基于PIV技术的混流式水泵水轮机转轮内流态特性研究

混流式水泵水轮机的稳定性对机组并网的安全性具有关键影响,转轮内的流态特性是分析水泵水轮机稳定性的重要依据。该文对转轮内流态特性进行了研究,首先,建立流动可视化PIV实验模型;利用相关法,根据采集的粒子图像的分辨率,确定相关域和搜索域;在实验用的模型水泵水轮机的特性曲线上选取12个典型工况点,分析其参数;利用PIV方法,得到各工况下转轮中的流态;最后,分析转轮叶片进口冲角和导叶开度对转轮内流态的影响,进一步明确了混流式水泵水轮机内部流态与运行工况之间的关系。     

水电机组的顶盖取水

一、前言 混流式水轮机转轮上冠上经过止漏环间隙漏过来的水,一般是通过泄水孔排入尾水以降低水推力,现可通过顶盖开孔将其引出作为机组的冷却水。这种顶盖取水的采用是变损耗为有用。机组冷却水需有一定的压力和流量,要满足这一要求、顶盖取水与电站水头、机组转速、转轮直径、止漏环间隙大小、有无泄水孔和孔的大小与布置角度、以及主轴密封的结构形式有关;布置形式转轮上有泵     

水轮机顶盖排水和技术供水系统的联合变频运用

由于混流式水轮发电机组转轮在正常运行中,上止漏环与顶盖止漏环的间隙始终会排出大量压力水,这些无用的水通常是经过顶盖排水系统排入尾水,而且运行时间越长,间隙越大,排出的水量就越大。本文把顶盖排出的压力水并入技术供水系统,同时利用技术供水泵的变频控制调节压力水,以此提供机组的冷却水,达到节约能源的目的。     

向家坝水电站水轮机活动导叶端部间隙的控制

向家坝右岸电站混流式机组底环和顶盖均以永久垫块的方式固定在座环法兰面上。分析了右岸电站水轮机活动导叶端部间隙的安装控制方法,介绍了水轮机活动导叶预装及正式安装时垫块的制作尺寸及控制要求,经水轮机导叶安装后检测,实际端部间隙满足设计要求。     

水泵水轮机无叶区压力脉动产生机理研究

抽水蓄能电站厂房振动问题是影响电站及电网安全稳定运行的关键技术难题。本文首先介绍了水泵水轮机无叶区压力脉动的幅值和频率特性,总结出无叶区压力脉动幅值大于其它位置、水轮机工况无叶区压力脉动幅值大于水泵工况、水泵水轮机水轮机工况大于常规混流式水轮机等规律性特征,指出了无叶区压力脉动的主频为叶片通过频率。其次,本文应用自由涡环量等于常数原理,通过对水泵水轮机水轮机最优工况远离运行区、水轮机工况转轮叶片进口速度三角形、飞逸转速工况压力脉动幅值最大等问题的深入分析,提出了水泵水轮机水轮机工况无叶区高幅值压力脉动源自于转轮叶片进水边正面脱流产生的自由涡这一机理性认识。     

水泵水轮机转轮内部三维紊流流场计算与性能分析

水泵水轮机转轮可以在正反两个方向上旋转，用一个转轮分别实现水泵和水轮机工况的运行。在设计阶段提前预知转轮在两种工况下的流场以及能量特性对于提高水泵水轮机的设计水平和运行质量具有重要的意义。本基于三维Navier-Stokes方程和标准k-ε模型，采用贴体坐标和交错网格系统，用SIMPLEC算法分析了水泵水轮机转轮中的三维紊流流场。对比了转轮在水轮机和水泵两种工况下的流场，同时讨论了转轮的能量特性。     

水泵水轮机流动可视化研究

利用PIV流场测试技术，对低比速混流式模型水泵水轮机转轮在水轮机工况下进行了可视化研究，结果表明水泵水轮机模型在设计工况下转轮区的流态较好；在非设计工况下，不管正冲角还是负冲角，翼间流场都会有一定的脱流与旋涡存在。尤其在大流量工况下，在叶片正面形成的脱流漩涡，其位置几乎不变，机组运行比较稳定；在小流量工况下，存在着周期性的脱流漩涡，从进口附近逐渐变化到出口附近，机组运行不稳定。     

水泵水轮机极小开度反水泵工况压力脉动与内流特性分析

混流式水泵水轮机普遍存在S特性区,水轮机工况启动时机组常不能由空载直接带负载,容易进入反水泵区,导致机组并网困难。本文以模型水泵水轮机为对象,对极小导叶开度下的多个反水泵工况点进行了整体流道三维流动计算,探讨极小导叶开度下反水泵区机组的非定常流动特性。数值计算采用SAS SST-CC湍流模型,5个定常工况点计算的外特性曲线与模型试验数据吻合较好。对流量较小的工况进行非定常计算,旋转转轮9个叶道各8个测点的压力脉动结果显示,相似位置测点间的压力脉动混频幅值和频率均存在明显差异,峰峰值的差异最大达到4.2%,说明此时转轮内的流态分布很不均匀。测点离导叶越近,低频脉动的主频从0.19 fn逐渐增加到1.07 fn;动静干涉引起的20 fn脉动幅度会逐渐增强,但转轮出口位于出流与入流过渡区的测点趋势则不同。结果显示在反水泵工况区运行,转轮各叶道间的流态分布极不对称,充满了严重的流动分离和漩涡。     

水泵水轮机反水泵工况区压力脉动特性分析

为研究水泵水轮机反水泵区的压力脉动特性,以某抽水蓄能电站模型水泵水轮机为研究对象,基于分离涡湍流方法(detached eddy simulation,DES),对水泵水轮机反水泵工况进行了数值模拟。探讨了全流道三维湍流场特性,并与试验结果相对比,分析了水泵水轮机在反水泵工况区压力脉动特性。结果表明,反水泵工况下,转轮与导叶之间和尾水管内的主频均为0.143倍转频,主频幅值占混频幅值比例分别达到12%和34.6%。通过流场分析,发现尾水管锥管段内的螺旋形涡带结构是导致这种低频脉动的主要原因。同常规运行工况相比,反水泵工况区的不稳定流场会导致压力脉动相对幅值的突增,引起机组剧烈的振动,严重影响机组的安全运行。     

长短叶片转轮对低比速混流式机组的性能改善研究

基于计算流体动力学分析理论,对含有常规转轮和长短叶片转轮的混流式水轮机开展全流道数值分析,研究高水头下低比转速混流式水轮机转轮在不同工况下的流动现象,探明转轮加装短叶片对混流式水轮机内部流动状态的影响。在最优工况下,通过对比计算所得的两种转轮内部的流速和压力分布发现:加装短叶片以后转轮叶片吸力面进口附近的涡流得到明显抑制,长叶片的压力负荷得到减弱;增加短叶片后,转轮出口环量减小较为明显,对尾水管流态改善、转轮及机组的能量特性提高有重要作用。研究结果表明,在相同的单位参数下,相比常规叶片转轮,长短叶片转轮改善了转轮进口的入流条件,从而提升了机组的运行稳定性和能量特性,可作为高水头转轮设计的主要方向。     

水轮机止漏环烧毁事故原因分析及抢险方案

水轮机止漏环的关键作用是减小转轮上转动间隙的漏水量,一旦损坏就会影响机组的安全运行,甚至造成事故。本文介绍了混流式机组水轮机上部止漏环烧毁事故的原因分析及处理方案,总结了水轮机运行安全质量控制要点,以便为同类机组故障的处理提供借鉴。     

清远水泵水轮机设计特点

广东清远抽水蓄能电站装有4台单机320 MW的可逆式水泵水轮机-发电电动机机组,是目前国内最大容量的高水头、高扬程抽水蓄能机组,转轮采用了水力性能优良的长短叶片方式。本文介绍了清远水泵水轮机设计特点,重点对转轮、导水机构、水导轴承、主轴密封、蜗壳及座环等结构特点进行了说明,还对转轮静平衡试验、转轮联轴、水导轴瓦间隙调整、蜗壳压力试验及保压浇筑、机坑特殊环形吊车、顶盖及底环机坑内检修等的工具设计特点进行了说明。现在1号、2号机组已于2015年11月、2016年3月相继顺利投产发电,机组运行稳定、性能良好,达到了预期目标。     

导叶开度对混流式水轮机压力脉动特性及流动诱导噪声的影响

为研究导叶开度对混流式水轮机压力脉动特性及流动诱导噪声的影响,应用CFD和LMS Virtual Lab软件分别对混流式水轮机在三种导叶开度下进行非定常流场和声场数值计算。结果表明:混流式水轮机内压力脉动主要受到叶片通过频率(108.33Hz)以及低频脉动(4.15Hz)的影响;随着导叶开度的增大,叶频对转轮进口和蜗壳内压力脉动的影响逐渐增加;外场噪声的分布与混流式水轮机的几何轮廓相吻合;尾水管弯肘段有助于减弱混流式水轮机流动噪声声压;导叶开度越大,混流式水轮机辐射出的外场噪声声压值越大,偶极子特性越明显。研究结果可为混流式水轮机组的稳定运行及流动诱导噪声的控制提供参考。     

四川关州水电站水轮机结构设计

关州水电站为高水头、大容量的混流式水轮机机组,水轮机设计技术参数、结构件强度要求高。对水轮机转轮、转轮摩擦传递扭矩方式、转轮止漏装置、导叶传动机构、主轴下法兰对转轮补气结构、顶盖和蜗壳座环的优化设计和蜗壳水压试验工具的设计。     

水轮机顶盖取水技术在洪一水电站的应用

洪一水电站机组属高水头、高转速混流式机组,针对该电站过机水流多硬质泥沙的特性及水轮机的结构特点,将机组原技术供水系统设计与重庆水轮机厂无接触主轴密封和转轮泵板装置结构设计结合起来,实现了技术供水采用水轮机顶盖取水与水泵供水的联合供水方式。即保证了机组供水的可靠性,又可根据机组的实际运行情况灵活选择供水水源,这一机组冷却供水系统操作简单、运行可靠、节能降耗明显。     

辉绿岩铸石作混流式水轮机抗磨板

辉绿岩铸石是一种具有独特耐磨性能的非金属材料。1978年河北省丰宁县七道河水电站用25毫米厚的辉绿岩铸石板衬护顶盖内表面,运行12年,最大磨损深度不大于1.5毫米。过去,该站使用25毫米厚的铸铁顶盖,水轮机运行不到2万小时,就被泥沙磨穿透水,并使转轮间隙扩大到5～6毫米,机组效率下降20％。1985年该站又在水轮机顶盖、底环与转轮配合间隙部位,用铸石板代替钢质抗磨板,经3个汛期2.2万小时的运行,铸石板磨损轻微,单边     

数据统计下的混流式水泵水轮机主要参数计算方法

混流式水泵水轮机要在水泵和水轮机两个方向运行,电站前期论证工作中很难有恰好合适的转轮与给定电站参数完全匹配。通过对以往抽水蓄能电站机组参数的统计,归纳总结出系列公式,在未获得与电站参数相匹配模型转轮条件下给出机组主要参数合理范围,并为电站模型开发提供方向性保障。     

中高水头混流式水轮机顶盖取水——机组冷却供给水的系统布置

克瓦纳公司利用无接触主轴密封与泵板装置组合结构研制了中高水头混流式水轮机顶盖取水──机组冷却供给水系统，将转轮上止漏环密封处的漏水经顶盖取水口用作机组冷却主供水水源，水泵供水作为补充供水水源。顶盖取水技术的优点是将顶盖减压排水用作机组冷却主供水水源，即将弃水回收利用。与全部采用水泵供水相比，节省电能；供水压力合适；特别在洪水期，河水泥沙含量多，不需用过滤装置，水质清洁。本文将介绍这种顶盖取水──机组冷却供给水的系统布置，它包括顶盖取水端水压与漏水水量计算与验算，机组冷却主供水管路的布置，水泵补充供水管路的布置，冷却供水箱的布置，机组冷却给水管路的布置等。同时指出为了推广应用这项顶盖取水技术，需要设计厂家和设计院在具体技术设计中各有分工负责、又需互相协商确定。我们深信在国内中高水头混流式水轮机中，这项顶盖取水技术必将会越来越多地得到应用。     

凤凰水电站主轴密封漏水故障分析及技术改造

水轮机的主轴密封是旋转的主轴与固定的顶盖之间的封水装置,是防止压力水沿着主轴和顶盖之间的间隙渗漏的重要部件,其密封效果的好坏直接关系到机组的安全运行。采用无接触螺旋式密封结合对转轮增设泵板和顶盖止水环的结构来替代原机组不合理的密封结构,在泥砂磨损严重的条件下运行,具有良好的效果。     

天荒坪电站导叶推力轴承改造

天荒坪电站水泵水轮机为可逆式抽水蓄能机组,既可以抽水,也可以发电。水泵水轮机工作水头在525m～610m之间,流量变化范围为40m~3/s～80m~3/s。天荒坪电站1号机组在投产运行一年后,检查发现1号水轮机26个导叶上下端面及顶盖、底环