基于射流补水的水泵水轮机S特性改善研究

针对水泵水轮机的“S”特性提出了在导叶顶盖位置无叶区处加装注水管的解决方案,并模拟了注水管安装在不同位置时的“S”特性曲线,分析了加装注水管后转轮区域内流线及转轮各叶道流量的分布规律。结果表明,于导叶顶盖加装注水管可以有效改善转轮内部流动,减轻转轮和导叶内部流动的相互影响,减小叶道涡的尺寸,同时有效缓解了转轮各叶道流量分布不均的现象。在注水管处于无叶区中段和活动导叶附近时,对“S”特性的改善效果明显。     

混流式水泵水轮机工况轴面水流的运动特性

为探讨叶片式水力机械的水流特性,用五孔测球量测了混流可逆式水泵水轮机转轮前后的绝对流场。在导叶出口,转轮出口和尾水管进口各装设了测球一支,量测了水轮机工况三个断面上的流速分布规律,另外还     

活动导叶头部圆半径对水泵水轮机飞逸特性的影响研究

以中国某抽水蓄能电站水泵水轮机模型机为研究对象,通过改进活动导叶头部圆半径r,基于Realizable k-ε湍流模型,分析改进活动导叶头部圆半径r对水泵水轮机飞逸特性的影响,充分发挥水泵水轮机在抽水蓄能中的核心作用。结果表明：减小头部圆半径r至(r-0.313) mm,对机组“S”特性存在较佳的改善效果;飞逸工况下无叶区的高速水环逐渐减弱。流体由活动导叶进入转轮叶片流道的过程中,流体的速度由活动导叶出口附近逐渐增大,受高速水环的影响,在无叶区达到最大,随后速度逐渐减小进入转轮,保持在某个较大速度持续流动;飞逸工况下1～5流道转轮叶片进口端旋涡沿着流道逐渐扁平且向转轮叶片后移扩散。转轮叶片进口端旋涡附近压强变化整体呈下降趋势,在叶片进口端出现峰值,转轮叶片进口端旋涡附近压强大小随旋涡位移以及强度而变化;飞逸工况下尾水管的直锥管段分布着大量涡带,且涡带沿着弯肘段逐渐后移到扩散段。回流主要集中在尾水管扩散段边壁附近,在距离转轮中轴线300～500 mm处,回流逐渐减少。     

水泵水轮机反水泵工况的特性研究

为了解水泵水轮机反水泵工况的水力性能,以某抽蓄电站为例构建了水力模型,采用SSTk-ω模型和Presto差分格式模拟反水泵工况的内流场和外特性,并结合试验数据进行对比验证.结果表明,反水泵工况的扬程与流量关系曲线及特性曲线均呈抛物线分布;活动导叶开度越大,进入反水泵的转速越高,流量越大;反水泵工况存在大量的回流涡结构,反水泵的能量损失主要集中于活动导叶的入口和出口处;转轮内存在的脱流现象主要分布在叶片吸力面进口处和压力面出口处;流量越低,转轮流道大尺度涡结构越多,乃至充满整个流道.该结论为水泵水轮机“S”特性的研究提供了依据.     

水泵水轮机甩负荷瞬态过程叶间流场分析

为研究甩负荷过渡过程水泵水轮机内流场特性,以某抽水蓄能电站水泵水轮机模型为例,采用网格壁面滑移技术与DES湍流模型对机组甩负荷过程进行三维瞬态数值模拟,基于湍动能、压力等信号提取叶间流场演变特征。结果表明,后1/3导叶域及其后流道内压力脉动剧烈,50%导叶关闭后,无叶区内形成带圆周速度的水环阻碍水流进入转轮;66.7%导叶关闭后,转轮叶间流道内出现涡旋,在较大压力梯度作用下旋转失速涡带扩散加剧流动分离,阻塞转轮流道。甩负荷过程尾水管内先充满与转轮同向的旋流,紧接着靠近内壁侧出现空腔且外壁侧旋流量减小,然后内壁侧出现与外壁侧旋向相反的回流。研究结果为良好运行性能的机组设计奠定了基础。     

某大型抽水蓄能电站水泵水轮机转轮强度及模态分析

抽水蓄能电站中由于机组工况转换频繁、正反转运行,因此对于水泵水轮机转轮结构强度及性能具有较常规机组更高的要求。本文以国内某大型抽水蓄能电站转轮为研究对象,建立了水轮机全流道三维模型,并基于ANSYS Workbench平台对不同工况下的水泵水轮机转轮进行了单向流固耦合计算,得到水轮机工况及水泵工况下转轮的静应力分布及分布情况,并展开两种运行工况下转轮的模态分析。计算结果表明：机组在相同水头的水轮机工况下运行时,随着导叶开度的增大,转轮的最大静应力及位移均呈现减小趋势;但水轮机工况与水泵工况下,叶片的最大静应力普遍发生于叶片外缘,可采取适当加厚、检查圆滑过渡等措施予以预防和避免应力集中。通过模态分析,发现转轮流固耦合第一阶振动固有频率与导叶出口的不均匀流脉动频率接近,需调整转轮固有频率以避免共振现象的发生。     

水泵水轮机在水轮机工况下转轮内不稳定流动及其演化

为了揭示水泵水轮机水轮机工况转轮内的不稳定流动及其演化过程,以模型混流式水泵水轮机为研究对象,对选定导叶开度下水轮机S特性区附近工况进行数值模拟研究,捕捉该开度下的转轮内不稳定流动并进一步揭示其产生机理.结果表明:沿等开度线,转轮内部出现了非定常涡以及旋转失速.其中,旋转失速表现出稳定的周期性特征,失速团造成通道严重阻...     

水泵水轮机转轮加装短叶片前后的流动特性对比

为对比高水头水泵水轮机的转轮加装短叶片前后的能量特性及流动特性,基于SST湍流模型,选取4个具有代表性的水泵及水轮机工况,对有/无短叶片的水泵水轮机进行全流道三维定常计算。数值模拟结果表明,以水泵运行时加装短叶片可抑制脱流与漩涡等二次流现象,降低单个叶片承受的水力载荷,提高转轮进出口、导叶区及蜗壳静压,使泵获得更高的扬程。水轮机运行时添加短叶片可减小转轮出口环量,改善在尾水管内形成的复杂漩涡流,提高其水力效率。相同边界条件下,长短叶片转轮改善了转轮区的流动条件,从而提升了机组的能量特性及水力稳定性。     

导叶不同开度下抽水蓄能机组水轮机工况内流特性分析

为了解抽蓄机组水轮机工况下活动导叶不同开度下的内流特性,以某抽水蓄能电站水泵水轮机为研究对象,基于SST k-ω湍流模型,进行活动导叶不同开度下全流道三维非定常数值模拟和分析,探讨活动导叶开度对过流部件内部流场的影响.结果表明:随着导叶开度的增加,水泵水轮机的流量增大,转轮力矩增大但增幅降低,效率先增大后降低.蜗壳整体上的压力沿周向分布比较均匀,从蜗壳进口到蜗壳出口均匀降低,水力损失较小;固定导叶形状及安放角与活动导叶搭配影响较大,小开度和大开度工况下活动导叶和固定导叶进口处水力损失大;压力变化线与进出口是否平行影响转轮内部流态,中开度转轮叶片做功最好;小开度工况下易产生偏心涡带,降低机组效率,不利于尾水管能量的回收,中开度工况下尾水管流态最好.研究结论对抽水蓄能机组运行提供了理论参考.     

混流式水泵水轮机水轮机工况轴面水流的运动特性

本文主要描述水轮机最佳点有叶和无叶两种情况下导叶出口和转轮出口轴面水流的运动特性。根据试验数据,不仅对水轮机工况的水流运动作了定性分析,并提供了一些定量数据。     

前置导叶对双吸离心泵性能影响试验研究

为了优化离心泵运行工况,运用叶轮机械设计、前置导叶预旋调节的基本理论,并结合诱导轮设计理论,设计了两种不同叶高的双吸泵前置诱导叶片.对带有不同叶高前置叶片的双吸泵进行了试验研究.研究结果表明:带有诱导叶片的双吸泵虽然扬程略有降低,且在大流量区域效率降低,但其功率消耗降低,最大可节能3.34%,且高效区往小流量偏移;14 mm叶高诱导叶片调节效果明显优于20 mm叶高诱导叶片,且能够有效地将双吸泵高效区往小流量偏移,同时降低离心泵功率消耗.     

导叶式混流泵水力性能优化的数值模拟

以导叶式混流泵为例,通过改变叶片截面的扭曲角和导叶的扫掠角度,对混流泵进行了优化设计,进而采用数值模拟方法分析了混流泵的水力性能。结果表明,在一定范围内,调整叶片的扭曲角度会使泵段效率上升;增大导叶的扫掠角度,导叶翼型的表面流线分布会更加均匀,可有效避免导叶表面的脱流漩涡,优化后的混流泵段效率比优化前提高了8.36%。     

基于CFD的轴流泵后置导叶水力性能分析

为了解轴流泵后置导叶的水力性能,基于RNG湍流模型,采用计算流体动力学CFD软件Fluent,应用SIMPLIEC算法对轴流泵模型装置全流道进行了数值模拟,分析了四种不同流量下导叶体的内部流动特性,研究了导叶的水力性能。结果表明,导叶的水力损失随流量的增加先减小后增大;在设计流量处导叶水力损失最小,导叶压力转换能力最好;小流量下叶轮进出口处水流流态紊乱,导叶流道内出现漩涡回流,是导致导叶水力损失较大的主要原因;大流量下叶轮出口水流轴向速度较大,水流导叶进口边撞击将导致导叶体水力损失增加,水力性能下降。     

淮阴抽水站可逆式轴流泵装置性能研究

为了满足泵站抽水发电可逆运行的要求,应用Fluent软件,利用CFD数值模拟技术模拟了不同方案的流道内流场,分析了叶片翼型、叶片个数、轮毂比、导叶数量、导叶距转轮出口距离对水泵性能的影响,得到了最优的水力模型装置,即转轮叶片数为4、最优安放角为0°、轮毂比为0.40、导叶数为5、导叶进口边与转轮出口距离为268mm时,转轮具有更好的做功能力,且装置全流道效率和转轮效率达到最大值。根据数值模拟计算设计出的轴流式水泵水轮机转轮特性与模型试验结果比较接近,具备实际应用价值,不仅可节约新转轮的开发成本,且缩短了研发时间。     

低比转速多级泵间隙尺寸改变对内部流场及其性能的影响

为研究低比转速多级泵间隙尺寸的改变对内流场及其性能的影响,应用CFX软件对带间隙模型泵进行数值模拟,设计了12个间隙组合模型,分析了泵的外特性、间隙泄漏量、叶轮出口与导叶进口速度压力的变化规律。结果表明,随着间隙尺寸的增加泵扬程和效率均有所下降;叶轮口环的泄漏来自遭到撞击改变方向的叶轮出口流体,导叶口环的泄漏来自次级叶轮进口的流体;间隙对泵的影响程度依次为叶轮口环导叶口环叶轮与导叶的运转间隙;叶轮出口流出的液体进入导叶时极大地阻断了叶轮泵腔之间与叶轮导叶轴向间隙的流体交换。数值模拟结果较估计值仍然偏高,数值模拟对单一模型的准确度有待商榷,说明多组模型对比十分必要。研究成果为进一步深入分析奠定了基础。     

含砂水对混流泵过流部件磨损的数值模拟

为了分析含砂水介质通过混流泵时的流场特性及叶片磨损情况,基于UG软件对混流泵进行建模并利用ICEM软件对其进行网格划分,使用CFX软件对含砂水两相流介质通过混流泵时的内部流场进行模拟分析。结果表明:混流泵磨损主要集中在叶轮叶片和空间导叶处,而且在叶片进口处容易出现磨蚀现象;混流泵扬程随流量增大而减小,效率随流量先增大后减小,且混流泵输送含砂水效率低于输送清水效率。     

基于CFD的球阀关闭对水泵水轮机飞逸过程影响的分析

蓄能机组发生导叶拒动飞逸过渡时,工况点经历不稳定的反S特性区,产生巨大压力脉动和振动,需要球阀及时关闭来加以控制。针对某抽水蓄能电站模型试验系统,采用一维管道与三维水泵水轮机耦合的CFD方法,模拟分析球阀关闭对飞逸稳定性与水轮机压力脉动和转轮受力的影响。结果表明,球阀关闭可有效抑制飞逸振荡,减小压力脉动,使波动趋于稳定;在线性关闭条件下,飞逸前期特性主要受转轮特性的影响,球阀的作用在后期逐渐体现;线性关闭对减小转轮轴向力和径向力均有利。这为球阀关闭规律的优化奠定了基础。     

浅谈如何提高煤炭企业水泵节电效益

本文从实施科学管理和开展设备技术改造两方面谈如何搞好水泵系统节电.在技术改造上,重点叙述水泵的更新、切削叶轮、抽级、调节合适容量、更换叶轮、改造供电线路、采用无功补偿等节电办法.     

Numerical comparison of premixed H2/air combustion characteristic of three types of micro cavity-combustors with guide vanes,bluff body,guide vanes and bluff body respectively

Micro-scale combustion is facing the problems of ignition difficulty, combustion instability, and low combustion efficiency. Therefore, it is necessary to improve the combustion characteristics in micro-combustor to expand the application range of micro-combustor. Focusing on the problem of the weak preheating effect of the micro cavity-combustor, the guide vanes are constructed to enhance the combustion near the cavity, and further combine with the bluff body to enhance combustion. The combustion characteristics of three types of cavity combustors with guide vanes (CCGV), bluff body (CCBB), bluff body, and guide vanes (CCGB) respectively are compared and analyzed under different inlet velocities (8–32 m/s), equivalence ratios (0.6–1.4), and wall materials (quartz glass, steel, and SiC). Results show that the guide vanes can greatly improve the combustion intensity near the cavity and improve the combustion stability of the cavity combustor. The combustion efficiency of CCGV and CCGB are increased by 43.04% and 85.96% respectively than CCBB when the inlet velocity is 32 m/s. The reaction heat of CCGV is 244.5 W when inlet velocity is 32 m/s, which is 0.55 times and 1.57 times that of CCGV and CCBB, respectively. The temperature uniformity and mean temperature of the outer wall of CCGV and CCGB both are better than that of CCGB. The combustion efficiency of CCGB is the highest among three combustors under the same equivalence ratio, especially when the equivalence ratio is less than 1. The reaction intensity in the cavity of the CCGV and CCGB with steel wall material is highest than that of the combustor with the other two wall materials. Wall materials with high thermal conductivity have a better preheating effect. Compared with quartz as the wall material, the mean temperature of the external wall of CCGV and CCGB using steel and silicon carbide as the wall material both increase by more than 130 K, and the wall heat loss both increase by more than 50%.     

Effect of guide vanes on the performance of a self-rectifying air turbine with constant and variable chord rotors

A Wells turbine is a self-rectifying air flow turbine capable of converting pneumatic power of the periodically reversing air stream in Oscillating Water Column into mechanical energy. The Wells turbine has inherent disadvantages; lower efficiency, poorer starting characteristics, higher axial force and low tangential force in comparison with conventional turbines. Guide vanes before and after the rotor suggest a means to improve the tangential force, hence its efficiency. Experimental investigations are carried out on a Wells turbine with the constant chord and variable chord blade rotors fitted with inlet and outlet guide vanes to understand the aerodynamics. Experiments were also conducted for the above said rotors with various stagger angles to validate the design stagger angle. In addition, the starting and running characteristics of the rotors have been studied and compared with the case without guide vanes. Studies were done at various flow coefficients covering the entire range of flow coefficients over which the turbine is operable. The efficiency, starting characteristics of the turbines with guide vanes have improved when compared with the respective turbines without guide vanes.