体涉及到一种泄水锥分级加长与尾水管曲率控制的水轮机高部分负荷压力脉动联合抑制方法和装置。

技术介绍

[0002]高部分负荷压力脉动最初是在水轮机的模型试验中被发现的，其特点是水轮机运行在较大开度接近最优工况下，伴随负荷的增长，水轮机内出现了一个如图1所示，先急剧增长然后急剧衰减以及消失的压力脉动。这类压力脉动发生的工况通常在70％
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90％负荷范围，其峰值出现在80％负荷附近；该压力脉动幅值高，能够达到净水头的30％；高部分负荷压力脉动具有高幅值、高频率、大噪声的显著特点，激振能量巨大，会导致机组的异常振动，诱发厂房共振，严重威胁到电站的安全稳定运行。
[0003]GE公司在三峡左岸机组开发的过程中就遇到了高部分负荷压力脉动的问题，自此高部分负荷压力脉动问题在水轮机的研发设计时引起了重点关注；目前解决高部分压力脉动问题的主要方法有：在转轮出口补入空气、优化转轮叶片线型、更换转轮方案。然而在转轮出口补入空气会损失水轮机效率；优化转轮叶片线型和更换转轮的方案通常技术调整较为复杂、耗时。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是，提供一种水轮机高部分负荷压力脉动联合抑制方法和装置。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：
[0006]一种水轮机高部分负荷压力脉动联合抑制方法，包括以下步骤：
[0007]步骤S1、获取高部分负荷压力脉动与尾水管涡带的关联信息；
[0008]步骤S2、根据所述高部分负荷压力脉动与尾水管涡带的关联信息进行转轮泄水锥的分级加长和尾水管曲率调整，以实现抑制水轮机高部分负荷压力脉动。
[0009]作为优选，步骤1中，通过对不同截面表征涡带公转与自转参数的频率进行获取，并且与对应不同截面上尾水管高部分负荷压力脉动频率特性进行对比分析，得到高部分负荷压力脉动与尾水管涡带的关联信息。
[0010]作为优选，高部分负荷压力脉动的共振频率约为1.72f
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为转频。
[0011]作为优选，所述分级加长转轮泄水锥具体为：加长段的泄水锥为圆柱型，第一级泄水锥的长度与第二级泄水锥的长度相等，且第二级泄水锥超出转轮下环的平面。
[0012]作为优选，所述调整尾水管曲率具体为：增加尾水管的高度且减小肘管段的曲率半径，以增加尾水管直锥管段长度。
[0013]本专利技术还提供一种水轮机高部分负荷压力脉动联合抑制装置，包括：
[0014]获取模块，用于获取高部分负荷压力脉动与尾水管涡带的关联信息；
[0015]抑制模块，用于根据所述高部分负荷压力脉动与尾水管涡带的关联信息进行转轮
泄水锥的分级加长和尾水管曲率调整，以实现抑制水轮机高部分负荷压力脉动。
[0016]作为优选，获取模块，用于通过对不同截面表征涡带公转与自转参数的频率进行获取，并且与对应不同截面上尾水管高部分负荷压力脉动频率特性进行对比分析，得到高部分负荷压力脉动与尾水管涡带的关联信息。
[0017]作为优选，高部分负荷压力脉动的共振频率约为1.72f
n
，f
n
为转频。
[0018]作为优选，所述分级加长转轮泄水锥具体为：加长段的泄水锥为圆柱型，第一级泄水锥的长度与第二级泄水锥的长度相等，且第二级泄水锥超出转轮下环的平面；所述调整尾水管曲率具体为：增加尾水管的高度且减小肘管段的曲率半径，以增加尾水管直锥管段长度。
[0019]本专利技术在高部分负荷压力脉动与尾水管涡带具有直接关联的基础上，依据高部分负荷压力脉动的共振理论，通过对转轮泄水锥的分级加长、尾水管曲率控制，抑制了水轮机高部分负荷压力脉动，其效果显著，保障了水轮机的安全稳定运行，本专利技术具有良好的适用性和可推广性，大幅度缩减了水力设计阶段花费在抑制高部分压力脉动所需的时间成本。
附图说明
[0020]图1为典型的高部分负荷压力脉动幅值图；
[0021]图2为本专利技术水轮机高部分负荷压力脉动联合抑制方法流程图；
[0022]图3为分级加长泄水锥结构示意图；
[0023]图4为尾水管曲率控制前后对比图
[0024]图5为尾水管监测截面示意图；
[0025]图6为三个截面上涡带形状的平面投影示意图；
[0026]图7为椭圆型涡带相关参数示意图。
具体实施方式
[0027]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0028]实施例1
[0029]如图2所示，本专利技术提供一种水轮机高部分负荷压力脉动联合抑制方法，包括：
[0030]步骤S1、获取高部分负荷压力脉动与尾水管涡带的关联信息；
[0031]步骤S2、根据所述高部分负荷压力脉动与尾水管涡带的关联信息进行转轮泄水锥的分级加长和尾水管曲率调整，以实现抑制水轮机高部分负荷压力脉动。
[0032]进一步，对泄水锥进行分级加长，一方面减小了上冠部分的回流，另一方面改变了涡带的频率，通过这两方面的联合作用抑制了高部分负荷压力脉动现象的发生。如图3所示，分两级对泄水锥进行加长，加长段泄水锥为圆柱型，控制第一级泄水锥2的长度与第二级泄水锥3的长度大致相等，第二级泄水锥3需略超出转轮下环5平面，两级加长泄水锥一方面通过减小上冠1部分的回流，优化了转轮出口4的流速分布，减少了涡带的形成，另一方面加长的泄水锥也改变了尾水管涡带运动的高频频率，破坏了形成共振的条件，通过这两方
面的联合作用，有效抑制了高部分负荷压力脉动的产生。
[0033]进一步，如图4所示，进行尾水管曲率进行调整(曲率控制前的尾水管用虚线表示，曲率控制后用实线表示)，通过增加尾水管高度，减小肘管段7的曲率半径使得尾水管直锥管段6更长，更长的直锥管有助于涡带向下游发展，减少涡带与直锥管段发生碰撞的概率，以达到减缓高部分负荷压力脉动的目的。
[0034]本专利技术实施例的水轮机高部分负荷压力脉动联合抑制方法，是基于高部分负荷压力脉动与尾水管涡带以及水体共振的紧密联系后提出的。基于数学分解建立表征涡带公转以及自转的量化参数，选取如图5所示的8、9、10截面(其中截面8、9、10距离转轮中心平面的距离分别0.55D2，1.10D2，1.65D2，D2为转轮出口边直径)，通过对不同截面表征涡带公转与自转参数的频率进行获取并与对应不同截面上尾水管高部分负荷压力脉动频率特性进行对比分析，建立高部分负荷压力脉动诱发与尾水管涡带运动之间的关联，该运动可分解为自转与公转，且诱发高部分负荷压力脉动的共振频率约为1.72f
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水轮机高部分负荷压力脉动联合抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、获取高部分负荷压力脉动与尾水管涡带的关联信息；步骤S2、根据所述高部分负荷压力脉动与尾水管涡带的关联信息进行转轮泄水锥的分级加长和尾水管曲率调整，以实现抑制水轮机高部分负荷压力脉动。2.如权利要求1所述的水轮机高部分负荷压力脉动联合抑制方法，其特征在于，步骤1中，通过对不同截面表征涡带公转与自转参数的频率进行获取，并且与对应不同截面上尾水管高部分负荷压力脉动频率特性进行对比分析，得到高部分负荷压力脉动与尾水管涡带的关联信息。3.如权利要求2所述的水轮机高部分负荷压力脉动联合抑制方法，其特征在于，高部分负荷压力脉动的共振频率约为1.72f
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为转频。4.如权利要求3所述的水轮机高部分负荷压力脉动联合抑制方法，其特征在于，所述分级加长转轮泄水锥具体为：加长段的泄水锥为圆柱型，第一级泄水锥的长度与第二级泄水锥的长度相等，且第二级泄水锥超出转轮下环的平面。5.如权利要求4所述的水轮机高部分负荷压力脉动联合抑制方法，其特征在于，所述调整尾水管曲率具体为：增加尾水管的高度且减小肘管段的曲率半径...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙龙刚，郭鹏程，唐逸超，郑小波，李颜雁，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：