魏家堡水电站水轮机抗磨蚀防护技术

为了解决水轮机的磨蚀问题,对魏家堡水电站水轮机在两个不同运行时期的磨蚀状况及成因进行了分析,采取了渠首加闸加坝工程、优化水轮机转轮和导叶的水力设计、采用超高分子聚乙烯抗磨板、高速火焰喷涂SXH70抗磨蚀表面防护材料以及导叶、接力器、转轮修型设计的扩容改造等一系列综合措施,有效地减少了过机泥沙含量,改善了水轮机的磨蚀状况,提高了水轮机的工作效率和电站的发电效益,同时使机组长期稳定在高效率区运行,提高了机组运行的安全性和经济性。     

小浪底水电站水轮机不同转速方案抗磨蚀性能比较

小浪底水电站地处黄河中下游河段，河道天然径流多年平均含沙量高达36．gkg／m3。根据多泥沙河流水电站水轮机的运行实践，水轮机过流部件的磨蚀破坏程度与过机含沙量成正比，且国内外已取得的试验研究成果表明，水轮机过流部件的磨蚀破坏程度与其表面相对水流速度的三次方成正比。小浪底水电站水轮机能否确保在水流含有大量泥沙的汛期安全发电运行，其关键在于如何减小主要过流部件表面的相对水流速度。据理论分析，水轮机过流部件以水轮机转轮和导水机构的破坏最为严重，本文就哈尔滨大电机研究所研制的A503转轮不同转速方案下两主要过流…     

多泥沙河流水轮机泥沙磨蚀及防护研究

多泥沙河流运行的水电站均存在水轮机磨蚀的问题。为了寻求可行的措施以减少水轮机的泥沙磨蚀、改善机组运行条件、延长检修周期和提高水电站的经济效益,在实地调研的基础上,分别从泥沙特性、建筑物及机组设计、运行条件等方面造成水轮机磨蚀的因素进行了分析,提出了优化水轮机设计、提高调度和运行合理性、加强状态检修和水轮机过流部件防护等改善泥沙磨蚀的手段和措施,对减轻水轮机磨蚀程度、延长机组运行寿命有一定的参考意义。     

三门峡水电站水轮机磨蚀特性的研究

针对水轮机磨蚀特性，系统分析了三门峡水电站多年的过机泥沙数据，探究了水轮机磨蚀的部位与原因，指出了过机泥沙仍是水轮机过流部件磨蚀的主要原因，为黄河上已建、在建和待建的水电站水轮机的设计、运行和检修提供建议。     

多沙河流小型水轮机技术开发

多泥沙河流小型卧式水轮机技术开发的目标是减轻水轮机过流部件的磨蚀破坏，延长大修周期和提高出力．从水电站实际出发，研制了清、浑水转轮，开发利用尾水跌水能量，设计渠道水力排沙装置，以及采用诸多水轮机改进措施，从而实现减缓磨蚀，延长大修周期和增容之目标，社会经济效益显著．     

高耐蚀耐磨非晶纳米晶复合涂层在水轮机转轮上的应用

紫荆关梯级水电站存在水质差、杂物多、泥沙含量大等问题,电站水轮机泥沙磨蚀问题严重。采用新型高耐蚀耐磨非晶纳米晶复合涂层材料,对紫荆关一级水电站水轮机转轮进行抗磨蚀试验,针对试验结果指出了此种抗磨蚀技术的优缺点,为多泥沙水电站的水轮机过流部件抗磨蚀工作提供了新的途径。     

高耐蚀耐磨非晶纳米晶复合涂层在水轮机转轮上的应用

紫荆关梯级水电站存在水质差、杂物多、泥沙含量大等问题,电站水轮机泥沙磨蚀问题严重。采用新型高耐蚀耐磨非晶纳米晶复合涂层材料,对紫荆关一级水电站水轮机转轮进行抗磨蚀试验,针对试验结果指出了此种抗磨蚀技术的优缺点,为多泥沙水电站的水轮机过流部件抗磨蚀工作提供了新的途径。     

彭水电站水轮机转轮磨蚀原因及优化措施

介绍彭水水电站水轮机转轮磨蚀情况,分析转轮磨蚀的原因及危害,从优化运行方式的角度提出预防或减少水轮机转轮磨蚀的相关措施。     

铜街子水电站轴流转桨式水轮机磨蚀分析与处理

铜街子水电站运行多年以来,其轴流转桨式水轮机转轮体和叶片的汽蚀及泥沙磨蚀比较严重,给水电站的安全运行带来很大的危险.对磨蚀部位的处理方法进行了较为详细的叙述.     

基于不同转轮缺陷的水轮机流道水沙两相分布规律研究

为分析转轮叶片缺陷情况下的水轮机流道内水沙两相分布规律,该文根据HLA855a-LJ-250水轮机模型,对转轮叶片进行缺陷处理。分别建立了完整、空蚀凹坑及出水边磨蚀三种叶片模型,对应命名方案1、方案2和方案3,通过RNG k-?湍流模型和欧拉多相流模型进行模拟计算。转轮流域采用滑移网格,入口泥沙体积分数设置为0.35%,水轮机额定工况下工作5s,模拟结果显示：(1)方案3转轮叶片压力面与吸力面的泥沙压力与体积分数,均高于方案1和方案2转轮叶片对应面的泥沙压力与体积分数,说明不同缺陷形式的转轮叶片直接影响了转轮叶面泥沙分布规律;(2)转轮叶片缺陷形式不同,呈现在转轮上下游流道内的泥沙分布规律差异性显著;(3)当转轮叶片无缺陷时,机组运行过程中受泥沙磨蚀影响较小,但是当转轮叶片发生磨蚀破坏时,流道内的泥沙体积分数会升高,需要重点关注蜗壳鼻端、转轮叶片压力面及尾水管扩散段部位。     

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。     

混流式水轮机转轮的改型研究

本文结合某电站ＨＬ７０２转轮的增容改造，提出了一种混流工水轮机转轮的改型设计模型，该模型将导叶与转轮联合设计，通过迭代将导叶的影响计入转轮的设计，使设计模型与实际流动更为接近，该模型可用于其它型式的叶片式水力机械转轮的改型与开发研究。     

太平哨水电厂HL240型水轮机转轮改型研究

现代计算机数值模拟技术的不断进步，为水轮机转轮的改型设计创造了条件。HL240型水轮机能量指标低、过流能力差，国内相当一部分中小型水电站是套用此转轮。应用考虑转轮来流有旋、叶片有限厚及转轮叶片力作用的转轮与导叶联合作用的基于S1流面的准三维设计模型，研究出HL240的改进型转轮，并通过相对效率法效率试验对比，鉴定了改型转轮的效率特性。结果表明，水轮机效率特性明显增加，在高负荷区表现尤为明显。     

Design and development of guide vane cascade for a low speed number Francis turbine

Guide vane cascade of a low speed number Francis turbine is developed for the experimental investigations.The test setup is able to produce similar velocity distributions at the runner inlet as that of a reference prototype turbine.Standard analytical methods are used to design the reference turbine.Periodic walls of flow channel between guide vanes are identified as the starting profile for the boundary of the cascade.Two alternative designs with three guide vanes and two guide vanes,without runner,are studied.A new approach,for the hydraulic design and optimization of the cascade test setup layout,is proposed and investigated in details.CFD based optimization methods are used to define the final layout of the test setup.The optimum design is developed as a test setup and experimental validation is done with PIV methods.The optimized design of cascade with one guide vane between two flow channels is found to produce similar flow conditions to that in the runner inlet of a low speed number Francis turbine.     

混流式水轮机水力设计技术的研究和应用

混流式水轮机是水电站中应用最广泛的机型,其内部通流部件的水力设计影响整座电站的发电效益和稳定运行。本文介绍了近30年来中国水科院水力机电研究所混流式水轮机水力设计技术的研究和应用情况:在国内率先开展混流式水轮机内部流态观测试验研究,建立了水轮机水力稳定性表征形式;创新提出了叶片环量分布模型、叶片翼型计算方法和叶片积叠成型技术;实现了混流式水轮机"量体裁衣"式定制;提出的"丰枯水期双转轮配置"技术攻克了径流式水电站丰枯水期流量差别大、水轮机难以兼顾运行的技术难题;系统总结归纳了水电站技术改造的解决方案和流程。研究成果成功应用于国内外200余座新建和改造电站,取得了巨大的社会经济效益,极大地推动了行业的技术进步。     

基于CFD混流式水轮机转轮空化及涡旋流动数值模拟

采用RNK湍流模型和压力速度耦合的SIMPLEC算法,基于欧拉-欧拉方法中均匀多相流假设的混合两相流体无滑移模型,选用Schnerr and Sauer空化模型,对混流式水轮机转轮进行三维空化湍流数值模拟。利用ANSYS CFX,通过转轮的汽含率云图、流线图、turbo面分析以及转轮进出口压力、速度曲线分析,获得了该水轮机在大开度、小开度下的转轮、叶片以及泄水锥的空泡、涡旋黏度等主要流动特征。计算结果表明:大开度和小开度对转轮的空化影响不同,存在一定规律,即大开度下空化严重而范围比较集中;小开度下空化较轻但发生范围较广;大开度下涡旋黏度偏大,则空泡不宜脱流,即不容易在叶片上产生漩涡;小开度则涡旋黏度小,即叶片上漩涡明显。     

混流式水轮机转轮流道数据库系统的设计及应用研究

阐述了混流式水轮机转轮流道数据库应用软件的研制及实现过程。在研制过程中，应用规范化理论、模式分析方法和实体－联系方法对混流式水轮机转轮流道几何形状尺寸进行分析，得出混流式水轮机转轮流道数据库的概念模式，并从中抽出典型的基本数据结构。根据基本数据结构的特点和数据存取要求，建立了混流式水轮机转轮流道的数据库应用软件，该软件可在混流式水轮机转轮优化设计过程中根据实际要求作出转轮流道图，为混流式水轮机转轮的优化设计作了有益的尝试。     

低比速水泵水轮机“S”特性区的内部流动

在小型混流式水泵水轮机模型装置上对转轮流道的压力分布进行了实测，并通过流动可视化摄制了翼间流动的图像；由实验与图像处理结果获得了“S”特性区的真实流态，讨论了“S”特性区不稳定流动的原因。     

ANALYSIS AND ESTIMATION OF HYDRAULIC STABILITY OF FRANCIS HYDRO TURBINE

With the development of large-capacity hydro turbines, the hydraulic instability of hydro turbines has become one of the most important problems that affect the stable operation of the hydro-electric units. The hydraulic vibration and unstable operation of Francis hydro turbines are primarily caused by the unsteady pressure pulsations inside draft tubes. The forced rotating vortex core at the runner exit and the channel vortices inside Francis turbine runners are origins of the unsteady pressure pulsations when operating at partial load. This paper briefly analyzes the hydraulic instability of operation caused by the vortex core and channel vortices at partial load, then, presents a way to estimate the hydraulic stability by calculation of the flow behavior at the runner exit. The validity of estimation is examined by comparison with experimental data. This will be helpful to evaluate the alternative design and predict the hydraulic stability for both the prototype and model hydro turbines.     

Analyzing hydro abrasive erosion in Kaplan turbine:A case study from India

Sediment flow through hydro turbine causes erosion of hydraulic components resulting in drop of turbine efficiency, particularly in hydropower plants of the Himalayan region. The measurement of erosion and monitoring of sediment flow in turbine are major concerns in erosion study. Attempts have been made to study erosion mainly in Pelton and Francis turbines. In this study, a simple and effective method has been presented to measure erosion in a Kaplan turbine of a run-of-river scheme Chilla hydropower plant in foothills of Himalaya. Recent techniques were used to measure sediment parameters like concentration, size, shape and mineral content. A standard erosion model is applied to estimate the erosion in Kaplan turbine blade, runner chamber and draft tube cone. A calibration factor has been proposed to apply the erosion model for site specific conditions. It has been found that the outer trailing edges of the turbine blade and upper runner chamber are most erosion prone zones. Sediment analysis revealed that effective operation can reduce erosion in turbine components. The estimated erosion values from model are found to be consistent with measured values. Finally, suggestions for design improvements and effective operation of erosion affected hydropower plants are given.