超低水头竖井贯流式水轮机三维湍流数值模拟

针对竖井贯流式水轮机导叶叶片数对其性能的影响,结合淮安市古黄河水利枢纽工程水轮机模型试验,在一定导叶开度下,对不同导叶数的竖井贯流式水轮机进行了基于CFD的数值模拟,并获得了设计点工况下配置不同导叶数量时水轮机的水力性能。将不同方案在水头损失以及流道和转轮效率上进行了对比。结果表明：随着导叶数的增加,流道效率和转轮效率逐渐提高,水头损失随之减小。通过分析贯流式水轮机内流场并结合外特性计算结果,最终确定了最佳导叶数方案;数值模拟得到的效率与试验数据的平均误差相当小,证明了数值模拟的准确性。该方法可以为超低水头竖井贯流式水轮机设计及其水力性能优化提供参考。     

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。     

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。     

水泵水轮机活动导叶水力矩的相关研究

通过对水泵水轮机活动导叶水力矩的相关研究,揭示了一种基于部分流道模型计算活动导叶水力矩的CFD算法,并将该算法计算出的结果与模型试验测试结果进行比较,两组结果有较好的对应关系,CFD分析技术可以作为一种获取活动导叶水力矩的可靠方法,利用测试和计算得到活动导叶水力矩对接力器的设计有较强的指导作用。     

减少转轮和导叶空化破坏和泥沙磨损的措施

右江百色水电站是一座中高水头的大型水电站，水轮机转轮叶片和导叶处的流速较高，会产生空化导致空化破坏，在汛期过机水流泥沙含量较大，会产生泥沙磨损，论述了水轮机采购招标时采取的减少转轮和导叶空化破坏和泥沙磨损措施，并进行了简要分析。     

基于CFD的水泵水轮机水泵工况驼峰性能评判研究

以两个水泵水轮机模型转轮为研究对象,联合分析了单流道计算结果与模型试验结果,形成了不同转轮方案“驼峰”性能比较的CFD评判方法,对水力设计时“驼峰”性能的优化提供了理论指导,同时对转轮和活动导叶在压力系数“转折点”和“驼峰”谷点工况下进行了内部流态分析,对“驼峰”现象的产生原因有了更加深入的了解。结果表明：转轮对比时,压力系数“转折点”流量系数越小,模型试验得到的“驼峰”谷点流量系数越小,压力系数越高,“驼峰”裕度越大;活动导叶近顶盖区域的不稳定流动是单流道计算时压力系数曲线出现“转折点”的主要原因;转轮内部分流体从低压边近上冠侧向高压边近下环侧的流动导致活动导叶近底环区域产生复杂的紊流,严重堵塞了流道,导叶的过流能力下降,是水泵工况出现“驼峰”现象的内因。     

导叶角度对轴流泵高效区运行范围的影响

为了研究导叶角度对轴流泵高效区运行范围的影响，采用CFD和模型试验对不同导叶角度下轴流泵水力性能进行数值模拟计算，并且进行内流场比较分析。结果表明，通过改变导叶角度后，优化导叶在设计和大流量工况下的内部流场更加均匀合理，导叶优化后的轴流泵最高效率为87.53%，与初始导叶方案相比，配优化导叶的轴流泵高效区运行范围扩宽了近1.36倍。最后通过模型试验对比分析，验证了数值计算的可靠性。研究结果可为提高轴流泵高效区的运行范围提供参考。     

三峡水轮机的三维非定常湍流计算和压力脉动分析

本对三峡混流式水轮机全流道进行了三维非定常湍流计算，得到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的比较看出，计算能够比较准确的预测尾水管内压力脉动。同时，分析了尾水管内非定常涡带产生和传播的原理。并通过对水轮机内各测点压力脉动的分析表明，尾水管内涡带和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，在整个水轮机流道内传播。     

水轮机过流部件水力设计的研究与发展

本文对水轮过流部件的水力设计研究现状和工业应用作了全面的介绍，就水轮机蜗壳，导叶双列叶栅和转轮的各种水力设计计算方法进行了评述，并对现代水轮机过流部件水力设计的发展方向提出了新的建议。     

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。     

轴伸贯流式水轮机水力模型系列研究

通过对轴伸贯流式水轮机模型的系列研究，包括对轴伸贯流式水轮机模型的流道型线、活动导叶和转轮等的设计以及模型试验，开发了适用于最高水头为6，12，20m三个水头段的包括导叶桨叶双调式和导叶固定桨叶可调式的轴伸贯流式水轮机的各种水力模型．试验研究成果基本覆盖了轴伸贯流式水轮机的使用范围，性能指标达到国内领先水平，为我国轴伸机组的选型提供了充足的技术保障．     

基于CFD的混流式水轮机优化设计及流动特性分析

为提高水轮机运行稳定性,在设计中综合采用提高设计水头、扩大活动导叶分布圆直径、加厚叶片等方法优化转轮水力参数,利用商业CFD软件,基于SST k-ω湍流模型分析改造前后内部流动特性,使新转轮在额定工况及低水头小负荷区域的流道内无明显脱流,水力性能显著改善。非定常计算结果表明,新转轮压力脉动性能良好,在低负荷区域受涡带影响较大,但幅值较低,能够满足长期安全稳定运行。     

低水头混流式水轮机的改造

在所有混流式水轮机项目中，低水头下运行的混流式机组的改造有一些特殊的问题。最近，阿尔斯通公司发电部为美国的几个改造项目进行了特殊设计。本文论述采用的方法，讨论水轮机的各个部件(蜗壳、固定导叶、活动导叶、转轮和尾水管)。     

灯泡体前置或后置对微水头灯泡贯流式水轮机水力性能的影响

为了研究灯泡体前置或后置在微水头条件下对灯泡贯流式水轮机水力性能的影响,利用CFD软件对设计水头为1m的水轮机进行三维数值模拟计算,并对最优方案进行模型试验验证。研究结果表明:水轮机灯泡体前置时,进水流道水头损失略大于灯泡体后置的水头损失;灯泡体后置时,虽然可以改善出水流道内产生的回流,但不能完全消除,所产生的水头损失远大于灯泡体前置的水头损失;灯泡体前置或后置对转轮流态影响不大,前置灯泡贯流式水轮机增设导叶可改善转轮叶片进水侧流态,但导叶段产生的水头损失较大;无导叶前置型灯泡贯流式水轮机的结构简单、效率较高、成本低、运行稳定,较适合于微水头特点下水力资源的开发应用;最优方案水轮机效率的计算值与试验值相比,误差不超过3%,验证了数值模拟计算的准确性。     

水轮机卡门涡诱发振动分析研究

通过卡门涡频率预估模型对水轮机固定导叶、活动导叶、转轮叶片后产生的卡门涡频率进行分析计算,在水轮机设计阶段对叶片出水边进行卡门涡频率的预估和评定,确保水轮机投入商业运行时不会产生卡门涡诱发的机组振动问题。     

龙羊峡2#机导叶漏水量分析及密封结构改造

龙羊峡２＃水轮机导叶关闭时，由于导叶的漏水作用于水轮机转轮上产生了机组不能停机的问题，直接影响到机组的安全运行，尤其是更弹性金属塑料推力轴瓦后更加明显，这对机组的经济运行十分不利。文章着重分析导水叶漏水量大的原因，提出了解决的方法。     

大型灯泡贯流式水轮机转轮技术改造研究

为解决百龙滩水电站4号灯泡贯流式水轮机运行中出现的低水头段运行不稳定,振动较大,达不到额定出力等状况,对该机组转轮改造进行了充分的技术经济方案对比。改造过程中对水轮机参数、轮毂比、操作油压、轴系稳定性进行了严谨的核算,充分考虑其5.0 MPa非常规操作油压对水力和结构设计的影响,并按照IEC规范要求结合CFD和模型试验挑选最合适的模型转轮。结果表明,改造后机组的稳定性、可靠性等得到极大提高。其经验可为其他类似水电站的技术改造工作提供参考和借鉴。     

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。     

古力电站二号机组的改进

位于委内瑞拉的古力大坝发电站二号机组在1984年到1987年之间投入了商业运行。在运行的第一年中，水轮机是在低水头下运行的，因此转轮有严重的气蚀现象。为了提高机组的效率和出力，消除气蚀现象，减小振动，更换受损部件，使水轮机在一个新的环境下工作，EDELCA决定开始一个有选择性的投标，包括模型试验。中标是NORCAN，一个由Kvaerner和加拿大GE公司组成的联合体。改进的范围包括：新的转轮和活动导叶，固定导叶型线的改进，蜗壳和座环连接部分的改进，具有整体竖立静密封的新抗磨板，顶盖的改进，进气系统的整合，尾水管稳流筋板的移除，水轮机检测系统的整合。该改进的现场实施开始于2002年1月，修复工作完成时问计划是在2004年后期。第一台改进机组的现场验收试验结果已经证明：模型试验所表明的效率增加的结果是可靠的。     

水轮机导叶双列叶栅的水力优化

以水力损失为目标函数，对固定导叶，活动导叶叶型及周向相对位置进行了优化，计算结果表明：与常规方法相比，本文方法用于水轮机导叶双列叶栅的水力设计能提高其水力效率。