基于性能预测的水轮机水力优化设计

本文分析水轮机过流部件内的三维流动特点及现行的水力设计方法存在的问题，提出了在采用传统的过流部件水力设计进行流道初步设计后，考虑各过流部件耦合作用关系，对整个流道进行三维粘性流动计算分析及性能预测，以流场数值模拟取代模型试验，修改完善设计的水力优化设计思想和方法。以某混流式水轮机设计为例，给出性能预测和部分优化设计结果，证明文中提出的思想和方法是切实可行的。     

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。     

运西水电站竖井贯流式水轮机性能优化

采用雷诺时均方程(RANS),选择S-A湍流模型,运用SIMPLEC算法,利用CFD数值模拟技术,数值模拟了不同方案的运西水电站水轮机流道内流场,分析了转轮直径、叶片翼型、叶片个数、叶片安放角、转轮轮毂、转轮转速、导叶翼型、导叶轴线与机组中心线夹角、导叶个数、叶片及导叶安装位置、导叶开度对水轮机性能的影响,叶片数为3时水轮机装置性能较优,机组最高效率点分别在转速为187.5r/min、导叶个数为15时出现。对原有流道可改变部件做适当优化后,将优化后的转轮应用于电站进行数值计算,根据全流道的数值模拟结果,预测电站改造后机组的水力性能。根据数值计算的结果制作模型水轮机和真机进行模型试验和真机测试。结果表明,数值模拟结果与模型实验以及现场运行结果曲线的变化趋势一致,数值模拟结果基本能够准确反映电站的外特性和内部流场特征。     

QBT水电站水轮机模型验收试验分析

结合对QBT水电站水轮机模型验收试验的主要内容及试验结论的介绍,通过计算机数值模拟分析(包括全流道及相关过流部件的CFD分析研究),优化了水轮机的水力特性(包括能量特性、空化特性及水力稳定性等),并根据计算机模拟优化结果设计制造模型装置及试验模型转轮。经过模型试验,最终选定各项性能指标优良且能满足合同文件要求的A1624转轮作为电站模型转轮,并对选定的转轮进行了全面完整的模型试验。图2幅,表6个。     

运西电站水轮机组增效改造

在运西小水电站增容改造过程中,根据电站的实际情况确定水轮机增容改造方案和改造思路,由于改造电站的流道基本上是固定不变,在水力设计时着重考虑老电站的流道特点,对水轮机转轮进行有针对性的优化设计,在制造过程中运用新材料,采用新结构以满足电站运行维护的需要。     

铜街子水电站12号机增容改造水轮机水力开发

根据铜街子水电站12号水轮机组增容改造要求,在仅更换转轮的情况下,水轮机出力由154 MW增容到178.57 MW。本文详细介绍了在水轮机转轮水力开发过程中的参数选择,以及在转轮设计过程中针对铜街子电站水轮机具体水力参数所采取的方法和措施,对部分水轮机全流道数值计算结果和模型试验结果进行了简单分析。电站实际运行情况表明,铜街子电站水轮机的综合水力性能得到较大幅度的提升。     

彭水水电站汛期机组出力提升研究

为更好发挥彭水水电站效益并保障机组安全稳定运行，在现有机组流道尺寸不变的前提下，利用理论分析、CFD数值模拟技术和水轮机模型试验等方法，分析了彭水水电站在汛期低水头下提高机组出力和部分负荷运行稳定性的可行性方案。结果表明：通过对水轮机转轮、活动导叶等关键过流部件进行优化改造，机组发额定出力对应的最小水头可以由原来的67 m优化到63 m,能够提高汛期机组发电调峰能力，并减少电站弃水；机组安全稳定运行的水头范围由原来的52.0～81.6 m优化为44.0～81.6 m,优化后的水头变幅H_max/H_min高达1.855,同时水轮机在全水头、45%～100%预想出力范围内均能稳定运行。     

混流式水轮机组技术改造前后性能分析

针对目前中小型水电站运行及改造中存在的问题,为探究混流式水轮发电机组改造前后的水力稳定性,基于CFD性能预测方法,以某电站的实际改造情况为例,对该电站改造前后的水轮机内部流场进行全流道三维数值模拟分析,探讨水轮机内部流场的速度分布、压力分布等情况,并做了对比分析。结果表明:更新改造后的电站机组活动导叶头部撞击损失减少,转轮的内部流态得到改善,流动更加均匀;且转轮在高水头、大流量运行区域叶片速度和压力分布更加均匀,提高了水轮机水力效率,机组运行更加稳定,检修周期延长。研究结果可为中小型水轮发电机组的增效扩容技术改造提供一定参考。     

栏杆水电站小型轴伸贯流式水轮机增容改造设计

新疆栏杆水电站由于当时水轮机设计、制造技术落后,转轮效率低,过流能力差,总的能量指标偏低,自上世纪90年代建厂以来,发电机原设计满负荷出力500 kW只能达到480 kW;另外电站所在地河流泥沙含量多,过流部件容易磨损,效率不断下降至使发电机出力逐年下降,至改造前出力仅达到300 kW;其中导叶、转轮等核心部件需经常维修、更换,进一步造成电站经济效益差。根据以上电站实际情况和电站方的要求,舜飞公司从2010年12月开始对栏杆电站2台水轮机整机进行了增容改造设计,于2011年9月水轮机整机改造完成并发电运行,发电机单机满负荷出力增容到了560 kW。     

湖南镇水电站3号水轮发电机组增容改造

湖南镇水电站3号水轮机组存在设计水头与实际水头不相符的问题，增容改造中，在发电机结构和水轮机固定流道基本不改变的条件下，适当修整尾水管形状，应用按电站实际设计新转轮，采用先进的设计理念，既优化转轮流道中的水流工况，又达到了机组增容的目的，从而获得显著的长期性技术经济和社会效益。     

里底电站水轮机水力设计关键技术及结构特点

为保证里底电站轴流转桨式水轮机稳定范围宽、空蚀磨损低、高效率等性能指标,依据本工程的特点,并借鉴国内外同类型机组的设计经验,对机组关键技术进行了研究并开展了水轮机水力和结构的优化设计.对水轮机运用CFD进行全流道数值模拟并进行结果分析,结合电站机组实际运行效果,论证了里底电站水轮机水力性能优越,综合出力及安全稳定性能优...     

大型泵站箱形进水流道内部流动数值模拟

箱形进水流道在我国的大型低扬程双向泵站已有较多的应用。本文应用雷诺时均方程和标准k—ε紊流模型对某大型泵站的箱形进水流道内部三维流动进行数值模拟,深入分析了进水流道内不同断面的流速和压力分布,揭示了箱型进水流道内水流的流动规律,并预测了不同工况下进水流道内的水力损失,计算结果可供大型低扬程泵站的设计、改造参考。     

水力过渡过程中坝后式水电站流道压力空间分布特性

为了保证水电站运行安全,有效控制水力过渡过程中坝后式水电站流道压力变化,必须明确水力过渡过程中流道的三维压力分布特性。为此,以三峡右岸水电站这一典型的坝后式水电站为研究对象,对水力过渡过程中流道三维空间压力分布特性进行研究。结果显示,当导叶采用三段折线式关闭规律在额定工况下甩全部负荷时,水电站流道不同区域的压力瞬变规律具有不同的特征,同一过水断面上不同位置瞬时压力差值较大,特别在活动导叶外缘断面、转轮出口断面及尾水管肘管段出口断面,其同一时刻最大压力和最小压力的最大差值达393.207%。研究结果表明,对引水道短、断面面积大的水电站,采用三维数值模拟较传统一维特征线法更能反映水力过渡过程中流道的压力瞬变特性,为水电站的安全运行提供更好的保障。     

基于CFD方法的竖井贯流泵装置进出水流道优化设计

运用计算流体动力学方法,基于雷诺时均Navier-Stokes方程和标准k-ε湍流模型,针对通吕运河水利枢纽工程贯流泵装置特征扬程和设计参数对全流道进行数值模拟,在给定的水位资料和土建控制尺寸范围内,对竖井贯流泵装置进、出水流道进行了CFD分析和水力设计优化。通过对三种不同竖井宽度的进水流道内部流态分析、水力损失计算和泵装置效率预测,优选竖井最大宽度确定为5.4 m,该方案设计工况下进水流道水力损失为0.053 m。通过对三种不同出水流道设计方案内部流态分析、对水泵的效率影响和水力损失计算,上翘角对直管出水流道内部流态、水力损失和泵装置效率产生一定的影响,对比分析采用底部上翘角为3.56°的直管式出水流道具有较优的水力性能,且采用该方案时挡土翼墙高度可减少约1 m。竖井贯流泵装置内流CFD分析与进出水流道优化设计可为同类型泵站的设计提供优化参考。     

藏木水电站高比速混流式水轮机优化设计

结合藏木水电站高比转速水轮机参数优化项目,通过CFD分析,对模型水轮机的蜗壳、尾水管、转轮等水力过流部件进行了全面优化设计。通过模型试验验证,藏木水电站水轮机水力性能研究达到了预期目标,CFD分析结果与模型试验结果基本吻合,为高比转速转轮的水力性能优化提供参考。     

混流式水轮机转轮内三元空化流场的预测

本文提出了混流式水轮机转轮内三元空化流场的数值分析方法和一种新的空穴模型，实现了水轮机转轮内三元空化流场和叶片上三元空化区域的预测.通过比较岩滩水电站模型转轮的空化试验结果及其三元空化流场的数值分析结果，可以证明：基于此种准三元空化流动理论的转轮内空化流场分析结果具有定量上的准确性，具有工程实用价值。     

立式混流泵站进出水流道水力优化

为得到某大型混流泵站进出水流道最优设计方案, 基于 CFX 软件, 对进出水流道内水流流态进行数值模拟研究。以泵站进出水流道初步设计方案为基础, 对流道型线进行优化研究: 通过调整进水流道断面参数, 得出进水流道优化方案; 通过改变虹吸式出水流道上升角与下降角, 得到水力损失最小的出水流道型式。最终结果表明: 当进水流道流速和流道长度、断面面积和流道长度的关系曲线光滑无突变时, 流道内无不良流态, 符合优化设计要求; 当出水流道上升角为22°下降角为 29°时, 泵站出水流道流速分布较为均匀、水力损失最小。由此得出所选泵站最优设计方案。所得结果对大中型泵站的流道优化有指导作用。     

基于全模拟的水泵装置模型虹吸出水流道水力特性分析

虹吸式出水流道是大型泵站出水流道的主要形式之一,由于实际工程地形条件的限制,南水北调东线水源工程江都一站所采用的虹吸出水流道在工程设计中并不常见。针对江都一站泵装置模型虹吸出水流道,通过CFX软件对该泵装置全流道进行数值模拟,研究虹吸出水流道内部水流的运动特性、预测水力性能。计算结果表明管路水头损失主要来自于弯管段的水头损失,从出水流道进口至出水流道出口涡量呈现下降趋势,但是在出水流道出口,由于截面面积过大导致出口截面速度分布不均且引起了涡量的增加。对该泵装置进行外特性预测得到的结果与试验数据的整体趋势基本一致,表明计算结果真实可信。