水力机械中流动诱导的脉动和振动 项目规划、设计和故障诊断工程师手册PDF|Epub|txt|kindle电子书版本网盘下载

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1 基本概念1

1.1 综合特性曲线、运行工况及其参数1

1.2 振动的幅值及其频谱7

1.3 管道和系统中的脉动现象13

1.4 水力共振18

1.5 水力不稳定性23

1.6 结构部件的评估27

2 漩涡流中的低频脉动现象31

2.1 管道中涡旋流动、涡破裂现象31

2.1.1 基本观测31

2.1.2 早期研究32

2.2 尾水管中的漩涡现象33

2.2.1 部分负荷涡带：受迫振荡（半负荷涌浪）34

2.2.2 极低部分负荷下的随机压力脉动38

2.2.3 部分负荷涡带：双涡带（孪生涡带）39

2.2.4 低部分负荷：自激振荡39

2.2.5 高部分负荷涡带：80％脉动41

2.2.6 螺旋涡带的不稳定性42

2.2.7 高负荷自激振荡（满负荷涌浪）43

2.2.8 满负荷涡带：受迫振荡45

2.2.9 系统响应46

2.2.10 结构影响46

2.2.11 混流式和其他机型中的个例48

2.2.11.1 浅尾水管48

2.2.11.2 直尾水管48

2.2.11.3 水泵水轮机48

2.2.11.4 轴流式水轮机49

2.2.11.5 阀门和闸门49

2.2.12 预测和评估49

2.2.13 对策51

2.2.13.1 尾水导流板51

2.2.13.2 尾水中心管或中心柱52

2.2.13.3 补气52

2.3 转轮叶道中的漩涡：叶道涡53

2.3.1 物理机理53

2.3.2 特征、预测及其诊断53

2.3.3 对运行范围的影响54

2.3.4 破坏性54

2.3.5 对策56

2.4 其他位置的漩涡破裂57

2.4.1 压力钢岔管中的漩涡破裂57

2.4.2 轴流式转轮体58

2.4.3 尾水导流板头部发生的涡带59

3 转轮和蜗壳动静干涉引起的周期性效应61

3.1 叶栅非稳态干涉的一般特性61

3.2 转频下的波动63

3.2.1 转轮的不平衡性63

3.2.2 蜗壳的不对称性64

3.3 反击式机组中的叶片干涉68

3.3.1 涉及的流动现象68

3.3.2 结构影响70

3.3.3 设计的影响及对策73

3.3.4 数值模拟74

3.4 轴流式机组76

3.4.1 活动导叶的尾流影响76

3.4.2 轴向振动的激振77

3.4.3 轴流式机组转轮叶片旋转对转轮室的影响78

3.5 冲击式水轮机中水斗的旋转影响79

3.5.1 物理背景79

3.5.2 结构效应82

3.5.3 对射流水柱冲击的数值模拟84

3.5.4 设计参数的影响86

3.6 蜗壳中的压力波干涉92

3.6.1 结构影响98

3.6.2 可采取的风险缓解措施98

4 高频涡现象102

4.1 冯·卡门涡街102

4.1.1 基本流动机理102

4.1.2 受涡街影响的水轮机部件104

4.1.3 相关的设计原则106

4.1.4 流动数值模拟109

4.2 湍流流动（流动扰动或不稳定性）111

4.2.1 物理背景及其性质111

4.2.2 运行工况和湍动水平111

4.2.3 过渡工况113

4.2.3.1 机组启动和空载113

4.2.3.2 快速停机和甩负荷114

4.2.4 流动数值模拟115

5 与空化相关的脉动现象116

5.1 空化泡和空化云的动力学116

5.2 易发生空化的流动情况118

5.3 空化破坏119

5.4 其他结构影响122

5.4.1 振动和噪声122

5.4.2 增加了流动的可压缩性123

5.4.3 压力激波123

5.4.4 空化诱导的不稳定性125

5.5 应对措施125

5.6 流动数值模拟126

6 与稳定性相关的脉动现象129

6.1 间隙流动效应129

6.1.1 基本机理129

6.1.2 迷宫密封失稳131

6.1.3 上冠／下环侧腔的影响132

6.2 导叶振动134

6.3 压力钢管的自动振荡：漏水密封的影响135

6.3.1 基本机理135

6.3.2 特征136

6.3.3 应对措施137

6.4 水泵和水泵水轮机中的不稳定性137

6.4.1 水泵高扬程处的不稳定性137

6.4.2 水泵水轮机S形特性引起的不稳定性139

6.4.3 数值模拟141

6.4.4 水泵水轮机在水轮机制动象限的旋转失速142

6.4.5 水泵水轮机中由滞后引起的不稳定性144

6.4.6 调试中应特别注意防范的事项145

7 模型试验、测试技术和试验结果147

7.1 对相似性的考虑147

7.2 混流式水轮机模型试验150

7.2.1 压力脉动150

7.2.2 补气压力162

7.2.3 对系统的研究166

7.3 水泵水轮机模型试验170

7.3.1 压力脉动170

7.3.2 导叶力矩173

7.3.3 转轮受力176

7.4 轴流式水轮机模型试验179

7.4.1 灯泡贯流式水轮机试验179

7.4.2 立式轴流转桨式水轮机试验180

7.4.3 立式轴流定桨式水轮机试验182

8 现场经验和工程案例184

8.1 混流式水轮机中高负荷受迫振荡184

8.2 混流式水轮机高负荷自激振荡188

8.3 水泵水轮机脉动和空载不稳定性194

8.3.1 钢管振动和高频脉动194

8.3.2 空载不稳定性195

8.3.3 中频脉动198

8.4 轴流定桨式水轮机中固定导叶尾部的冯·卡门涡200

8.4.1 固定导叶裂纹201

8.4.2 分析和改进措施201

8.4.3 后期研究202

8.4.3.1 固有频率203

8.4.3.2 对固定导叶的模态分析203

8.4.3.3 冯·卡门涡频率204

8.4.3.4 水力损失的下降206

8.5 立式轴流转桨式水轮机带支墩进水口中的流动206

8.5.1 高负荷噪声208

8.5.2 根本原因分析208

8.5.3 可采取的解决方案211

9 工程导则212

9.1 规划和设计212

9.1.1 电站参数的影响212

9.1.2 机组参数的选择213

9.1.3 脉动和振动的保证值214

9.1.4 共振及其他类型的故障缺陷215

9.1.5 好的设计做法217

9.2 模型试验217

9.2.1 试验条件217

9.2.2 试验范围218

9.2.3 试验结果解释218

9.3 现场试验219

9.3.1 压力脉动的测量219

9.3.2 振动测量221

9.4 故障排除222

参考文献224

索引242