卧式灯泡贯流式水轮机真机协联寻优数值研究

众多实际电站的运行情况表明贯流式电站模型机与真机性能存在差异，使得很多电站投产后因协联关系不正确而频繁发生出力不足、剧烈振动等问题，但通过现场试验调整协联又耗时耗力。因此本文基于动网格技术，在考虑自由液面及水体重力的情况下对贯流式水轮机进行真机协联关系的数值寻优。结果表明：数值寻优前后低水头工况协联关系变化幅度更大，且低水头工况下效率对导叶开度变化敏感度更高，因此电站在丰水期低水头工况下更有必要对协联关系进行调整，数值模拟协联寻优对低水头工况指导意义更大；协联关系的变化对转轮靠轮毂处的水流流动影响较大，相对液流角增加，同时转轮出口靠轮毂处的正环量减小，很好地改善了尾水管内的回流及涡带分布状态，有助于减小尾水管内的水力损失，提高水轮机的水力效率。所以数值协联寻优对贯流机组的设计和现场试验具有一定的指导意义。     

基于正交试验多目标的两叶片灯泡贯流式水轮机性能优化

两叶片转轮适用于超低水头条件发电,并可弥补三、四、五叶片灯泡贯流式机组在超低水头条件下的缺陷,提高汛期发电量和电站低水头时运行稳定性。基于ANSYS CFX平台,采用正交试验法对某电站增容改造后的两叶片贯流式机组进行多目标结构优化。以叶片扭角、叶片安放角、轮毂比及导叶数4个设计参数作为影响水轮机的因素,探究其对机组出力、效率、压力脉动、叶片静应力和叶片变形这5个评判指标的影响规律。通过直观分析和极差分析结合的方法确定最优组合方案,并对优化前后的机组性能进行对比分析。通过研究发现:相对于其他3个设计参数,叶片扭角对水轮机性能影响最大。优化后,水轮机出力由3.13kW增加到4.11kW,增加31.3%;效率由87.63%提高到89.05%,提高1.42%。尾水管中段回流和漩涡消失,水流变得平顺,极大改善了流道内水流流态。     

贯流式水轮机定常流动分析

为了了解贯流式水轮机内部流动特点,为贯流式水轮机稳定运行提供借鉴和参考,本文基于计算流体力学基本理论,使用商业软件CFX对水电站贯流式水轮机内部三维流场进行了全流道定常数值模拟,研究贯流式水轮机内部不同工况下的流动特点。通过计算结果表明,不同工况下水轮机内部流动变化很大。低水头工况在导叶头部驻点,转轮叶片正背面压力分布和尾水管进口压力变化与高水头工况存在较大差异,对转轮整体效率影响较大。所得结果可为贯流式机组的日常运行和优化设计提供借鉴。     

泥沙直径和浓度对混流式水轮机转轮内流场的影响

为了初步研究泥沙直径和浓度对混流式水轮机转轮内部流场与性能的影响,本文采用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数值模拟,通过控制变量法研究不同来流泥沙直径和浓度对转轮叶片表面泥沙分布、平均压力和水轮机效率的影响。结果表明:含沙水较清水会不同程度使叶片表面水压力载荷增加,效率下降,在相同工况下转轮叶片进水边和出水边与下环连接处泥沙浓度较高;随着泥沙直径的增加,泥沙分布更加集中,磨损加剧。该研究可为含沙水流中运行的水轮机转轮设计提供参考。     

工况变化对贯流式水轮机叶顶间隙流态的影响

贯流式水轮机是低水头水能资源开发的主力机型之一,而转轮叶片叶顶间隙流动特性是影响其空化、稳定性能的关键因素.基于数值模拟的方法,本文研究了工况变化引发转轮叶片叶顶间隙泄漏涡初生位置、形态变化的机理,分析了间隙泄漏涡形态改变对水轮机空化、稳定性的影响规律.主要结果表明:工况变化必然伴随导叶开度变化,导叶开度的改变使得转轮...     

灯泡贯流式水轮机出力不足原因分析与对策研究

灯泡贯流式水轮机出力不足的问题,造成了水量浪费,影响了经济效益。从水头、流量和效率等方面分析了灯泡贯流式水轮机出力不足的原因,从设计、制造、安装、施工、运行等多个环节提供了相应的预防和处理对策,以便为提高灯泡贯流式水轮机出力和水电厂经济效益提供有益的参考。     

水轮机转轮叶片加工方法研究

1 水轮机的分类 现代水轮机按其水流作用原理和结构特征可分为两类：一类为仅利用水流动能的冲击式水轮机；另一类为同时利用水流动能和势能的反击式水轮机。冲击式包括水斗式水轮机、双击式水轮机及斜击式水轮机；反击式包括混流式水轮机、斜流式水轮机及贯流式水轮机。除上述各机型外，随着蓄能电站的发展出现了可逆式水轮机。混流式水轮机及轴流式水轮机应用范围很广，为此，重点介绍它们的加工方法。 2 模型与真机转轮叶片加工方法 2.1 混流式水轮机叶片的加工方法 三峡转轮为混流式转轮，以下以三峡模型转轮叶片为例论述其加工方法…     

贯流卧式静压轴承的研制

贯流式水轮机是开发低水头水力资源的最佳选择,而贯流式静压轴承是研究测试贯流式模型水轮机的关键设备。本文详细地介绍了自主研发的贯流式模型水轮机特别是贯流静压轴承的情况,该静压轴承已完成相关转轮研发试验,试验测试表明,轴承性能稳定且满足IEC相关标准要求。     

基于流固耦合的混流式水轮机转轮应力特性分析

本研究采用顺序流固耦合方法,计算了某设计中的混流式水轮机转轮在不同水头下发额定出力时的静应力分布,以及设计最高水头额定出力工况下的动应力特性。静应力计算的结果表明：最大应力出现在叶片出水边与上冠连接处,并且随着水头增高,静应力最大值有减小趋势。动应力的计算结果表明：设计的转轮,动应力的幅值满足稳定运行的要求。     

灯泡混流式水轮机的研究与设计

本文将混流式水轮机的转轮应用于灯泡式机组中,介绍了这种灯泡混流式水轮机的基本原理、水力性能、水流运动规律及其过流部件的水力设计理论,并提出了这种水轮机的结构设计方法.通过分析研究,这种新型水轮机具有混流式水轮机和贯流式水轮机的优点,而避免了它们的缺点,可以在较宽的应用水头范围内替代现代应用最广的混流式水轮机,广泛使用于中小型水电站中.     

水轮机模式液力透平流道式导叶的优化

由于水轮机模式液力透平级间导叶水头损失占比高达40%,需要对液力透平级间导叶进行研究。在可选的级间导叶中,流道式导叶正反导叶连为一体,流道相对独立,是一种水力性能较好的级间导叶。本文基于水力原动机理论,将水流环量概念贯穿液力透平流道设计全过程,设计了与水轮机模式液力透平转轮相匹配的流道式级间导叶,并采用正交试验的优化算法,对水头影响较大的因素,包括导叶包角φ、正导叶出口角 、反导叶宽度 、流道外壁最大直径 ,各取4个水平进行正交试验方案的设计。通过CFD数值计算,分析各个方案的性能,找出了各因素对导叶性能的影响规律,在此基础上获得了效率较高的导叶模型,并研究了水力性能、叶片表面压力分布及叶片内部流动规律。研究表明：各个参数对效率的影响力中, 最大, 最小;对水头的影响力中, 最大,φ最小。优化后的模型在设计工况点效率提高了5.83%,应用水头提高了7.15%,级间导叶损失降低了1.16%,导叶表面压力过渡更加均匀,叶片内部水流流态更加平稳,满足液力透平对于高余压液体的能量回收要求。本研究可以为水轮机模式液力透平流道式导叶的选型和优化提供参考。     

间隙空化对贯流式水轮机压力脉动特性的影响

许多贯流式水电站机组振动严重、噪声大,部分电站难以正常运行.目前的贯流式水轮机稳定性研究多侧重于转速频率和涡带频率,对高倍转速频率压力脉动危害性及其成因关注较少.本文将空腔危害水力机械稳定性理论应用于灯泡贯流式水轮机间隙空化研究,采用理论分析和原、模型试验验证相结合的方法,论证分析了间隙空化和高倍转速频率压力脉动的联系...     

大型水轮机真机全水头段效率测试分析

介绍了混流式水轮机全水头段原型效率测试，得出了各水头下的实测水轮机效率曲线，绘制出全水头段的水轮机运转综合特性曲线，并将实测曲线与模型曲线进行了对比分析。     

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。     

凝汽器内空气积聚对真空的影响

空气在凝汽器内积聚可以从传热和空气分压力两个方面对凝汽器真空造成双重影响。对凝汽器建立数学模型。具体实例仿真计算表明,随着空气浓度的变化,在不同的空气浓度阶段,两种影响因素对凝汽器压力具有不同的作用程度。     

降低水轮机尾水管压力脉动措施的模型试验研究

本文介绍了几种布置在尾水管内的导流装置方案和模型试验结果，描述了各种措施对水轮机效率、出力、流量等参数的影响、降低压力脉动幅值的效果和频率特性。     

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。     

水头变幅大的混流式水轮机水力设计

水轮机稳定性问题一直是研究的难点，对水头高、水头变幅大的电站尤其受到关注，且目前已经投入运行的大型水电站都存在不同程度的振动问题，虽然产生的因素很多，但水力问题是重要因素之一。本文结合龙滩水电站水轮机参数优化及稳定性研究项目，通过CFD分析，对模型水轮机的蜗壳、固定导叶、活动导叶、转轮、尾水管进行了全面的优化设计，模型转轮共计算了22个工况点，经过优化的转轮延迟了小负荷区涡带的产生和叶片正背面脱流的产生。通过模型试验验证，龙滩水电站水轮机水力性能研究是成功的，研究成果达到了预期目标，CFD分析结果与模型试验结果基本吻合。     

灯泡贯流式水轮机水力振动的形成及其影响

灯泡贯流式机组具有适用水头低、流量大以及效率高等特点,广泛用于开发低水头水力资源。相应水轮机水力振动对其影响也较大,分析了水力振动的形成以及对机组的影响。     

冷却塔专用水轮机的工作特性与选型

工业冷却塔专用水轮机的工作环境与发电专用的水轮机不同,它要在串联的有压水流系统中工作,水轮机可利用的水头由系统中各耗能设备和水轮机自身的特性所决定.水轮机、风机直联形成水轮-风机组独特的水头特性、过流特性、转速特性及工况自相似特性.尤其是工况自相似特性是从来未被发现的.水轮机有显著的超低比转速特征,最适合的机型是超低比...