混流式水轮机尾水管进口流场与水压力脉动的关系

通过模型试验,将混流式水轮机模型尾水管进口流场测试与水压力脉动测试等实测结果进行对比分析,研究水轮机尾水管进口流场与水压力脉动的关系,为进一步研究建立尾水管水压力脉动数学模型提供依据。     

混流式水轮机功率异常波动成因分析

石门坎水电站混流式水轮机组在部分负荷下运行时,机组有功功率波动过大导致该电站无法并网发电。采用SST湍流模型对该电站水轮机在偏工况下的三维不稳定流动进行了仿真计算,重点分析了尾水内部压力脉动特性,研究发现：尾水管空腔涡带振动频率与发电机自振频率发生共振是引起机组有功功率摆动过大的主要原因。     

混流式水轮机转轮内部流动的准三元有限元解

本文介绍了用有限元法进行水力机械转轮内部流动的准三元计算方法。推导了对水力机械更为适用的S_1和S_2流面的普遍方程。对一高比转速混流式水轮机转轮,进行了包括上冠和下环在内的5个S_1流面的计算,用S_1流面的解构造一个中心S_2流面进行迭代求解。给出了详细的计算结果。     

混流式水轮机改造前后内部流动特性对比分析

为探究混流式水轮机改造前后的能量性能、空化性能及水力稳定性,基于流场数值模拟方法,对改造前后的水轮机进行全流道三维定常空化湍流计算及全流道三维非定常湍流计算。结果表明,改造后的水轮机临界空化系数降低13%,效率提高6.2%,且改造后水轮机转轮与活动导叶交界面处4个监测点脉动幅值最大降低17.8%,最小降低7.1%,该水轮机组的抗空化空蚀性能及可靠性均得到极大的提高,对混流式水轮机组的改造有一定的指导作用。     

尾水管扩散段结构变化对低水头混流式水轮机性能的影响

为探究低水头混流式水轮机尾水管扩散段底板抬起角对其性能的影响,结合西南某水电站增效扩容项目,在保证尾水管扩散段上下面角度不变的前提下,拟定了两套扩散段底板抬起角方案,利用相关软件建立了高效区内导叶开度为35°时水轮机的水体模型,并对其进行了流场数值模拟。结果表明,尾水管扩散段底板抬起角对水轮机效率影响不大,对水轮机出力和尾水管回能系数影响较大;随着底板抬起角的增加,相同水头下水轮机出力逐渐减小;在低水头(小流量)时,有适当的底板抬起角比没有时更有利。     

水轮机尾水管导流板减振分析

为减轻水轮机尾水管内涡带产生的振动,设置了一种在直锥段平行排布的尾水管导流板,并对某电站的水轮机尾水管进行了UG三维建模和CFD数值模拟计算,通过对比安装导流板前后尾水管内的流场、压力和速度分布,证实了此种导流板消振作用的有效性,对研究尾水管内导流板的排布规律有一定参考价值。     

高水头混流式水轮机尾水管压力脉动综述

在高水头的混流式水轮机中,由工程实例的观测和研究可以得出,其运行过程中的机组不稳定性主要来源于机械内部的水力振动,而尾水管压力脉动作为水轮机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。而从其内部流动机理上看,其周期性脉动特征是偏工况条件下尾水管内部的涡带振动,旋进涡核会产生高振幅低频压力脉动和高频压力脉动。本文主要介绍和讨论了国内外学者对这一领域的研究。这些研究主要包括尾水管涡带振动的机理研究,尾水管涡带振动的试验研究和数值模拟,尾水管涡带振动的结构影响,尾水管涡带振动的预防措施及对策。     

窄高型尾水管的设计参数估算方法研究

阐述了一种12号窄高型尾水管的设计方法。针对混流式水轮机，提出了一种根据其模型综合特性曲线和未来运行工况估算尾水管直锥段内的平均水流旋转角的方法，并依此来设计直锥段的高度和锥角。设计中侧重考虑非最优工况的转轮出口水流流态．使尾水管具有更高的平均效率和抑制压力脉动的性能。     

导叶开度对混流式水轮机尾水管内流动特性的影响

为了深入研究尾水管内的流动特性,结合某电站混流式水轮机的实际运行情况,基于标准的κ-ε湍流模型,选用Fluent软件在额定水头不同导叶开度下对其进行全流道数值模拟,分析了不同导叶开度对混流式水轮机尾水管内部流动特性的影响。结果表明,当导叶开度为100%时尾水管内部形成了周期空化涡带,此涡带的存在易导致水轮机机组产生强烈振动;当导叶开度较小时,尾水管内速度分布较为均匀;尾水管进口段的压力分布情况对导叶开度的变化较为敏感,可通过合理控制导叶开度来减小尾水管内的水力振动,降低水力损失。     

尾水管内水流流动的近似计算

近似计算了尾水管进口处水流环量，导出了压力脉动的振动频率和振幅的近似计算公式，对由尾水管中涡带引起的压力脉动特性进行了分析，并近似推导了尾水管中压力脉动特性的计算公式。实例计算表明，该方法简便易行，同时对压力脉动特性进行理论分析和指导水轮机运行有一定的实用价值。     

水轮机尾水管设计的CFD分析与模型试验研究

现有水轮机尾水管的设计方法往往造成机组运行中的众多水力问题,为得到流态良好的尾水管,基于某电站机组设计实例,采取"模型构建—数值模拟—试验论证"的模式,利用分区域造型法构建了尾水管的三维流场模型,并在额定工况下进行CFD流场数值计算和水动力学模型试验。通过对比仿真和试验结果可知,二者的偏差在合理范围内。可见数值计算的参数设置基本符合实际运行条件,仿真结果的精度较高,流场性能良好。这为今后进一步探索尾水管的流场运动规律,奠定了基础。     

颗粒对混流式水轮机内流场及外特性的影响

为了研究颗粒对混流式水轮机内部流场和外特性的影响,采用单相和固液两相流模型对某电站的高水头混流式水轮机进行全流道非定常数值模拟,分析水轮机运行在典型工况(小流量工况、额定工况、大流量工况)时的外特性和压力脉动特性。结果表明:颗粒的存在会不同程度降低水轮机效率,平均降低1%左右。在监测点P_1(转轮与活动导叶的交界面)处,颗粒的存在不同程度增加了此处的压力脉动,小流量工况下增加幅度最大;监测点P_5(尾水管)处,小流量工况下颗粒的存在增加了此处的低频压力脉动,大流量下颗粒的存在略微削弱了此处的压力脉动幅值。     

简单式尾水调压室位置对尾水管最小压力值的影响

探讨了简单式尾水调压室位置对尾水管最小压力值的影响。通过数值计算和工程实例,证明简单式尾水调压室越过某一临界位置向厂房方向移动,对尾水管最小压力值不利;增大调压室面积会明显改变尾水管最小压力值。