●第1章 電調基於水調的紫坪鋪水電站水輪機運行研究 1
1.1 電調基於水調的機組運行原則 1
1.1.1 紫坪鋪水電站在電網中的地位及作用 1
1.1.2 安全供水及調度 3
1.2 電站水庫運行方式 4
1.2.1 水庫容量 4
1.2.2 水庫調度運行方式 6
1.2.3 水調管理 9
1.2.4 水調與電調的協同關繫 9
第2章 大變幅水頭機組在紫坪鋪水電站的應用 10
2.1 大變幅水頭機組的水力穩定性及對紫坪鋪水電站的影響 10
2.1.1 傳統的逼近水輪機特性的方法 12
2.1.2 基於人工神經網絡的逼近水輪機特性的方法 14
2.1.3 基於支持向量機的逼近水輪機特性方法及計算實例 20
2.2 紫坪鋪水電站水輪機壓力脈動特性 24
2.2.1 水輪機尾水管水力振動信號的處理 24
2.2.2 渦帶所引起的壓力脈動分析 25
2.2.3 尾水管水流低頻脈動特性 25
第3章 紫坪鋪水電站水輪機及水輪發電機設計特點 29
3.1 紫坪鋪水電站水輪機結構設計的主要特點 29
3.1.1 蝸殼 29
3.1.2 座環 33
3.1.3 導水機構 35
3.1.4 尾水管 44
3.1.5 頂蓋 48
3.1.6 底環 50
3.1.7 控制環 51
3.2 紫坪鋪水電站水輪發電機結構設計的主要特點 51
3.3 紫坪鋪水電站轉輪設計的主要特點 52
3.3.1 轉輪設計理論 52
3.3.2 轉輪結構型式 55
3.3.3 混流式轉輪受力分析 56
3.3.4 混流式水輪機轉輪的止漏裝置 59
3.4 紫坪鋪水電站軸承設計的主要特點 64
3.4.1 小灣水電站水導軸承結構 64
3.4.2 龍灘水電站水導軸承結構 65
3.4.3 三峽水電站水導軸承結構 66
3.4.4 溪洛渡水電站水導軸承結構 66
3.5 水輪機主要零部件的強度分析成果 67
3.5.1 水輪機基本參數 67
3.5.2 轉動部分強度計算 68
3.5.3 導水機構部分強度計算 72
3.5.4 接力器部分強度計算 85
3.5.5 埋入部分強度計算 88
第4章 電調基於水調的紫坪鋪水電站水輪機目標參數選擇及穩定性分析 97
4.1 電調基於水調的紫坪鋪水電站水輪機目標參數選擇 97
4.1.1 比轉速 97
4.1.2 水輪機效率 99
4.1.3 空蝕繫數和吸出高度 99
4.2 水力穩定性分析 100
4.2.1 結構場計算模型 101
4.2.2 改善水輪機穩定性的措施 104
4.3 紫坪鋪水電站水輪機運行區域分析及優化 104
4.3.1 水輪機設計性能 105
4.3.2 水輪機運行區域優化 108
第5章 紫坪鋪水電站水力過渡過程數值仿真及分析 111
5.1 數學模型的建立 115
5.2 水輪機邊界條件 117
5.3 水輪機特性及數據處理 119
5.3.1 水輪機特性 119
5.3.2 水輪機特性的數據處理 121
5.3.3 水輪機特性的三維建模 123
第6章 “5 12汶川大地震”對紫坪鋪水電站安全運行的影響分析 131
6.1 “5 12汶川大地震”水輪發電機組震損及恢復情況 131
6.2 “5 12汶川大地震”對水輪機和發電機等安全運行的影響 132
6.2.1 混凝土面板堆石壩工程 132
6.2.2 洩洪建築物 133
6.2.3 廠房及地面建築物(含道路和橋梁) 133
6.2.4 機電和金屬結構 134
6.2.5 安全監測與監控 135
6.3 紫坪鋪水電站水庫大壩安全穩定性計算分析及潰壩演算成果 137
第7章 紫坪鋪水電站水輪機運行分析 143
7.1 起動試運行 143
7.2 3#機組全水頭振區測試試驗研究 148
7.3 試驗水頭為82m的測試分析 150
7.4 試驗水頭為120m的測試分析 154
第8章 水輪機部件運行問題原因分析及解決措施 158
8.1 導葉裂紋原因分析及解決措施 158
8.2 葉片及上冠裂紋探傷情況及處理方案 159
8.3 頂蓋上止漏環出現開焊現像 164
8.3.1 設計方面的影響 165
8.3.2 制造方面的影響 166
8.3.3 現場安裝方面的影響 166
8.3.4 運行環境方面的影響 167
8.3.5 綜合因素的影響 167
8.3.6 處理措施 167
8.4 特定水頭及功率下的高頻振動 169
8.4.1 1#機組在特定水頭和出力下出現異常高頻振動的問題 169
8.4.2 引起異常高頻振動的因素 174
8.5 冷卻器冷卻水管開焊 175
8.6 水輪發電機組制動閘板及閘墩振動現像 175
8.7 水輪機大軸補氣閥問題 176
8.8 水輪機底環在檢修時不能被拆出的問題 179
8.9 水輪機技術供水減壓閥更換 180
8.9.1 減壓閥容易損壞的原因 181
8.9.2 技術供水減壓閥損壞的後果 181
8.9.3 活塞式減壓閥的技術要求 182
8.9.4 活塞式減壓閥的特點 183
8.9.5 對機組技術供水繫統減壓閥進行改造後能夠達到的效果 183
8.10 空氣冷卻器的改造 183
8.10.1 空氣冷卻器 183
8.10.2 主變冷卻器 185
8.11 重要螺栓的在線檢測繫統 187
8.11.1 設備溫度在線監測的必要性 187
8.11.2 設備溫度在線監測技術發展趨勢 187
第9章 基於逆向工程的紫坪鋪水電站混流式轉輪三維模型構建 193
9.1 逆向工程 193
9.1.1 逆向工程的關鍵技術 193
9.1.2 逆向工程的國內外研究現狀 194
9.1.3 逆向工程應用領域及發展趨勢 194
9.2 數據測量方法及設備 196
9.2.1 數據測量方法 196
9.2.2 數據測量設備 198
9.3 PO140混流式轉輪模型重構 200
9.3.1 數據采集 200
9.3.2 基於逆向工程軟件的點雲數據處理 203
9.3.3 基於正向CAD/CAM軟件的模型重構 205
第10章 紫坪鋪水電站全流道多工況數值模擬分析 211
10.1 計算模型的建立 211
10.2 計算工況點的選擇 212
10.2.1 單相定常模擬條件設置 213
10.2.2 單相非定常模擬條件設置 214
10.2.3 空化兩相流動模擬條件設置 215
10.3 流場計算結果 215
10.3.1 各水頭下水輪機能量特性 215
10.3.2 定常流動下水輪機全流道流線分布 218
10.3.3 蝸殼靜壓分析 220
10.3.4 活動導葉速度分布 221
10.3.5 轉輪葉片工作面靜壓分布 223
10.3.6 轉輪葉片背面靜壓分布 225
10.3.7 蝸殼流線分布 227
10.3.8 固定導葉流線分布 228
10.3.9 尾水管渦帶 230
10.3.10 全流道空化計算結果分析 232
10.4 大變幅混流式水輪機異常高頻振動工況下尾水管空化流動分析 247
10.4.1 尾水管空化定常結果分析 248
10.4.2 尾水管空化非定常結果分析 253
10.5 高頻振動區域工況下的轉輪流固耦合分析 256
10.5.1 流固耦合計算方法 256
10.5.2 模態分析基礎 256
10.5.3 預應力下的轉子模態設置 257
10.5.4 轉輪高頻振動工況下的流固耦合計算結果分析 257
第11章 電調基於水調的紫坪鋪水電站水輪機運行關鍵技術及研究 261
11.1 電調基於水調及自動發電控制運行下的水庫運行模式 261
11.2 多物理場耦合下的高水頭大變幅水輪機運行區域優化 262
11.3 高水頭大變幅水輪機特定高頻振動區域的發現及其減振技術 262
11.3.1 導致機組振動的因素 262
11.3.2 機組減振的方法 262
11.3.3 機組減振結構的優化 263
11.4 機組關鍵連接部位的螺栓在線智能監測技術 263
11.4.1 點線面結合，溫度全面監測 264
11.4.2 移動應用App隨時隨地監測設備狀態 264
11.5 一種混流式水輪機轉輪逆向工程建模方法 265
11.6 展望 265
主要參考文獻 266

本書開展了紫坪鋪高水頭電站機組在電調基於水調運行原則的水輪機安全可靠運行關鍵技術研究，密切關注紫坪鋪高水頭大變幅水輪機的安全運行，對電站水輪機的水力特性、結構特性及運行可靠性等關鍵技術進行了聯合研究（特別是紫坪鋪水電站機組超大變幅運行水頭全流道多工況空化數值模擬研究），探索了機組安全可靠運行區域，提出了機組安全運行的對策措施，為電站的安全可靠運行及確保成都市及都江堰灌區用水安全奠定了堅實的理論基礎。本書可作為水電站設計，機組制造、安裝與運行管理，以及水資源利用等專業研究生、本科生及廣大設計、制造、安裝、運行和管理人員的學習參考用書。