高水头混流式水轮机转轮泥沙磨损特性模拟研究

泥沙磨损是导致混流式水轮机组失效的主要原因之一,特别在水头相对较高时,由于内部流速相对也较高,其磨损问题会更为严重。为研究混流式机组转轮磨损的形成机理,本文根据电站泥沙实测数据统计得到汛期的泥沙平均浓度和粒径,对高水头混流式水轮机在最优开度和小开度两种工况下的固液两相流特性进行数值计算,基于拉格朗日方法模拟颗粒的运动轨迹,选取Oka模型对转轮的磨损特性进行了预测。通过分析转轮内的流动特性、颗粒的运动轨迹和壁面冲击特性,对混流式机组转轮磨损形态的形成原因进行了探讨,并将计算结果与文献中的实际磨损情况进行对比分析。预测的结果表明：采用欧拉-拉格朗日方法可较好地对混流式水轮机转轮的主要磨损区域进行定性的预测;在小导叶开度的偏工况时,转轮内部的涡旋流特性会导致颗粒产生局部富集等现象,从而引起对应区域磨损速率的增加。     

白鹤滩电站水轮机泥沙磨损评估研究

为预估白鹤滩电站水轮机的泥沙磨损,为水轮机选材、大修及防护方案的制定提供数据支撑,本文利用水力机械磨蚀测试系统中的旋转圆盘磨蚀测试工位,根据白鹤滩电站的过机泥沙条件及过流部件过流条件,对相应泥沙和过流条件下过流部件备选材料的磨损规律及磨损性能进行了实验研究。通过试验研究获得不同含沙浓度、过流速度磨损条件下不同材料表面的磨损深度,并通过多元线性回归法拟合试验数据获得不同材料的磨损率公式。利用磨损率公式及磨损率-粒径关系式,对一定运行时间范围内真机主要过流部件转轮及导叶区的磨损深度进行了预估,结果表明磨损较严重的部位为活动导叶下端面及转轮叶片出口靠近下环处。机组运行10年后,水轮机上述区域的磨损量分别为2.66 mm、1.75 mm。依据国家标准《反击式水轮机磨损技术导则》,两个过流区域的磨损量均较小,对机组正常运行影响较小,满足10年大修周期要求。     

映秀湾电站一号水轮机改造分析

映秀湾电站水轮机能量参数、效率设计值偏低,不利于水力资源的有效利用。水轮机导水机构过流部件磨损严重,导叶漏水大。转轮经过长期修复补焊叶片变形严重,已多处出现裂纹,机组稳定性变差,水力振动区大,急需对水轮机进行改造。针对1G机组水轮机运行中的问题对其改造方案进行详细分析。     

天生桥Ⅱ级水电站水轮机水力设计

本详细介绍了天生桥Ⅱ级电站水轮机水力设计过程，其中包括模型转轮参数的确定，蜗壳、导叶、尾水管的设计，重点介绍了模型转轮的研制、改造及试验。为高水头混流式水轮机水力设计与开发奠定了基础。     

水轮机导叶抗泥沙磨损的水力研究

本文介绍了减轻低比速（ｎｓ＝１００ｍ－ｋＷ）混流式水轮机导叶泥沙磨损水力型式的物理模拟试验及数值模拟计算的成果，揭示了导叶绕流，导叶与转轮互配水力设计，对泥沙磨损的影响，为较圆满解决该类导叶的泥沙快速损坏提供了新的途径。     

水轮机导对抗泥沙磨损的水力研究

本文介绍了减轻低比速（ｎｓ＝１００ｍ－ｋＷ）混流式水轮机导叶泥沙磨损水力型式的物理模拟试验及数值模拟计算的成果；揭示了导对绕流、导对与转轮互配水力设计，对泥沙磨损的影响，为较圆满解决该类导叶的泥沙快速损坏提供了新的途径。     

超低水头两叶片灯泡贯流式水轮机固液两相流研究

超低水头贯流式机组无论在电站增容改造方面,还是在超低水头开发方面,都具有巨大潜力。然而,水流中裹挟的泥沙会对机组运行产生不利影响,在汛期尤为严重,研究泥沙磨损问题对于机组的稳定运行具有重要意义。基于CFX平台,使用k-ε湍流模型,拉格朗日颗粒跟踪模型和Tabakoff and Grant磨损模型对2.1m超低水头下的两叶片灯泡贯流式水轮机进行了固液两相流数值模拟计算。通过实验验证数模计算的可靠性,对比单相及两相流工况下的涡流特性,探究不同泥沙浓度(Cv=1%～10%)、颗粒直径(D=0.1～1mm)对过流部件磨损位置、侵蚀率以及流动特性的影响。结论如下：在清水中加入泥沙颗粒后,泥沙颗粒对旋涡有增强作用;导叶凹面,叶片正面进水侧头部、叶片出水边、叶片轮缘,以及转轮室都是比较容易遭受磨损的部位;随着泥沙颗粒浓度、直径的增加,导叶、叶片及转轮室的磨损面积、磨损程度以及最大磨损率都呈上升趋势;相较于导叶,叶片和转轮室的磨损程度更为严重,在汛期运行时要更加注重磨损防护。     

泸定水电站水轮机水力开发

针对泸定电站的具体情况,详细分析了泸定水电站的蜗壳尺寸、尾水管高度、导叶高度、转轮叶片数、导叶分布圆直径等几何参数和比转速、单位流量、单位转速等水力参数的选取方法、原则以及对转轮性能的影响。同时,利用国内外通用的混流式水轮机转轮及过流部件CFD分析技术,对转轮和通流部件的内部流场进行了计算,在对其流速场、压力场进行分析比较的基础上优化出了一套符合电站要求的装置。     

泸定水电站水轮机水力开发

本文分析了泸定水电站的蜗壳尺寸,尾水管高度、导叶高度、转轮叶片数、导叶分布圆直径等几何参数和比转速、单位流量、单位转速等水力参数的选取以及对转轮性能的影响。利用国内外通用的混流式水轮机转轮及过流部件CFD分析技术,对转轮和通流部件的内部流场进行了计算,在对其流速场、压力场进行分析比较的基础上优化出了一套符合电站要求的装置。     

叶栅稠密度对贯流式水轮机效率影响的研究

本文从理论上讨论了贯流式水轮机转轮叶栅稠密度对水轮机水力效率的影响,模型试验结果也说明了这一点。得出了应合理选择叶栅稠密度和叶片扭角,以提高大流量区的效率和机组比转速的结论,并提出了对多泥沙河流上的贯流式水轮机组应适当增大转轮叶栅稠密度,以减小叶片内的相对水力摩擦损失。     

水轮机导叶控制环抗磨板磨损原因分析及改进

抗磨板在水轮发电机组应用的部位较多,控制环与顶盖位置抗磨板由于其特殊位置对材质选择尤为重要。分析了碗米坡电厂机组控制环抗磨板磨损的原因并介绍了改造处理情况。     

Fe_3O_4质量分数对低水头水轮机导叶套筒密封橡胶性能的影响

Fe_3O_4质量分数对橡胶密封性能有着极大的影响。近年来,因低水头水轮机导叶套筒密封材料失效而引起水或油泄漏事故层出不穷,对于在低水头水轮机导叶套筒密封材料的研究也成为了很多研究人员所关注的焦点。因此,本文通过对不同质量分数的Fe_3O_4密封橡胶材料在低水头水轮机导叶套筒应用进行理论方程分析发现:一定配比质量分数的Fe_3O_4密封橡胶材料相比于传统密封材料来说,它的摩擦系数更小、抗磨损性能更强。最后,将几种不同质量分数的Fe_3O_4密封橡胶材料在水电站进行实际应用,20%质量分数的Fe_3O_4密封橡胶材料使得低水头水轮机导叶套筒的泄漏量相比于对照组显著减少,水轮机的密封性能得到极大的提高。     

ALSTOM水轮机导叶中轴套密封改造

本文主要介绍了三峡左岸电站ALSTOM水轮机导叶中轴套密封结构,并结合其密封结构型式,对导叶中轴套在运行中漏水严重的原因进行分析。同时详细地阐述了相应的改进措施。     

水轮机在高水头低负荷工况下振动问题的研究

水轮机在高水头小负荷下运动时,容易出现不稳定流动而引起过流部 压力脉动和应力脉动,这是转轮叶片裂纹和空蚀的根源,本文结合实际电站情况研究了水轮机在高水小负荷运行的特性并提出了切实可行的解决方案。     

中高水头混流式水轮机组导叶轴颈密封结构优化研究

本文通过分析以往中高水头电站混流式水轮机组导叶轴颈结构,指出导叶轴颈法兰盘处绕流漏水会对机组的安全稳定运行造成不利影响,并以某水电站为例进行了导叶轴颈绕流漏水量的计算,证实了导叶轴颈法兰盘处绕流漏水量会影响机组停机后的导叶封水效果。为减小导叶轴颈绕流漏水量,提出了三种防止导叶轴颈绕流的密封结构,经综合比较各种结构的优缺点,选定其中一种结构在白鹤滩电站百万机组设计中应用。本文的研究成果可供其他中高水头电站机组设计或检修改造时参考。     

负曲率导叶在高水头混流式水轮机中的应用及性能分析

负曲率导叶具有显著的水力特点和性能优势,应用于高水头混流式水轮机的水力研发,对提高水轮机的性能水平具有明显作用。通过对负曲率导叶在高水头混流式水轮机水力研发中的应用原理的论述分析,并通过锦屏二级水轮机研发项目工程应用实例,验证了负曲率导叶在提高高水头混流式水轮机水力性能上显著的技术优势,为我国未来500m左右高水头大容量混流式水轮机的研发提供借鉴。     

水轮机导叶抗泥沙磨损的水力研究

本文介绍了减轻低比速混流式水轮机导叶泥沙磨损水力型式的物理模拟试验及数值模拟计算的成果；揭示了叶绕流，导叶与转线配水力设计，对泥沙磨损的影响，为较圆满解决该类导叶的泥沙快速损坏提供了新的途径。     

导叶端面间隙泥沙磨损数值预测研究

高水头混流式水轮机导叶间隙是泥沙磨损破坏最为严重的部分之一。泥沙磨损破坏问题与固液两相流动特征关系密切,为了揭示导叶端面间隙内含沙水的流动规律,本文应用固液两相流模型,通过求解雷诺时均N-S方程和RNG k-ε湍流方程,对泥沙介质条件下水轮机导叶端面间隙流动进行数值研究。研究结果表明,含沙水在压差的驱动下从导叶间隙的压力侧向吸力侧方向流动,间隙内部泥沙浓度低于主流;导叶间隙尺度增大会导致间隙内部含沙水速度增加,含沙水对导叶的磨损强度增大。     

水轮机固定导叶和活动导叶的一种计算机辅助设计方法

本文提出了一种关于水轮机固定导叶和活动导叶的计算机辅助设计(CAD)方法,通过人机对话的方式,可以根据不同的电站参数设计符合要求的导水部件。实际编程设计结果表明,该方法设计速度快、准确度高,可以代替传统的作图设计法。