自20世紀(jì)70年代以來,在水力發(fā)電機(jī)械領(lǐng)域出現(xiàn)了大量對(duì)流動(dòng)不穩(wěn)定誘導(dǎo)引起的工程問題的專題研究,但是,這些專題研究由于問題涉及流體力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)和水力過渡過程等學(xué)科的跨學(xué)科性而受到了阻滯!端C(jī)械中流動(dòng)誘導(dǎo)的脈動(dòng)和振動(dòng)》一書從跨學(xué)科的角度系統(tǒng)深入地闡釋了問題的各種不同內(nèi)在物理機(jī)理及相應(yīng)可能的影響,因此這是一本非常系統(tǒng)和跨學(xué)科性很強(qiáng)的工程師手冊(cè)。為幫助工程師們對(duì)工程問題進(jìn)行正確診斷,該書不僅詳細(xì)地闡釋了各種典型的工程現(xiàn)象,還借助于工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際案例對(duì)各種不同的關(guān)鍵解決方法進(jìn)行了對(duì)比。另外,采用當(dāng)前最先進(jìn)的計(jì)算流體力學(xué)分析技術(shù)手段,該書對(duì)許多典型的工程實(shí)際案例展開了討論,提供了由流動(dòng)誘導(dǎo)引起的脈動(dòng)和振動(dòng)正常水平的量化數(shù)據(jù),對(duì)于未來新項(xiàng)目,該書可以幫助項(xiàng)目規(guī)劃者制定合理的控制指標(biāo);而對(duì)于現(xiàn)行的項(xiàng)目,該書對(duì)采用縮小比例的模型試驗(yàn)來預(yù)測(cè)相關(guān)的原型性能的可能性和局限性進(jìn)行了論述和闡釋。對(duì)于廣大從事實(shí)際工作面臨工程實(shí)際問題挑戰(zhàn)的工程師和規(guī)劃者,該書是一本跨學(xué)科、涵蓋各種關(guān)鍵解決技術(shù)兼?zhèn)洮F(xiàn)代性和實(shí)用性很強(qiáng)的參考文獻(xiàn)。
符號(hào)表
1 基本概念
1.1 綜合特性曲線、運(yùn)行工況及其參數(shù)
1.2 振動(dòng)的幅值及其頻譜
1.3 管道和系統(tǒng)中的脈動(dòng)現(xiàn)象
1.4 水力共振
1.5 水力不穩(wěn)定性
1.6 結(jié)構(gòu)部件的評(píng)估
2 漩渦流中的低頻脈動(dòng)現(xiàn)象
2.1 管道中渦旋流動(dòng)、渦破裂現(xiàn)象
2.1.1 基本觀測(cè)
2.1.2 早期研究
2.2 尾水管中的漩渦現(xiàn)象
2.2.1 部分負(fù)荷渦帶:受迫振蕩(半負(fù)荷涌浪)
2.2.2 極低部分負(fù)荷下的隨機(jī)壓力脈動(dòng)
2.2.3 部分負(fù)荷渦帶:雙渦帶(孿生渦帶)
2.2.4 低部分負(fù)荷:自激振蕩
2.2.5 高部分負(fù)荷渦帶:80%脈動(dòng)
2.2.6 螺旋渦帶的不穩(wěn)定性
2.2.7 高負(fù)荷自激振蕩(滿負(fù)荷涌浪)
2.2.8 滿負(fù)荷渦帶:受迫振蕩
2.2.9 系統(tǒng)響應(yīng)
2.2.10 結(jié)構(gòu)影響
2.2.11 混流式和其他機(jī)型中的個(gè)例
2.2.11.1 淺尾水管
2.2.11.2 直尾水管
2.2.11.3 水泵水輪機(jī)
2.2.11.4 軸流式水輪機(jī)
2.2.11.5 閥門和閘門
2.2.12 預(yù)測(cè)和評(píng)估
2.2.13 對(duì)策
2.2.13.1 尾水導(dǎo)流板
2.2.13.2 尾水中心管或中心柱
2.2.13.3 補(bǔ)氣
2.3 轉(zhuǎn)輪葉道中的漩渦:葉道渦
2.3.1 物理機(jī)理
2.3.2 特征、預(yù)測(cè)及其診斷
2.3.3 對(duì)運(yùn)行范圍的影響
2.3.4 破壞性
2.3.5 對(duì)策
2.4 其他位置的漩渦破裂
2.4.1 壓力鋼岔管中的漩渦破裂
2.4.2 軸流式轉(zhuǎn)輪體
2.4.3 尾水導(dǎo)流板頭部發(fā)生的渦帶
3 轉(zhuǎn)輪和蝸殼動(dòng)靜干涉引起的周期性效應(yīng)
3.1 葉柵非穩(wěn)態(tài)干涉的一般特性
3.2 轉(zhuǎn)頻下的波動(dòng)
3.2.1 轉(zhuǎn)輪的不平衡性
3.2.2 蝸殼的不對(duì)稱性
3.3 反擊式機(jī)組中的葉片干涉
3.3.1 涉及的流動(dòng)現(xiàn)象
3.3.2 結(jié)構(gòu)影響
3.3.3 設(shè)計(jì)的影響及對(duì)策
3.3.4 數(shù)值模擬
3.4 軸流式機(jī)組
3.4.1 活動(dòng)導(dǎo)葉的尾流影響
3.4.2 軸向振動(dòng)的激振
3.4.3 軸流式機(jī)組轉(zhuǎn)輪葉片旋轉(zhuǎn)對(duì)轉(zhuǎn)輪室的影響
3.5 沖擊式水輪機(jī)中水斗的旋轉(zhuǎn)影響
3.5.1 物理背景
3.5.2 結(jié)構(gòu)效應(yīng)
3.5.3 對(duì)射流水柱沖擊的數(shù)值模擬
3.5.4 設(shè)計(jì)參數(shù)的影響
3.6 蝸殼中的壓力波干涉
3.6.1 結(jié)構(gòu)影響
3.6.2 可采取的風(fēng)險(xiǎn)緩解措施
4 高頻渦現(xiàn)象
4.1 馮·卡門渦街
4.1.1 基本流動(dòng)機(jī)理
4.1.2 受渦街影響的水輪機(jī)部件
4.1.3 相關(guān)的設(shè)計(jì)原則
4.1.4 流動(dòng)數(shù)值模擬
4.2 湍流流動(dòng)(流動(dòng)擾動(dòng)或不穩(wěn)定性)
4.2.1 物理背景及其性質(zhì)
4.2.2 運(yùn)行工況和湍動(dòng)水平
4.2.3 過渡工況
4.2.3.1 機(jī)組啟動(dòng)和空載
4.2.3.2 快速停機(jī)和甩負(fù)荷
4.2.4 流動(dòng)數(shù)值模擬
5 與空化相關(guān)的脈動(dòng)現(xiàn)象
5.1 空化泡和空化云的動(dòng)力學(xué)
5.2 易發(fā)生空化的流動(dòng)情況
5.3 空化破壞
5.4 其他結(jié)構(gòu)影響
5.4.1 振動(dòng)和噪聲
5.4.2 增加了流動(dòng)的可壓縮性
5.4.3 壓力激波
5.4.4 空化誘導(dǎo)的不穩(wěn)定性
5.5 應(yīng)對(duì)措施
5.6 流動(dòng)數(shù)值模擬
6 與穩(wěn)定性相關(guān)的脈動(dòng)現(xiàn)象
6.1 間隙流動(dòng)效應(yīng)
6.1.1 基本機(jī)理
6.1.2 迷宮密封失穩(wěn)
6.1.3 上冠/下環(huán)側(cè)腔的影響
6.2 導(dǎo)葉振動(dòng)
6.3 壓力鋼管的自動(dòng)振蕩:漏水密封的影響
6.3.1 基本機(jī)理
6.3.2 特征
6.3.3 應(yīng)對(duì)措施
6.4 水泵和水泵水輪機(jī)中的不穩(wěn)定性
6.4.1 水泵高揚(yáng)程處的不穩(wěn)定性
6.4.2 水泵水輪機(jī)S形特性引起的不穩(wěn)定性
6.4.3 數(shù)值模擬
6.4.4 水泵水輪機(jī)在水輪機(jī)制動(dòng)象限的旋轉(zhuǎn)失速
6.4.5 水泵水輪機(jī)中由滯后引起的不穩(wěn)定性
6.4.6 調(diào)試中應(yīng)特別注意防范的事項(xiàng)
7 模型試驗(yàn)、測(cè)試技術(shù)和試驗(yàn)結(jié)果
7.1 對(duì)相似性的考慮
7.2 混流式水輪機(jī)模型試驗(yàn)
7.2.1 壓力脈動(dòng)
7.2.2 補(bǔ)氣壓力
7.2.3 對(duì)系統(tǒng)的研究
7.3 水泵水輪機(jī)模型試驗(yàn)
7.3.1 壓力脈動(dòng)
7.3.2 導(dǎo)葉力矩
7.3.3 轉(zhuǎn)輪受力
7.4 軸流式水輪機(jī)模型試驗(yàn)
7.4.1 燈泡貫流式水輪機(jī)試驗(yàn)
7.4.2 立式軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)試驗(yàn)
7.4.3 立式軸流定槳式水輪機(jī)試驗(yàn)
8 現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)和工程案例
8.1 混流式水輪機(jī)中高負(fù)荷受迫振蕩
8.2 混流式水輪機(jī)高負(fù)荷自激振蕩
8.3 水泵水輪機(jī)脈動(dòng)和空載不穩(wěn)定性
8.3.1 鋼管振動(dòng)和高頻脈動(dòng)
8.3.2 空載不穩(wěn)定性
8.3.3 中頻脈動(dòng)
8.4 軸流定槳式水輪機(jī)中固定導(dǎo)葉尾部的馮·卡門渦
8.4.1 固定導(dǎo)葉裂紋
8.4.2 分析和改進(jìn)措施
8.4.3 后期研究
8.4.3.1 固有頻率
8.4.3.2 對(duì)固定導(dǎo)葉的模態(tài)分析
8.4.3.3 馮·卡門渦頻率
8.4.3.4 水力損失的下降
8.5 立式軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)帶支墩進(jìn)水口中的流動(dòng)
8.5.1 高負(fù)荷噪聲
8.5.2 根本原因分析
8.5.3 采取的解決方案
9 工程導(dǎo)則
9.1 規(guī)劃和設(shè)計(jì)
9.1.1 電站參數(shù)的影響
9.1.2 機(jī)組參數(shù)的選擇
9.1.3 脈動(dòng)和振動(dòng)的保證值
9.1.4 共振及其他類型的故障缺陷
9.1.5 好的設(shè)計(jì)做法
9.2 模型試驗(yàn)
9.2.1 試驗(yàn)條件
9.2.2 試驗(yàn)范圍
9.2.3 試驗(yàn)結(jié)果解釋
9.3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)
9.3.1 壓力脈動(dòng)的測(cè)量
9.3.2 振動(dòng)測(cè)量
9.4 故障排除
參考文獻(xiàn)
索引