新疆夏特水电站水轮机抗磨措施研究

新疆夏特水电站所在克孜河中游含沙量高,是典型的多泥沙河流电站,高含沙量对电站水轮机过流部件的泥沙磨损影响很大。详细分析了电站泥沙的形成及输沙能力以及电站泥沙颗粒级配情况,对夏特电站可采用的水轮机进行了沙水流动的数值模拟和关键过流部件泥沙磨损试验,预估了水轮机的泥沙磨损情况,并提出了抗泥沙磨损的措施。研究结果为夏特水电站水轮机的抗磨设计和运行提供了重要参考依据。     

金沙江下游水轮机泥沙磨损情况分析

根据位于水轮机3个不同位置的泥沙特征、形貌以及矿物成份,对转轮叶片、活动导叶进行了泥沙磨损试验预估研究,比较ZG04Cr13Ni4Mo和ZG04Cr13Ni5Mo材料的抗泥沙磨损能力,并对金沙江下游多泥沙条件下的水轮机运行后重点关注部位提出了重要建议。     

欢迎订阅《水机磨蚀》

<正>为庆祝全国水机磨蚀试验研究中心成立20周年,特编辑了《水机磨蚀》一书(精装本),由中国水利水电出版社出版,606千字,定价120元。本书收集了全国水机磨蚀试验研究中心20年回顾和我国在水机磨蚀试验研究与实践方面的最新文章。内容述及水力机械空化、空蚀、泥沙磨损及磨蚀机理研究与分析,数值模拟计算,水轮机选型水力设计与结构优化,泥沙磨损预估,水轮机(水泵)技术改造,金属(焊条)与非金属材料(涂层)试验与应用,水轮机泥沙磨损导     

高水头混流式水轮机沙水流动数值模拟及转轮泥沙磨损实验研究

运用N-S方程和标准k-ε湍流模型,对高水头混流式水轮机内部沙水流动进行了全流道数值模拟。根据数值模拟结果和相似定理设计水轮机转轮叶片的单流道泥沙磨损实验装置,进行了转轮叶片泥沙磨损实验,获得了水轮机转轮叶片泥沙磨损的主要发生位置和磨损程度,并根据数值模拟和实验研究结果拟合出了水轮机转轮叶片的磨损率公式。结果表明:水轮机转轮叶片的进水边和出水口位置的磨损程度相对于其他位置更为严重,尤其是叶片背面。该研究对多泥沙河流水轮机转轮叶片的泥沙磨损评估以及维修具有指导意义。     

大藤峡泥沙对水轮机磨损初探

为研究大藤峡泥沙对水轮机磨损的影响，选取了４组悬沙样对其粒度、形态、矿物组成及含量、沙粒表面的化学成分及硬度进行了试验观测，以便根据泥沙特性合理地选择水轮机的参数。另外，根据国内外资料，采用类比法，将泥沙对水轮机的磨损程度进行了预估，运行８０００ｈ后估算的失重量约为６．４３ｋｇ，远小于标准失重量，能安全运行。大藤峡建库后，过坝泥沙多年平均含沙量减少近３／４，粗颗粒粒径明显变小，悬沙变细，但由于坚硬的泥沙颗粒约占总含泥量的３６％，因此过机泥沙对水轮机有磨损，应引起注意和采取适当的保护措施。     

三峡水轮机转轮固液两相三维紊流计算及磨损预估

本在两流体模型的基础上，使用贴体坐标的有限体积法，利用有哥氏力修正的κ-ε-Ar，两相流紊流模型建立了水轮机转轮内部的三维泥沙固液两相紊流计算模型。模型中求解了考虑压力对固粒相影响的时均Reyno1ds动量方程，并利用泥沙相的速度和浓度分布，数值计算转轮的泥沙磨损。用该模型计算了三峡水轮机转轮内部的三维泥沙固液两相紊流流动，数值预估了三个不同工况转轮的泥沙磨损情况．计算表明汛期三峡水轮机转轮将有一定的磨损，磨损的主要部位是叶片正面靠近出口和下环面的三角区。靠近山水边的磨损速率约为1．3mm/年。     

含泥沙河流条件下水轮机蜗壳优化设计

为优化水轮机蜗壳水力性能,同时结合实际可知水轮机由于受地域和环境影响,存在水轮机长期工作在泥沙环境下,蜗壳受泥沙磨损的影响较大。对于提高水轮机蜗壳水力特性以及减少泥沙磨损,急需采取有效措施。本文把蜗壳中的水力损失和泥沙磨损结合起来进行研究,并建立优化特征函数,把沿蜗壳周向断面的速度矩变化规律,设置为优化变量。用编程设计证实可以达到提高水轮机蜗壳水力性能和减轻泥沙磨损。     

水轮机过流部件磨蚀问题的研究与防护

针对我国高含沙水流中运行的水轮机组的过流部件的磨蚀这个长期存在的疑难问题，开展研究工作，在分析水轮机过流部件泥沙磨损、空化破坏各自的磨损机理、特点、影响因素、预测模型等的基础上，总结出水轮机过流部件的磨蚀主要是泥沙磨损、空化破坏及它们的联合作用，提出水轮机过流部件磨蚀的主要防护措施，为最终解决水轮机过流部件磨蚀问题提供了理论依据。图6幅，表1个。     

高水头多泥沙电站水轮机导叶的泥沙磨损研究

高水头多泥沙电站水轮机活动导叶是泥沙磨损最为严重的部件。采用k-ε固液两相湍流模型和Sample算法,对水轮机全流道的流动进行数值模拟,并采集电站前池沙样,对水轮机导叶进行了泥沙磨损试验。计算结果表明,活动导叶上泥沙浓度最大位置在5%～10%弦长处,最大泥沙速度出现在20%弦长附近。试验结果表明,泥沙磨损较严重处为活动导叶头部,磨损最严重处在20%弦长附近,泥沙速度对活动导叶磨损影响很大。     

水轮机转轮固液两相三维紊流计算及磨损预估

本文在两流体模型的基础上，使用贴体坐标的有限体积法，利用有科氏力修正的κ-ε-Ap两相流紊流模型建立了水轮机转轮内部的三维泥沙固液两相紊流计算模型。模型中求解了考虑压力对固粒相影响的时均Reynolds动量方程，并利用泥沙相的速度和浓度分布，数值计算了转轮的泥沙磨损。为了验证模型的可行性，用该模型计算了刘家峡HL001-25模型水轮机转轮内部的三维泥沙固液两相紊流流动，数值预估了转轮的泥沙磨损并与磨损试验结果进行了比较。     

NUMERICAL PREDICTION OF SILT ABRASIVE EROSION IN HYDRAULIC TURBINE

1.INTRODUCTIONTherearemanyhydraulicturbinesoperatedinsiltladenriversintheworld.Thepresenceofsolidparticlesintheflowoftencauseabrasivedegradationofcertainpartsofthehydraulicturbinewhichareespeciallyexposedtotheflow.Theerosivewearduetohydroabrasiondependsprimarilyonthesurfacematerialandonthematerialoftheabrasiveparticlesinwater.Thefluiddynamicsoftheparticlemotionalsoplayaveryimportantroleinthistribologicalsystem.Therelativevelocityofparticlesandthefrequencyofimpactarekeyfactorsindetermining…     

水轮机活动导叶的耐磨设计及实验研究

通过对含沙水流条件下水轮机导叶的水力损失及磨蚀机理进行分析研究，重新设计制作了活动导叶的翼型，并与现行标准导叶在专门设计的模型实验台上进行了对比实验，得出了一些有价值的结果。为进一步进行导叶翼型的研究提供了有益的参考。     

利用喷涂方法解决水轮机尾水管内的磨蚀问题

水轮机尾水管受泥沙磨损及空蚀作用导致破坏的现象经常发生，为此，试验研究抗磨蚀方法很有必要。通过对尾水管表面喷涂方法进行抗磨蚀材料的比较研究，选择出高硬度、高结合强度及低孔隙率的涂层材料进行实际应用，取得较好的效果。     

中高水头电站水轮机活动导叶表面破坏机理分析

以某电站水轮机活动导叶表面破坏情况为例,从空蚀产生的原因以及空化加剧泥沙磨损作用的微观机理两个方面,深入分析水轮机活动导叶表面破坏机理,以及轴根下方鼓包处破坏较为严重的原因,并对其影响因素进行分析,进而提出若干有效减少破坏的措施及相关运行建议。     

冲击式水轮机喷射机构泥沙磨损特性的数值模拟

为分析泥沙颗粒的直径及浓度对喷射机构磨损位置和磨损率的影响,基于Fluent平台对模型冲击式水轮机的喷射机构进行了三维建模,在水气两相流非定常计算稳定的基础之上,加入离散相,应用基于颗粒轨道的欧拉-拉格朗日法对水气沙三相进行了非定常数值模拟。在泥沙体积分数为1%的条件下,泥沙径粒分别取0.01、0.05、0.4和1 mm;在泥沙径粒为0.05 mm的条件下,泥沙体积分数分别取1%、2%、3%、4%和5%。结果表明,喷嘴出口处的压能大部分转化为了动能,且喷嘴出口处出现了负压;随着泥沙径粒的增加,泥沙的随流性会变差;泥沙径粒影响喷嘴的磨损范围,但喷嘴表面的磨损位置是相似的;喷针头部的针尖位置更容易受到细小颗粒的磨损,且喷针的过渡段磨损与径粒大小呈正相关;喷射机构受到的最大磨损率随泥沙浓度的增加而增大;在同一泥沙浓度下,喷嘴受到的磨损要大于喷针;泥沙浓度的增加会使喷嘴、喷针的磨损率增加,但泥沙颗粒的运动轨迹及喷针磨损的位置是相似的。     

含沙河流中混流式水轮机转轮优化设计的研究及其软件包的开发

通过对水轮机泥沙磨损机理和磨损条件的分析 ,提出了改善水轮机磨损条件的措施 ,在二元理论基础上 ,对含沙河流中混流式转轮叶片设计方法进行了研究。采用稳定可靠的数值计算方法 ,进行了转轮流场计算、叶片数值积分、叶片加厚等工作。对初步设计的转轮进行了效率和磨损预测。开发了一套实用的含沙河流中混流式转轮叶片水力设计计算机辅助设计系统 ,并给出了一个运用该软件的设计实例。     

基于BP神经网络的水轮机调节系统建模与仿真

采用BP神经网络对水轮机综合特性曲线进行处理,将水轮机非线性特性转换为可用于实时仿真的力矩和流量神经网络,可避免建立水轮机特性变量间复杂的函数关系式。将其应用于水轮机调节系统的大波动过渡过程计算,可使计算更为简洁,且由于曲面是光滑的且导数连续,更容易保证计算过程的收敛。建立的机组非线性模型更贴近实际情况,仿真试验表明应用效果良好。     

水轮机抗汽蚀材料及表面防护技术的应用现状及趋势

汽蚀和磨损是水轮机和其他过流部件普遍存在的主要问题。从这两个问题出发,阐述了水轮机叶轮材料及其表面防护技术的应用现状及趋势。结合材料及其表面防护技术的发展,认为高速火焰喷涂(HVOF)制备的纳米金属陶瓷复合涂层可望有效地解决水轮机的汽蚀和磨损问题。     

基于欧拉固液两相流模型的混流式水轮机导水机构磨蚀损伤研究

为保障水轮机发电机组的安全运行,对水轮机活动导叶磨蚀损伤机理进行研究。基于欧拉固液两相流模型对水轮机活动导叶内部的固液两相紊流进行数值模拟,对磨损情况进行了分析,提出了导水机构的磨损预估及相应的修复建议。所得结论可供相关研究人员参考。     

水工抗冲磨混凝土原材料选用分析

文中介绍了水工混凝土的冲磨破坏机理及研究现状,结合张峰水库抗冲磨混凝土配合比试验对抗冲磨混凝土的原材料选用进行分析,通过原材料优选研制出了经济合理满足设计要求的抗冲磨混凝土。