特别策划——面向未来的大型水力机械关键技术研究

  • 面向未来的大型水力机械关键技术研究

    罗先武;

    <正>习近平总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论上发表重要讲话时指出,中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。这是中国对碳排放达峰、长期碳中和问题设立的更高目标。2030年"碳达峰"和2060年"碳中和"的战略目标既是中国能源事业发展的指南针,

    2021年02期 v.7;No.36 2-3页 [查看摘要][在线阅读][下载 1410K]
  • 冲击式水轮机含沙三相流与磨损特性数值研究

    肖业祥;郭豹;张瑾;梁权伟;刘洁;

    冲击式水轮机在高水头水力资源开发中具有重要的应用前景,但其过流部件的泥沙磨损问题会是重要挑战。冲击式机组内部流动过程复杂,流动状态的转换多;挟沙流动时,水气沙三相流动特性尚不明确,目前相关研究仍然较为匮乏。本文采用欧拉—拉格朗日方法对颗粒在冲击式水轮机内的全流动过程进行了数值模拟,详细地分析了三相流的水力特性、泥沙颗粒的流动特性以及磨损分布特点。计算结果显示,颗粒运动特性与理论模型较为吻合,预测的过流部件磨损分布与实测结果较为相似。

    2021年02期 v.7;No.36 4-10页 [查看摘要][在线阅读][下载 16659K]
  • 不同工况下水泵水轮机尾水管压力脉动特性与改善措施研究

    武文强;李丽婷;吕蕊蕊;于安;

    不稳定水流诱发的压力脉动是引起水力机械振动进而影响水泵水轮机安全运行的重要原因。为研究不同流量下水泵水轮机尾水管涡带形态的演变,分析空化系数对涡带形态的影响,基于FBM湍流模型,针对水泵水轮机五种典型运行工况进行非定常数值模拟,重点比较了不同流量与空化系数对尾水管涡带形态的影响。结果表明,当机组运行在0.5倍和1.1倍设计流量时,空化的影响最为明显。为了缓解尾水管压力脉动,进一步探究了抑涡槽和导流隔板对尾水管内部流态和低频压力脉动的影响。流场分析表明,抑涡槽和导流隔板能有效改善尾水管直锥段内部流态和压力分布,同时使得扩散段内部流动变得更稳定,尾水管涡带引起的压力脉动幅值和水流圆周速度变化整体降低。

    2021年02期 v.7;No.36 11-19页 [查看摘要][在线阅读][下载 11874K]
  • 大型水泵滑动轴承油膜刚度对转子动力特性影响

    王本宏;王福军;王超越;

    滑动轴承作为大型水泵转子系统的重要支撑,其油膜动力特性对转子系统动力特性有着重要影响。本文从滑动轴承工作原理出发,通过对Reynolds方程进行差分求解,建立了油膜刚度系数的无量纲求解方程。通过数值模拟方法对某水泵转子系统进行研究,分析了其轴承动力特性和转子动力特性。结果表明,交叉刚度k_(xy)和k_(yx)对水泵转子系统稳定性影响较大;滑动轴承刚度系数增大,转子系统临界转速升高,刚性支撑条件下较弹性支撑时临界转速增大34.7%。在大型水泵转子轴承系统设计、制造和运行过程中,应充分考虑轴承刚度对结构稳定性的影响,保证结构的安全稳定运行。

    2021年02期 v.7;No.36 20-25页 [查看摘要][在线阅读][下载 3991K]
  • 轴流泵内鱼体的运动行为与撞击损伤分析

    杨丹丹;赵明翔;SHEN Lian;罗先武;

    为了研究轴流泵中的鱼体运动行为及撞击损伤机理,采用大涡模拟与沉浸边界相结合的方法,并基于流固耦合方法进行了鱼体在轴流泵中运动的数值模拟。通过比较基于数值模拟预测的轴流泵外特性与试验值,验证了数值计算方法的可靠性。研究表明鱼体与轴流泵流道的碰撞主要发生在叶轮进口。与文献中叶片撞击模型预估的数值相比,采用流固耦合方法计算得到的鱼体通过叶轮进口的时间更长,这说明鱼体的实际通过能力低于已有方法预测的结果;不同长度的鱼体通过轴流泵的运动轨迹与撞击概率均明显不同。随着鱼体长度的增大,鱼体的通过能力变差。此外,鱼体在叶轮进口处的通过能力与鱼体长度、碰撞后的运动姿态有关,且长度大的鱼易受到叶轮叶片撞击与导叶撞击的双重损伤。研究结果可为减少鱼类撞击概率,提高鱼类存活率的鱼类友好型水力机械优化设计提供科学依据。

    2021年02期 v.7;No.36 26-31页 [查看摘要][在线阅读][下载 9005K]
  • 不同空泡动力学模型在空泡振荡预测中的应用探讨

    杜煜心;芦洪钟;姚志峰;耿思远;王福军;

    空泡动力学问题一直是水力机械领域关注的热点问题之一。空泡动力学的研究起源于水力机械的空蚀现象,弄清空泡运动(主要指单空泡生长、发展和溃灭过程)对空蚀机理研究有重要意义。本文探究了Rayleigh-Plesset(R-P)模型、Gilmore模型和Keller-Miksis(K-M)模型在预测空泡振荡过程中的应用,重点关注空泡生长和收缩回弹两个阶段,根据R-P模型、Gilmore模型和K-M模型分别计算得到空泡运动相应阶段的半径值,并与空泡实验值对比分析。结果表明:Gilmore模型和K-M模型在空泡生长和收缩回弹阶段空泡运动预测方面更具有优势,同时Gilmore模型对微米尺度回弹空泡溃灭点的预测更为准确。

    2021年02期 v.7;No.36 32-35页 [查看摘要][在线阅读][下载 2568K]
  • 大侧斜桨非定常空化流动结构的数值研究

    韩承灶;龙云;季斌;

    为了对船后螺旋桨空化流动问题进行深入分析,本文基于大涡模拟(LES)方法和Zwart空化模型对非均匀来流条件下的大侧斜桨非定常空化演变及空化对桨叶周围流动结构的影响进行了研究。首先,采用三套系统加密的网格对非均匀流场中螺旋桨空化流动计算结果进行网格无关性验证以及不确定度分析,结果表明计算方法的可行性和可靠性较高。其次,深入分析了不同时刻空化演变过程的桨叶周围流动结构,结果表明大侧斜桨发生空化时,桨叶表面主要会有回射流、主流和梢涡等流动结构,并且随着空化逐渐向叶稍收缩推移,少量的片空化在叶梢附近被回射流抬升并被卷吸进入梢涡中。此外桨叶推力沿径向的分布结果分析表明,由于桨叶载荷在叶稍处得到了很好的卸载处理,因此梢涡空化强度较低。

    2021年02期 v.7;No.36 36-41页 [查看摘要][在线阅读][下载 9987K]

专家论坛

  • 亟需全面准确理解习近平生态文明思想、科学整治小水电

    王亦楠;

    在全国上下积极推动碳中和目标的背景下,作为绿色电源的小水电却在陕西秦岭、贵州赤水河等部分地区正面临着"一刀切拆除"的危机。长江经济带小水电整治实践表明,小水电整治的正确方向是整改,而不是强制拆除。为避免矫枉过正,影响大局,本文分析了小水电"一刀切拆除"对生态环境保护、经济社会发展、碳中和目标实现等方面将产生的负面影响,并提出了小水电科学整治的政策建议。

    2021年02期 v.7;No.36 1-3+41页 [查看摘要][在线阅读][下载 1893K]

智能水电厂

  • 国产MB80可编程控制器主机架典型布局对比分析

    刘海涛;操俊磊;李彦龙;

    国产MB80智能可编程控制器(iPLC)主要应用于大、中型常规水电厂的计算机监控系统,可编程控制器(PLC)是计算机监控系统下位机即现地控制单元的核心控制设备。现地控制单元主机架的典型布局有两种,分别是双CPU(中央处理器)在同一主机架的单主机架结构和双CPU分别布置在两个主机架上的双主机架结构。两种典型的主机架布局各有优势,其中,单主机架结构更紧凑,双主机架抗电源失电能力更强、CAN总线通信可靠性更高。

    2021年02期 v.7;No.36 42-47+94页 [查看摘要][在线阅读][下载 4107K]
  • 工业电视智能元素在二滩水电站的应用

    郭玉恒;郭锡瑾;

    结合水电站设备分布广、设备多、空间布局错综复杂、可视化参差不齐、空间有限等特点及运行要求,通过对机器人与工业电视的运行特点进行比对,在二滩水电站智能化建设巡检板块中,选用视频浓缩、人脸识别、红外测温监控等工业电视智能元素功能辅助运行人员巡检,达到了提高巡检工作效率和工作质量,降低巡检过程中带来的安全风险,实现全天候感知设备信息并实时预警,快速还原事故真相的良好效果,为其他水电站的智能巡检建设提供参考。

    2021年02期 v.7;No.36 48-49+120页 [查看摘要][在线阅读][下载 4209K]

主机及其辅助设备

  • 基于摆度规律与CAD相结合的导瓦间隙分配算法研究及应用

    刘钢钢;孟腾;臧卫杰;陶健;

    导瓦间隙分配是水轮发电机组安装检修过程中一项十分重要的工作,合适的瓦间隙是机组健康运行的重要保障。针对瓦间隙计算存在的操作难度大、计算速度慢、精准度低等问题,建立了立式水轮发电机组盘车摆度模型,分析了其摆度特性,推导了实际最大净全摆度计算公式。通过分析瓦间隙计算公式的几何意义,提出了一种结合AutoCAD快速标注的瓦间隙算法。以小浪底水电站3号机组大修盘车为例,对具体计算方法进行介绍说明。实际应用表明,该计算方法有效提高了瓦间隙计算的速度及精准度,为立式机组瓦间隙计算提供了借鉴。

    2021年02期 v.7;No.36 50-53+60页 [查看摘要][在线阅读][下载 2601K]
  • 多对极发电机励磁绕组匝间短路故障在线定位理论研究

    李帅轩;刘玉明;陈俊;王洪林;李杨松;王坤杰;郝亮亮;

    大型水轮发电机和抽水蓄能发电电动机均为多对极,现场迫切希望实现故障磁极的在线定位。本文基于一台3对极、12kW的发电机动模样机研究在线定位的理论基础。首先,采用场路结合法对该样机在联网工况下的励磁绕组匝间短路故障进行了计算,并与实验结果进行了对比和分析,验证了计算模型的正确性。然后,利用故障数学模型对该样机一极短路故障进行了计算,基于仿真结果,研究故障磁极、励磁磁动势、定子电动势和定子分支环流之间的相位关系。研究表明:定子分支环流的1/P次谐波相位角(P为发电机的极对数)可以用于对故障磁极的判断。本文为实现多对极大型发电机励磁绕组匝间短路故障的在线定位奠定了理论基础。

    2021年02期 v.7;No.36 54-60页 [查看摘要][在线阅读][下载 3226K]
  • 水轮发电机碳粉收集系统研究与应用

    张金洪;赵益俊;

    水轮发电机组励磁电流输入转子,转子磁场切割定子绕组形成定子感应电动势,将定子绕组接通负载,发电机就会发出电能;而集电环系统作为励磁电流传输的重要设备,是将励磁电流从静止部件(碳刷)传输至旋转部件(集电环)的传输通道,发电机组运行时,碳刷在集电环上一直滑动摩擦,就会产生大量的碳粉。碳粉在集电环、刷架等设备的绝缘部件上堆积,影响发电机的绝缘性能,可能会造成零点接地、碳刷打火、碳刷高温等问题,严重者会烧毁集电环,影响机组的安全、稳定运行。早期的发电机组是通过定期做清洁来解决碳粉堆积的问题,而目前国内外对发电机碳粉都有一些各自的收集处理方法,碳粉收集效果各不相同~([2-5])。

    2021年02期 v.7;No.36 61-64页 [查看摘要][在线阅读][下载 7559K]
  • 某抽水蓄能电站推力瓦无损检测结果分析

    杜建伟;李冬华;吴靖;胡栋;

    运用imageJ、origin软件处理抽水蓄能电站滑动轴承无损检测结果,结合机组工况条件下推力瓦工作环境、受力条件,分析脱壳发生部位,结合检测过程以及面积统计过程分析当前数据,说明标准中对脱壳面积的规定的实际意义,并提出无损检测以及检测结果处理建议,使检测结果更加精确,数据处理更加便捷,值得推广。

    2021年02期 v.7;No.36 65-69页 [查看摘要][在线阅读][下载 3795K]

工程施工

  • 冲填砂浆结石技术综述

    李千;王成山;姜国辉;闫滨;

    本文系统介绍了一种以水泥砂浆为胶凝材料的结石体施工新技术——冲填砂浆结石技术的研究过程、技术性能、主要工艺方法。与传统的浆砌石、常规混凝土、碾压混凝土、堆石混凝土施工工艺相比,冲填砂浆结石技术具有工艺流程简单、节省资源、建设速度快、综合造价低、节能环保等特点,在水利筑坝、侵蚀沟治理、草原荒漠治理、流域源头水土资源控制、港口码头、交通工程、国防工程等领域中具有广泛的应用前景。

    2021年02期 v.7;No.36 70-73页 [查看摘要][在线阅读][下载 1807K]
  • 清原抽水蓄能电站地下厂房岩锚梁开挖施工技术研究

    刘蕊;白威;余健;

    清原抽水蓄能电站岩锚梁岩台爆破开挖是地下厂房最为关键且难度最大的环节,为确保岩锚梁开挖成型质量,在开挖过程中采用精细化分区、岩台技术超挖、岩锚梁下拐点预加固、岩台临时支护等措施,确保岩锚梁开挖面不平整度、残留炮孔半孔率、断面超欠挖均满足规范要求,岩锚梁开挖质量达到预期效果,其成果为国内大跨度地下厂房岩锚梁开挖施工提供了工程实例和技术经验。

    2021年02期 v.7;No.36 74-77+98页 [查看摘要][在线阅读][下载 2357K]
  • 某抽水蓄能电站蜗壳混凝土施工期温控仿真分析

    钱继源;钟金盛;崔建华;苏海东;

    蜗壳结构是水电站厂房的心脏,其工作性态关系到电站的长期安全运行。本文针对抽水蓄能电站厂房蜗壳结构的特点,对蜗壳大体积混凝土结构施工过程进行了温度场与温度应力仿真计算,分析了蜗壳结构温度场与温度应力时空分布规律,并对影响蜗壳外围混凝土温度及应力的各种温控措施进行敏感性分析。通过多方案的比较,提出温控防裂措施建议,相关成果可为抽水蓄能电站蜗壳结构的温控设计及温控措施制定提供参考。

    2021年02期 v.7;No.36 78-83页 [查看摘要][在线阅读][下载 3293K]
  • 抽水蓄能电站施工机械设备“油改电”可行性分析

    杜藏;张学清;张兴彬;潘福营;殷康;

    为落实国家电网有限公司关于"三型两网、世界一流"发展目标的能源绿色转型举措,提出"油改电"的创新设想,通过对在建抽水蓄能电站施工机械及作业特点开展研究,从技术、经济效益等方面分析抽水蓄能行业施工机械设备"油改电"的可行性。在当前新能源技术水平和市场成熟产品条件下,以天池、绩溪等抽水蓄能电站项目为参考、以洛宁抽水蓄能建设项目为案例,对"油改电"的技术可行性和经济可控性等方面进行分析评估。根据可行性分析给出建议:①根据施工机械的产品特点分类应用新能源产品。②根据施工项目的作业特点分阶段应用新能源产品,在项目筹建期以架线式电动机械设备和传统燃油机械与车辆为主;在项目建设高峰期大规模应用新能源车辆和设备;在机电设备安装期全面应用电驱动设备。③导入第三方投资及保险业,改革创新项目投资管理模式。④创新施工结构设计与工艺设计,探讨成熟技术设备的交叉应用。

    2021年02期 v.7;No.36 84-89页 [查看摘要][在线阅读][下载 2495K]
  • 抽水蓄能电站弃渣场勘察设计中若干问题的探讨

    李沁书;温家华;柴建峰;周喜军;闫宾;凌超;

    抽水蓄能电站弃渣场规模较大,其失稳问题既涉及电站生产建设活动安全、又与人民生命财产安全和环境保护密切相关,对其勘察设计的研究在安全生产和生态文明的建设进程中显得尤为重要。抽水蓄能电站弃渣场在前期勘察设计阶段,存在勘察与设计的进度和深度匹配性较低、工程建设条件调查和研究不足及稳定性计算方法有待完善等诸多问题。本文针对弃渣体存在问题开展研究,对比总结了相关规范和要求,通过实际调研、案例分析等方法,具体剖析目前抽水蓄能电站弃渣场勘察设计现状,并结合工程实际,最后提出了勘察设计方面的结论和建议:一是要细化完善规程规范相关要求,二是要重视渣体物理力学参数和计算分析方法手段,三是要重视弃渣场监测和管理工作,提升管理水平。

    2021年02期 v.7;No.36 90-94页 [查看摘要][在线阅读][下载 2210K]

技术经济

  • 多信息化下研究抽水蓄能电站基建期投资统计的多维精益管理

    赵兵丽;曹畅;徐宏伟;陈玉荣;

    基于抽水蓄能电站工程的建设和投资特点,结合公司各专业管理信息化发展趋势和前景,以某抽水蓄能电站为实例,通过对固定资产投资统计编制方法的梳理与分析,从规范性、信息化系统平行性、融合性方面研究投资统计精益化管理,旨在为如何提升抽水蓄能电站投资统计管理工作质效提供参考借鉴。

    2021年02期 v.7;No.36 95-98页 [查看摘要][在线阅读][下载 1942K]
  • 抽水蓄能电站机组修试安全管理实践及思考

    唐健;李来生;岳潼雁;

    抽水蓄能电站在电网中具有调频、调相、调峰填谷、紧急事故备用等作用,具有启动快速,运行灵活、可靠性高的优点,抽水蓄能电站的稳定运行对于平衡电网、保障电网稳定和促进经济发展具有重要意义。要维护机组的稳定运行,就必须加强修试现场的安全管理,从而保障机组的修试质量及安全。基于上述原因,本文结合作者的安全管理经验,阐述抽水蓄能电站机组修试现状,对安全生产中存在的一些问题进行分析并提出解决对策和建议,最后介绍了该对策的应用成果并引出进一步的探索和思考。

    2021年02期 v.7;No.36 99-102页 [查看摘要][在线阅读][下载 1698K]

电气设备

  • 注入信号频率对注入式定子接地保护的影响

    周靖;郑梦阳;胡军;法拉蒂尔;傅剑文;

    为研究注入信号频率对发电机注入式接地保护测量灵敏度、测量误差方面和保护注入功率的影响,得到注入式定子接地保护外加注入源频率的最佳选择范围,提升注入式定子接地保护的测量精度。通过MATLAB/SIMULINK模块仿真计算分析说明了采用电流判据的局限性,并得出注入信号的最佳选择范围。结果表明:注入信号的最佳选择范围低频区间为10~30Hz,高频区间为70~80Hz。

    2021年02期 v.7;No.36 103-109页 [查看摘要][在线阅读][下载 2622K]
  • 新型非接触式行波传感技术研究

    冯培磊;刘晓欣;陈潇雅;徐天奇;普碧才;王鲲鹏;

    配电网智能化可以有效提高供电可靠性、降低运维人力投入,是当前的发展趋势。从缩短定位时长、提高定位精度出发,对传感技术进行了深入的研究。本文主要研究一种新型非接触式行波传感器的配电网故障行波定位技术,结合怒江配电网实际情况,如地貌复杂、山高坡陡、地势险要、天气恶劣,且配电网线路距离长、配电网网架结构复杂等实际问题,开发出配有新型非接触式传感器的行波故障定位装置。

    2021年02期 v.7;No.36 110-115页 [查看摘要][在线阅读][下载 5852K]

大坝监测自动化

  • 便携式大坝监测数据采集装置研制与应用

    张鑫;董旭龙;韩晓涛;李志洪;易长春;

    国内大坝安全监测工程人工观测普遍采用振弦式、差阻式仪器便携设备,无批量自动采集功能,人工观测、比测时存在观测数据串点、漏测及数据入库烦琐等问题,且现场携带多个采集设备不方便。为此,张河湾公司针对现场实际情况,研制了便携式大坝监测数据采集装置,并在张河湾抽水蓄能电站试用。从运行情况来看,便携式大坝监测数据采集装置观测精度高,操作简单方便,满足大坝安全监测工程人工观测和比测的需要。

    2021年02期 v.7;No.36 116-120页 [查看摘要][在线阅读][下载 7317K]