混流式水泵水轮机驼峰区数值模拟及分析

本文基于三维定常Navier-Stokes方程和重整化群κ-ε湍流模型,采用贴体坐标、非结构化网格和有限体积法,对水泵水轮机模型在某一导叶开度下的泵工况进行全流道内部流场模拟。采用CFD技术模拟分析水泵水轮机泵工况的特性,经与试验结果比较,研究所得数值模拟结果能较为准确地预测水泵水轮机在泵某特定工况下的特性。本文介绍了利用数值模拟的结果对特性曲线驼峰区处的流速分布、涡分布进行的分析研究,并对水泵水轮机泵工况特性曲线驼峰区形成原因进行了初步的分析。     

基于噪声频谱分析的乌弄龙水电站卡门涡共振快速判断与处理

乌弄龙水电站的2号水轮机投运后,在机组满负荷附近区域运行时,水轮机机坑和蜗壳进入门附近出现异常噪声现象.通过对现场异常噪声进行测试和噪声频谱分析,并结合理论计算,判定是由固定导叶卡门涡共振引起的电站水轮机异常噪声.根据现场实际条件和安装进度合理制定了修型方案,对固定导叶出水边进行了修型,有效地解决了水轮机卡门涡共振引起的异常噪声和振动问题,从而确保了机组的安全稳定运行.     

活动导叶开度对水泵水轮机泵工况的影响研究

为了解水泵水轮机泵工况活动导叶启闭过程中的性能,参考某抽蓄电站的水泵水轮机建立数值计算模型,对导叶不同开度时的流动特征进行分析。采用SIMPLEC算法和SST k-ω模型详细分析了泵工况不同导叶开启角度下转轮、导叶附近的流场,结合实验数据对各操作工况下的性能进行分析。结果表明,当活动导叶开启角度γ小于18°时,涡的强度大能量损失多,并且出现平面射流,扬程随着γ减小而迅速降低;当γ大于21°时,涡量分布均匀,涡结构产生的能量损失小,同一流量下不同γ的扬程和效率基本保持不变;操作工况下不同γ的扬程均与流量呈线性关系。结论为水泵水轮机的操作工况选择提供依据,也可以指导水泵水轮机的优化设计。     

水泵水轮机无叶区内部流场及压力脉动分析

对于高水头混流式水泵水轮机而言,其运行过程中的机组不稳定性主要源于机械内部的水力振动,而无叶区压力脉动作为其水力振动的主要原因,在一定情况下会引起机械的疲劳失效。本文通过数值模拟与模型试验相结合的方法对水泵水轮机模型在水轮机运行工况下无叶区内部流场和压力脉动进行了研究,通过数值模拟对无叶区内部流场不稳定性和活动导叶与转轮之间无叶区压力脉动的幅频特性,以及其随负荷变化的规律进行了分析,同时利用模型试验,通过粒子图像测速（particle image velocimetry,PIV）测试技术对无叶区内部流场进行了详细的研究分析,重点关注了水泵水轮机无叶区流场中旋涡结构的发生机理、发展规律以及其对无叶区压力脉动的重要影响。     

水轮机固定导叶涡街的动力学分析与燕尾修型研究

卡门涡的脱落与叶片尾部形状密切相关,为了研究固定导叶燕尾后缘对卡门涡脱落的影响,运用涡动力学理论对固定导叶涡量场进行分析,寻找涡街输运的一般规律;并对混流式水轮机的双列叶栅进行数值模拟,对原型和燕尾型固定导叶尾迹涡量场和压力脉动进行比较。数值计算结果表明：与原型相比,燕尾型固定导叶尾迹的涡量值和压力脉动相对减小。燕尾开叉角起到了延长涡街输运距离的作用,同时限制了新生漩涡的生长空间,降低了涡街能量;燕尾后缘对于卡门涡的脱落具有抑制作用,减弱了卡门涡的破坏能力。     

混流式水轮机三维非定常流分离涡模型的精细模拟

数值模拟已成为当前研究混流式水轮机内部流场及其复杂流动机制的重要工具。基于不可压缩流体瞬态N-S方程对混流式水轮机内部三维非定常流进行精细模拟分析,以标准κ-ε模型对水轮机进行全流道定常计算的结果作为初始流场,应用较新的分离涡模型（detached eddy simulation,DES）和滑移网格技术进行了水轮机动静干扰的非定常湍流数值模拟,得到了偏工况下活动导叶出口及转轮叶道内涡量场及速度场分布特性。模拟了大尺度涡旋结构的卷起、发展等瞬态演化过程,结果表明DES方法可以更加全面真实地模拟水轮机内部的流动情况,捕捉到水力机械中复杂流道内的三维动态涡结构。该研究对于探讨影响水力发电机组出力摆动的水轮机涡激振动的内在机制、确保机组的安全稳定运行具有一定的参考意义。     

抽水蓄能机组泵工况分阶段启动及经济运行

在仙游抽蓄电站机组调相转抽水的过程中,由于导叶开启过快,使得电机功率改变量较大,导致电网频率波动较大。对此,本文提出了在泵工况采用导叶分阶段线性启动的解决方法。基于高扬程水泵水轮机模型转轮特性数据,研究了不同导叶开度时机组运行的稳定性;分析了水泵流量、轴功率、效率与扬程和导叶开度的关系,提出了确定泵工况高效经济运行最大导叶开度的方法。通过对水泵和水轮机工况区压力脉动的比较分析,得出水轮机工况的压力脉动比水泵工况相同位置的大得多,所以水泵工况也可以采用导叶开度分阶段开启方式的重要结论。对水泵零流量工况的分析表明,当水泵启动时,采用缓慢开启导叶的方式有利于避免发生较大的零流量压力脉动现象。同时,选择较小的导叶开启目标开度有利于减小零流量压力脉动强度。最后,水力过渡过程计算示例表明,在水泵启动过程每个阶段导叶保持不变的过程中,水压和轴功率波动幅度较小且很快衰减,机组能够稳定运行,发生超过水轮机工况压力脉动的风险微小。由于高水头或高扬程水泵水轮机转轮单位流量和力矩特性及压力脉动具有类似特点,上述结论也可供其它抽蓄电站参考。     

含导叶不同步装置的水泵水轮机全特性的内特性解析

利用叶片式水力机械内特性解析理论,建立了含导叶不同步装置的水泵水轮机的水轮机区和反水泵区的全特性曲线的数学表达式,得出了求解这两种工况下当量开度的方法。结合水泵水轮机生产厂家所提供的原始模型全特性曲线,对水轮机飞逸工况特征点和水轮机零流量工况特征点给出经验计算公式。含导叶不同步装置机组的理论全特性曲线与实测全特性曲线的对比验证了该理论的工程实用性。     

非同步导叶预开启开度对水泵水轮机启动过程影响

为研究非同步导叶(MGV)的预开启开度对于水泵水轮机"S"特性的影响,选取有明显"S"特性的抽蓄电站建立水泵水轮机模型机组水力模型。为了给选择预开启导叶开度提供依据以及了解其对"S"特性的影响,采用湍流模型对水泵水轮机非同步导叶"S"特性区进行模拟,使用三维、不可压缩流体来模拟内流场和外特性。基于SIMPLEC算法来修正计算流场,使用二阶迎风格式对方程组进行离散求解。结合试验数据进行对比验证。通过内流场和外特性分析发现:采用MGV可以有效地阻止水泵水轮机进入水轮机制动工况;随着预开启导叶开度的增大,流动不均匀性更加明显,转轮与活动导叶之间的水环逐渐消失;预开启导叶开度的增加可以削弱尾水管中的尾水涡带。以上研究成果可以为提高水泵水轮机启动过程的稳定性提供依据。     

基于CFD分析的水泵水轮机活动导叶优化设计

可逆式水泵水轮机是抽水蓄能电站的关键核心部件,活动导叶又是水泵水轮机中的关键核心过流部件,活动导叶设计的水平决定着水轮机的能量指标。导叶后转轮前的区域是引起水轮机振动的关键区域,并且对水泵轮机的能量指标、水轮机工况的"S"形曲线和水泵工况的"马鞍形"曲线的形状有着极其重要影响。本文对水泵水轮机活动导叶的数目进行了详细研究,得出了其对水轮机工况"S"型、能量特性、空化特性和压力脉动特性的影响。     

水泵水轮机活动导叶静应力评定探讨

活动导叶的应力评价是结构设计中的难点,本文通过对几个抽水蓄能电站活动导叶的刚强度有限元分析,探讨了水泵水轮机活动导叶的静应力评定方法.     

三峡水轮机的非定常湍流计算及整机压力脉动分析

本文对三峡原型混流式水轮机进行了三维非定常湍流计算，得到了水轮机的非定常流场，预测了尾水管内、转轮前、活动导叶前、固定导叶前和蜗壳进口的压力脉动。通过与模型试验结果进行比较可以看出，本文提供的计算结果能够准确预测水轮机内的压力脉动。分析结果表明，尾水管内涡带及转轮与活动导叶间的动静干扰是产生压力脉动的两个主要脉动源，并在整个水轮机流道内传播。     

水轮机活动导叶水下模态分析

应用结构与流体有限元的流固耦合方法,对大型水轮机活动导叶在不同水体区域边界条件下的水下模态进行了大量对比分析,得到了活动导叶水下模态振型和水下自振频率,并给出了适合活动导叶水下模态分析的水体区域计算模型,为活动导叶水下模态分析和水轮机的稳定性设计提供了理论依据。     

基于ANSYS的轴流式水轮机空心活动导叶结构优化分析

活动导叶是水轮机的主要部件,对水轮机安全稳定运行具有重要作用。本文为提高轴流式水轮机空心活动导叶的刚度,同时控制其材料用量,采用有限元方法,研究了不同导叶瓣体内部结构对其刚度的影响。结果表明:导叶瓣体钢板厚度、纵向筋板厚度和位置以及内伸轴头长度对导叶刚度影响显著;横向筋板和多个纵向筋板对导叶刚度影响不明显。通过对不同结构重量的对比分析,提出轴流式水轮机空心活动导叶的优化结构,为同类型水轮机活动导叶设计提供参考依据。     

抽水蓄能水轮机活动导叶刚强度性能和动态特性研究

对某抽水蓄能电站机组的活动导叶的刚强度性能和动态特性进行研究,分析活动导叶不同的截面厚度对导叶刚强度性能的影响,以及采取流固耦合的方法计算活动导叶在水中的动态特征.     

反击式水轮机导叶密封的结构问题

减少反击式水轮机导叶全关后的漏水量是改善水轮机结构性能的重要课题之一。正确地确定导叶漏水量的允许值涉及到一系列问题。本文叙述我国三十年来导叶密封装置的结构变化,提出了在设计、制造及运行维护中应注意的事项,作为研究该课题的参考。     

ALSTOM机组活动导叶抗磨块及拐臂磨损处理

本文简要介绍了三峡左岸电站ALSTOM水轮机导水机构的结构以及导叶抗磨块在运行中超常磨损导致导叶下沉这一故障现象,并对该故障产生的原因进行了分析。同时阐述了相应的改进措施及具体处理方法。     

中低水头混流式水轮机导叶密封改造

分析了老电站导叶密封普遍存在的问题，并阐述了导叶密封改造中解决这些问题的方法。实践证明，这种改进的结构能够较好地解决中低水头混流式水轮机导叶密封严重漏水问题。     

灯泡贯流式水轮机导水机构弹簧承载式安全连杆机构的设计

本文介绍了用于灯泡贯流式水轮机导水机构保护的弹簧承载式安全连杆机构的结构特点和基本特性，并简要说明了该装置在设计和试验中的一些有益经验。该保护装置的成功开发和研制，为HEC在大型灯泡贯流式水轮机产品又增添了极为重要的一项新技术。     

混流式转轮固有频率分析

本文通过对混流式转轮固有频率的对比分析,找出了影响混流式转轮固有频率的因素,使转轮在水中的固有频率同时避开转频与叶片个数的乘积和转频与导叶个数的乘积,保证混流式水轮机的安全运行。