基于Omega涡识别方法的径流式水涡轮尾水管涡带特性

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作者 蒋宇浩 汤玲迪 《排灌机械工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第4期395-402,共8页

为了研究水涡轮尾水管的涡带特性与Omega涡识别方法对尾水管涡带的识别效果,对比了Q准则和λ_(2)准则以及Omega涡识别方法对尾水管涡带的识别效果,并基于Omega方法和降维的Omega方法分析了不同工况下尾水管的涡带特性.结果表明:对于径... 为了研究水涡轮尾水管的涡带特性与Omega涡识别方法对尾水管涡带的识别效果,对比了Q准则和λ_(2)准则以及Omega涡识别方法对尾水管涡带的识别效果,并基于Omega方法和降维的Omega方法分析了不同工况下尾水管的涡带特性.结果表明:对于径流式水涡轮,通过合理调整阈值,Q准则和λ_(2)准则以及Omega涡识别方法均能识别到清晰合理的尾水管涡结构,而Omega方法阈值选取区间较小且具有不敏感性;水涡轮尾水管在小流量工况时会出现较长的涡带,不利于机械的稳定性.同时运用二维Omega涡识别方法与拟涡能指标,在不同工况下对尾水管各监测面进行定量分析,确定涡量浓度高的区域,研究尾水管的能量耗散规律.结果发现,尾水管进水口到弯管之间的区域涡量浓度最高,能量耗散最大,流态最不稳定,这可为该型式水涡轮的结构优化提供理论参考与数据支撑. 展开更多

关键词 尾水管涡带 涡识别 数值模拟 Omega方法 拟涡能

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水泵水轮机飞逸工况下尾水管涡带演化研究 被引量：7

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作者 李琪飞 赵超本 +1 位作者 龙世灿 权辉 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2019年第4期222-228,共7页

为研究水泵水轮机在飞逸工况下不同导叶开度时的水力不稳定性,以某抽水蓄能电站水泵水轮机为研究对象,基于Realizable k-ε湍流模型的非定常数值计算方法,对水泵水轮机七种不同导叶开度下的流动进行全流道计算。结合监测蜗壳进口、无叶... 为研究水泵水轮机在飞逸工况下不同导叶开度时的水力不稳定性,以某抽水蓄能电站水泵水轮机为研究对象,基于Realizable k-ε湍流模型的非定常数值计算方法,对水泵水轮机七种不同导叶开度下的流动进行全流道计算。结合监测蜗壳进口、无叶区、转轮与顶盖之间以及尾水管处的压力脉动,研究了水泵水轮机在不同导叶开度下尾水管涡带的形态,及其对尾水管压力脉动的影响。结果表明:飞逸工况下,尾水管涡带与开导叶度关系密切;小开度下,涡带较明显且涡带形态不断撕裂重构并伴有局部回流;随开度增大,尾水管涡带的形态逐渐由紊乱无规则变为明显锥状,且随着开度的进一步增大涡带形状演变为粗壮螺旋涡带。大开度下,涡带近壁面旋向侧速度较大是导致直锥段壁面湍动能较大等能量损失的主要原因;尾水管涡带不断向下游输运,是造成水泵水轮机尾水管巨大压力脉动的关键因素。 展开更多

关键词 水泵水轮机 飞逸工况 导叶开度 尾水管涡带 数值模拟

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混流式水轮机尾水管涡带及压力脉动数值模拟 被引量：15

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作者 齐继贺 《水资源与水工程学报》 CSCD 2017年第3期168-172,共5页

应用ANSYS等相关软件对混流式水轮机进行全流道非定常数值模拟,分析了在偏工况下低流量的3种随开度不断变化的工况,模拟由部分负荷区到高部分负荷区的尾水管涡带及压力脉动的变化情况。应用CFD数值模拟,观察到尾水管随导叶不同开度变化... 应用ANSYS等相关软件对混流式水轮机进行全流道非定常数值模拟,分析了在偏工况下低流量的3种随开度不断变化的工况,模拟由部分负荷区到高部分负荷区的尾水管涡带及压力脉动的变化情况。应用CFD数值模拟,观察到尾水管随导叶不同开度变化时,尾水管涡带由双螺旋涡带到单螺旋涡带至柱状涡带的变化过程,并分析了相应工况之间的压力脉动频率及脉动幅值的变化规律。这对尾水管压力脉动产生机理的深入研究有着十分重要的意义。 展开更多

关键词 混流式水轮机 导叶开度 尾水管涡带 压力脉动 螺旋涡 柱状涡 数值模拟

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基于CEEMDAN的HHT方法在混流式水轮机尾水管涡带分析中的应用

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作者 王雨萌 陈帝伊 《水利与建筑工程学报》 2023年第3期43-50,共8页

混流式水轮机尾水管涡带引起的低频压力脉动现象严重影响水电机组运行的稳定,目前急需对机组运行时的涡带状态进行实时分析。尾水管振动包含丰富的机组运行信息,通过处理振动信号可以有效提取其中的低频压力脉动成分。考虑到振动为非平... 混流式水轮机尾水管涡带引起的低频压力脉动现象严重影响水电机组运行的稳定,目前急需对机组运行时的涡带状态进行实时分析。尾水管振动包含丰富的机组运行信息,通过处理振动信号可以有效提取其中的低频压力脉动成分。考虑到振动为非平稳时变性信号,频率成分多,低频特征提取难度大,涡带分析需兼顾时域与频域,因此引入基于完全自适应噪声集合经验模态分解(CEEMDAN)的希尔伯特-黄(HHT)变换对振动信号进行信号分解与时频转换。研究从尾水管振动信号中分解出了分布在1 Hz~300 Hz频率内的4~8种频率成分,通过其中低频压力脉动信号的时频特征,对尾水管涡带进行分析。结果表明,该方法可以准确判断混流式水轮机运行过程中的尾水管涡带情况,在涡带识别领域具有适用性与时效性。 展开更多

关键词 混流式水轮机 希尔伯特-黄变换 尾水管涡带 信号处理

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高水头混流式水轮机尾水管涡带特性的试验研究 被引量：6

5

作者 李广府 卢池 《水电与抽水蓄能》 2019年第5期52-57,共6页

为了研究尾水管涡带形态的演变过程,针对某低比转速长短叶片混流式水轮机模型开展了效率试验、空化试验和压力脉动试验.根据模型试验结果,如实记录了随着导叶开度变化和空化系数降低的尾水管涡带演变过程.研究结果表明:同时满足流动和... 为了研究尾水管涡带形态的演变过程,针对某低比转速长短叶片混流式水轮机模型开展了效率试验、空化试验和压力脉动试验.根据模型试验结果,如实记录了随着导叶开度变化和空化系数降低的尾水管涡带演变过程.研究结果表明:同时满足流动和空间两方面的基本条件,微小涡丝才能逐渐合并形成涡带;尾水管涡带不仅是不稳定源,也影响水轮机效率;随着导叶开度的变化,尾水管涡带经历死水域、螺旋涡带、无涡带、无螺旋涡带四个演变过程;随着空化系数降低,尾水管涡带具有发展壮大的趋势;尾水管涡带的演变过程和水轮机的运行工况有着密不可分的关系. 展开更多

关键词 混流式水轮机 尾水管涡带 无涡区 演变 模型试验

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尾水管内气液两相流动测量

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作者 李金凤 陈武光 +4 位作者 张正川 徐用良 李开盈 尹俊连 王德忠 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1188-1200,共13页

当水轮机在部分负荷工况下运行时,尾水管内会形成不稳定的螺旋涡带流动,导致严重的流量不平衡,进而影响系统动态特性.获取尾水管内完整的气液两相流动,是分析涡带生成和发展机理从而对其进行有效控制的基础.为此,本文突破传统测量技术... 当水轮机在部分负荷工况下运行时,尾水管内会形成不稳定的螺旋涡带流动,导致严重的流量不平衡,进而影响系统动态特性.获取尾水管内完整的气液两相流动,是分析涡带生成和发展机理从而对其进行有效控制的基础.为此,本文突破传统测量技术在气液两相流测量中的局限性,结合粒子图像测速和脉冲阴影技术,同步测量液相速度场和两个垂直方向的涡带形态.分析不同涡带形态的演化过程,进一步通过图像处理获取螺旋涡带的直径和空间信息,实现单螺旋涡带的三维重建,得到单螺旋涡带清晰的三维形态和旋转进动过程.最后对尾水管内呈现单螺旋涡带时的液相速度场进行分析,并将液相速度场与涡带的三维形态进行空间关联分析.实验研究表明:尾水管内涡带呈现单螺旋、双螺旋、气芯堆叠3种形态的不稳定循环流动演化,单螺旋涡带局部一分为二时,会转化为双螺旋涡带;单螺旋涡带局部螺旋升角不断减小时,会发生涡带堆叠破裂;尾水管内呈现单螺旋涡带时,涡带整体随液相主流绕中心轴线旋转进动,同时涡带自身局部存在绕某一轴线的旋转,涡带形态的螺旋旋向与整体旋转进动的螺旋旋向相反.流动根据轴向速度分为外围主流区和中心滞止区两部分,主流区和滞止区之间的剪切层卷起形成旋涡,液相旋涡的位置决定了螺旋涡带的空间形态. 展开更多

关键词 尾水管涡带 气液两相流 粒子图像测速 脉冲阴影 涡带三维重建

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模型水泵水轮机的尾水管旋涡空化流动分析 被引量：5

7

作者 李怡心 周大庆 于安 《可再生能源》 CAS 北大核心 2019年第2期303-309,共7页

为研究水泵水轮机的空化性能,文章采用基于SST k-ω湍流模型和Zwart空化模型的两相流计算方法,对某抽水蓄能电站的模型水泵水轮机进行定常计算,并将计算结果与试验结果进行了对比。对不同导叶开度下3个非设计工况的数值计算结果进行了... 为研究水泵水轮机的空化性能,文章采用基于SST k-ω湍流模型和Zwart空化模型的两相流计算方法,对某抽水蓄能电站的模型水泵水轮机进行定常计算,并将计算结果与试验结果进行了对比。对不同导叶开度下3个非设计工况的数值计算结果进行了对比分析,结果表明:随着流量增大,涡带形状有所不同,小流量工况下涡带形状较为复杂,中流量工况下涡带为螺旋形,大流量工况下涡带为柱状;涡带半径越来越小,涡带中心的压力越来越低,当涡带内部压力低于汽化压力时,就会产生空腔空蚀,反而使得效率下降。当转轮出口处外侧存在圆周速度分量,中心区域速度较小时,会形成涡带,交界区域速度急剧变化的位置与涡带半径相对应,涡带形状与速度分布情况有关。 展开更多

关键词 模型水泵水轮机 Zwart空化模型 导叶开度 尾水管涡带

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泄水锥加长与主轴中心孔补水对水轮机尾水管流态的影响 被引量：6

8

作者 赵道利 高诚锋 +2 位作者 孙维鹏 郭鹏程 马薇 《排灌机械工程学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第5期413-419,434,共8页

为了探究泄水锥加长与主轴中心孔补水对水轮机尾水管流态的影响,采用SST湍流模型对某混流式模型水轮机进行了全流道三维非定常模拟.对额定工况下原泄水锥、泄水锥加长这2种方案,以及对部分负荷工况下原泄水锥、泄水锥加长、泄水锥加长... 为了探究泄水锥加长与主轴中心孔补水对水轮机尾水管流态的影响,采用SST湍流模型对某混流式模型水轮机进行了全流道三维非定常模拟.对额定工况下原泄水锥、泄水锥加长这2种方案,以及对部分负荷工况下原泄水锥、泄水锥加长、泄水锥加长后补水这3种方案进行了计算.分析了不同方案下尾水管水流流线、尾水管各断面压力、尾水管涡带及流体的涡流黏度值的变化情况.结果表明:在额定工况下,泄水锥加长后对尾水管水流有稳流效果且水轮机效率略有提高;在部分负荷工况下,泄水锥加长后尾水管中心产生的涡带有变小的趋势,但涡带的偏心距稍有增加,而向尾水管补入2%额定流量的水流后,尾水管流态明显改善,直锥段水流的涡流黏度值降低,尾水管涡带的偏心距和涡带形态都有所减小,由偏心涡带引起的低频压力脉动幅值也有明显降低. 展开更多

关键词 混流式水轮机 数值模拟 泄水锥 主轴中心孔补水 尾水管涡带

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导叶开度对混流式水轮机尾水管内流动特性的影响 被引量：6

9

作者 史广泰 徐清清 +1 位作者 刘宗库 李金 《水电能源科学》 北大核心 2020年第3期145-147,137,共4页

为了深入研究尾水管内的流动特性,结合某电站混流式水轮机的实际运行情况,基于标准的κ-ε湍流模型,选用Fluent软件在额定水头不同导叶开度下对其进行全流道数值模拟,分析了不同导叶开度对混流式水轮机尾水管内部流动特性的影响。结果表... 为了深入研究尾水管内的流动特性,结合某电站混流式水轮机的实际运行情况,基于标准的κ-ε湍流模型,选用Fluent软件在额定水头不同导叶开度下对其进行全流道数值模拟,分析了不同导叶开度对混流式水轮机尾水管内部流动特性的影响。结果表明,当导叶开度为100%时尾水管内部形成了周期空化涡带,此涡带的存在易导致水轮机机组产生强烈振动;当导叶开度较小时,尾水管内速度分布较为均匀;尾水管进口段的压力分布情况对导叶开度的变化较为敏感,可通过合理控制导叶开度来减小尾水管内的水力振动,降低水力损失。 展开更多

关键词 导叶开度 尾水管涡带 混流式水轮机 流动特性

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高水头混流式水轮机尾水管压力脉动综述 被引量：11

10

作者 王小龙 刘德民 +1 位作者 刘小兵 唐正强 《水电与抽水蓄能》 2020年第2期58-66,共9页

在高水头的混流式水轮机中,由工程实例的观测和研究可以得出,其运行过程中的机组不稳定性主要来源于机械内部的水力振动,而尾水管压力脉动作为水轮机水力振动的主要原因,在一定情况下会引起机械的疲劳失效。而从其内部流动机理上看,其... 在高水头的混流式水轮机中,由工程实例的观测和研究可以得出,其运行过程中的机组不稳定性主要来源于机械内部的水力振动,而尾水管压力脉动作为水轮机水力振动的主要原因,在一定情况下会引起机械的疲劳失效。而从其内部流动机理上看,其周期性脉动特征是偏工况条件下尾水管内部的涡带振动,旋进涡核会产生高振幅低频压力脉动和高频压力脉动。本文主要介绍和讨论了国内外学者对这一领域的研究。这些研究主要包括尾水管涡带振动的机理研究,尾水管涡带振动的试验研究和数值模拟,尾水管涡带振动的结构影响,尾水管涡带振动的预防措施及对策。 展开更多

关键词 尾水管涡带 高水头混流式水轮机 压力脉动 不稳定性 数值模拟

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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 被引量：9

11

作者 武文强 李丽婷 +1 位作者 吕蕊蕊 于安 《水电与抽水蓄能》 2021年第2期11-19,共9页

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... 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。 展开更多

关键词 水泵水轮机 压力脉动 尾水管涡带 空化

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二滩水电厂机组尾水压力脉动及其影响 被引量：11

12

作者 孙建平 冯正翔 郑莉媛 《水电能源科学》 2007年第3期57-59,95,共4页

为全面了解二滩水电厂机组稳定特性和确保机组长期稳定运行,对机组进行了大量现场试验,分析了机组尾水锥管压力脉动随负荷、水头变化的性能以及对机组振动摆度的影响。在此基础上将机组运行工况划分为小负荷区、涡带和稳定运行区,并建... 为全面了解二滩水电厂机组稳定特性和确保机组长期稳定运行,对机组进行了大量现场试验,分析了机组尾水锥管压力脉动随负荷、水头变化的性能以及对机组振动摆度的影响。在此基础上将机组运行工况划分为小负荷区、涡带和稳定运行区,并建议机组避开涡带、低负荷区运行。 展开更多

关键词 二滩水电站 水力稳定性 振动 尾水管涡带

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水轮机全三维粘性大涡模拟数学模型研究 被引量：5

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作者 张昌兵 喻华全 李伟 《四川大学学报（工程科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第3期24-28,共5页

采用大涡模拟技术,建立了绝对坐标系和相对坐标系下的联合计算数学模型,控制方程的离散在空间上采用有限体积法,时间上采用了具有二阶精度的“预测-校正”法,固壁边界使用“部分滑移”条件,使用该模型对高水头、高转速混流式水轮机流动... 采用大涡模拟技术,建立了绝对坐标系和相对坐标系下的联合计算数学模型,控制方程的离散在空间上采用有限体积法,时间上采用了具有二阶精度的“预测-校正”法,固壁边界使用“部分滑移”条件,使用该模型对高水头、高转速混流式水轮机流动特性进行计算。结果表明,转轮计算流场分布与实际情况吻合,在部分负荷工况下,叶片出水边存在脱流现象,造成叶片出水边表面出现负压。尾水管直锥段和弯肘段在部分负荷工况下存在较强的旋流,在轴心线附近存在回流现象,并成功地模拟了尾水管中的涡带现象,与实际观测结果一致,该涡带频率为机组旋转频率的三分之一左右,振幅较大,属于低频大幅值性质,是引起机组振动的根源之一。 展开更多

关键词 水轮机 尾水管涡带 大涡模拟 有限体积法

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基于弱可压的混流式水轮机流动特性数值研究

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作者 文强 郭鹏程 +1 位作者 王钊宁 孙龙刚 《水电站机电技术》 2024年第8期9-14,143,共7页

高水头混流式水轮机由于水轮机上下游具有较高的压差,水流在高压力下呈弱可压缩性,影响机组内流特性的分布规律。为进一步探究弱可压缩性对水轮机压力脉动及涡流特性的影响,本文考虑水流的弱可压缩性,对Francis99高水头模型水轮机部分... 高水头混流式水轮机由于水轮机上下游具有较高的压差,水流在高压力下呈弱可压缩性,影响机组内流特性的分布规律。为进一步探究弱可压缩性对水轮机压力脉动及涡流特性的影响,本文考虑水流的弱可压缩性,对Francis99高水头模型水轮机部分负荷流动特性开展非稳态数值研究。结果表明,在忽略和考虑可压缩两种模式下,水轮机无叶区及转轮内压力脉动信号脉动规律较一致。可压缩模式同时预测到尾水管内的低频高振幅和高频低振幅压力脉动信息,且与测试结果更为吻合,表明弱可压缩性对尾水管内流动信息的准确捕捉有重要影响。对压力信号进行同步和非同步分解后发现,表征涡带旋转的非同步分量主导了尾水管涡带的运动。进一步,考虑水流的可压缩性捕捉到的螺旋状尾水管涡带在整个演化周期内均显示为连续结构,且回流区与涡带位置相对应,表明涡带所占据的区域内主要由回流运动主导。 展开更多

关键词 尾水管涡带 可压缩性 压力脉动 回流 混流式水轮机

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二滩水电站机组运行稳定性研究 被引量：8

15

作者 肖孝锋 郑莉媛 +1 位作者 冯正翔 丁仁山 《水力发电》 北大核心 2006年第3期76-78,共3页

运行稳定是水轮发电机组长期安全运行的重要保证。以二滩水电站6台机组的稳定性试验数据为例,分析了二滩水电机组的运行稳定性。试验数据分析表明,机组运行工况可划分为小负荷区、涡带工况区、大负荷区,大负荷区机组运行稳定性最佳。建... 运行稳定是水轮发电机组长期安全运行的重要保证。以二滩水电站6台机组的稳定性试验数据为例,分析了二滩水电机组的运行稳定性。试验数据分析表明,机组运行工况可划分为小负荷区、涡带工况区、大负荷区,大负荷区机组运行稳定性最佳。建议机组避开不稳定运行区域运行。 展开更多

关键词 水力稳定性 振动 尾水管涡带 二滩水电站

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某变速抽蓄机组水泵水轮机发电工况压力脉动试验研究 被引量：2

16

作者 李瑶 马智杰 孙博志 《水力发电》 CAS 2023年第11期94-102,共9页

在水泵水轮机中,工程界的观测表明,压力脉动已成为最严重的水力失稳现象之一。压力脉动会引起机组的振动和疲劳失效,甚至引起厂房的振动,极大地影响电站的安全稳定运行。在变速抽蓄技术得到越来越广泛应用的趋势下,变速机组运行过程中... 在水泵水轮机中,工程界的观测表明,压力脉动已成为最严重的水力失稳现象之一。压力脉动会引起机组的振动和疲劳失效,甚至引起厂房的振动,极大地影响电站的安全稳定运行。在变速抽蓄技术得到越来越广泛应用的趋势下,变速机组运行过程中的压力脉动成为影响变速机组稳定性及其发展的重要因素,为探究变速机组的运行稳定性,基于全功率变速抽水蓄能机组水泵水轮机发电工况下的压力脉动进行了研究。对水泵水轮机真机在水轮机工况寻优变转速运行后的各部位压力脉动进行分析,并得到以下结论:无叶区压力脉动最为剧烈,其受到的动静干涉影响最大,而离转轮区域越远,受到动静干涉的影响越小;尾水管由于尾水管涡带的原因,存在一定的低频脉动;变速机组经过变速寻优后的工况,压力脉动情况良好,压力脉动系数C p均处于10%以内,变速机组的寻优运行路径使得水泵水轮机总是处于较好的工况点,对于内流流态等的改善有很大帮助。 展开更多

关键词 变速抽水蓄能技术 水泵水轮机 压力脉动 现场试验 尾水管涡带 变速机组 变速寻优

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舟坝水电站机组水力振动区的界定

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作者 冯正林 张晓君 +1 位作者 卢宏 陈凯 《四川水力发电》 2008年第A01期107-109,共3页

舟坝水电站水轮发电机组运行水头较宽,低频水力振动区明显。为指导机组在全水头下的安全稳定运行,进行两台机组振动区的界定是非常必要的。

关键词 振动 摆度 尾水管涡带压力脉动 频率 幅值 运行稳定性 舟坝水电站

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