基于ANSYS的水轮机活动导叶参数化建模与有限元分析

活动导叶是水轮机组的重要过流部件,对整个机组的性能和安全具有重要作用,因此,活动导叶刚强度的评估非常重要。通常做法是利用ANSYS软件进行有限元建模分析。由于每次计算均需要重新建模,效率较低,因此本文基于ANSYS软件的APDL语言,利用活动导叶的整体结构、边界条件及载荷条件相对固定的特点,开发出了一个活动导叶快速参数化建模与分析的程序。通过实践证明,该程序可以很好地完成水轮机组活动导叶的建模分析任务,大大提升了计算效率。     

基于三维粘性流分析的轴流式水轮机固定导叶的优化设计

绝大我数轴流式水轮机的蜗壳为不完全包角的T型蜗壳，仅通过对蜗壳的几何形状优化而实现沿固定导叶进口圆周均匀供水或速度分布均匀几乎是不可能的。本文探讨了通过沿圆周分布不同形状的固定导叶来降低损失，以克服此种蜗壳自身的不足，提高转轮的水力效率。采用流动分析商业软件对固定导叶进行优化设计，在其他通道和转轮不变的情况下，本文优化的固定导叶与常规方法设计的固定导叶进行了同台试验对比。     

水轮机活动导叶水下模态分析

应用结构与流体有限元的流固耦合方法,对大型水轮机活动导叶在不同水体区域边界条件下的水下模态进行了大量对比分析,得到了活动导叶水下模态振型和水下自振频率,并给出了适合活动导叶水下模态分析的水体区域计算模型,为活动导叶水下模态分析和水轮机的稳定性设计提供了理论依据。     

基于CFD分析的水泵水轮机活动导叶优化设计

可逆式水泵水轮机是抽水蓄能电站的关键核心部件,活动导叶又是水泵水轮机中的关键核心过流部件,活动导叶设计的水平决定着水轮机的能量指标。导叶后转轮前的区域是引起水轮机振动的关键区域,并且对水泵轮机的能量指标、水轮机工况的"S"形曲线和水泵工况的"马鞍形"曲线的形状有着极其重要影响。本文对水泵水轮机活动导叶的数目进行了详细研究,得出了其对水轮机工况"S"型、能量特性、空化特性和压力脉动特性的影响。     

水轮机活动导叶的质量控制

主要以混流式水轮机直板型活动导叶为例,对活动导叶在加工制造过程中重要工序的质量控制点进行检测,值得类似质量检验工作借鉴。     

水轮机导叶强度的优化计算

本文提出了一种计算水轮机导叶轴挠度的优化方法,并就三支点导叶研制了相应的BASIC程序。几个算例表明,本文方法与现有导叶强度计算方法相比具有计算程序简单、计算精度高、计算结果最优和简便易行的特点。     

水轮机导叶套筒密封新结构

一、前言水轮机导叶套筒密封的作用主要是防止压力水进入机坑之内。它虽然不是水轮机的关键结构部件,但其数量较多,因此,其结构优劣对加工工艺和机组安全运行以及检修维护等方面都有影响。试验前,我厂广泛采用如图1所示的结构,密封性能还是良好的。它由a、b两个部分组成,前者的作用是防止压力水漏入导叶套筒中,后者是防止水侵入水轮机顶盖之上。图2为新安江电站第一台水轮机导叶套筒密封结构。此结构中的“U”形牛皮软垫要求皮革质地良好、厚薄均匀,且制造工艺复杂,成本很高,后来改用橡皮材料代替。此外,该结构中的橡皮条1最初是放     

反击式水轮机导叶密封的结构问题

减少反击式水轮机导叶全关后的漏水量是改善水轮机结构性能的重要课题之一。正确地确定导叶漏水量的允许值涉及到一系列问题。本文叙述我国三十年来导叶密封装置的结构变化,提出了在设计、制造及运行维护中应注意的事项,作为研究该课题的参考。     

水轮机组合导叶

本文分析了混流式水轮机通流部件流动损失与导水机构的关系,介绍了一种设想的混流式水轮机导叶——组合导叶。组合导叶的进出水边各设有一机械装置来控制水流进出的角度,从而减少损失,提高水轮机效率。     

基于自适应遗传算法的水轮机导叶关闭规律优化计算

首先建立水轮机导叶关闭规律优化计算的数学模型,然后将自适应遗传算法和水电站过渡过程数值计算特征线法相结合,建立一种用于求解该模型的全局优化方法.该自适应遗传算法采用实数编码,并根据个体适应变不同对交叉概率和变异概率进行自适应调整,使群体中的优良个体不易被破坏,同时又保证了种群个体的多样性,从而提高了算法的优化效率.工程实例计算表明,应用自适应遗传算法优化水轮机导叶关闭规律是可行、高效的.     

水轮机导叶“先快后慢”关闭规律适用性研究

导叶关闭规律的优化是水电站调节保证计算的重要研究内容，采用合理的关闭规律降低水锤压强与限制机组转速升高，是一种经济有效的措施。本文基于某实际水电站，建立了引水发电系统过渡过程数学模型，模拟了电站控制工况下的过渡过程，研究了导叶关闭规律对输水系统的影响，结论表明先快后慢的导叶关闭规律适用于水锤极值和转速极值出现在不同工况的水电站。先快后慢分段关闭规律解决了该类电站一段直线关闭无法满足调保计算要求的问题。     

轮毂间隙对轴流转桨水轮机性能影响的研究

应用CFD商业求解器ANSYS CFX-14对一转浆水轮机轮的内部流场进行数值模拟,来研究轮毂间隙流动对水轮机性能及内部流场的影响。计算流域包含所有过流部件的全流道,计算网格采用高质量的多块结构化网格,湍流通过剪切应力传输(SST)湍流模型来模拟。为了细化前后轮毂间隙对流场的影响,共计算了四种几何模型,包括没有轮毂间隙、只包含叶片头部的轮毂间隙、只包含叶片尾部的轮毂间隙、包含叶片头尾部的轮毂间隙。通过对各种计算结果的比较和分析发现,转轮尾部轮毂间隙对水轮机流场的影响比头部轮毂间隙影响大。间隙流动导致转轮最优工况点效率下降了0.35%,水轮机总体效率下降了0.15%。但间隙流动同时改善了下游尾水管内中心附近的流态,导致尾水管内的水力损失有所下降。     

轴流式水轮机内三维空化湍流的数值研究

采用一种完整空化模型和一种混合流体两相流模型,对轴流式水轮机全流道内的定常空化湍流流动进行了数值模拟。根据模拟结果,考察了水轮机在低尾水位下运行时流道内空化发生的部位和程度,并对水轮机的空化性能进行了预估。数值预测的空化流动现象与模型水轮机空化试验中所观察到的现象基本一致,说明数值模拟结果可为水轮机的空化性能预测提供参考。     

轴流式水轮机叶片几何参数对水轮机运行范围的影响

本文采用多目标遗传算法对轴流式水轮机叶片进行优化,从优化过程中产生的众多叶片中选取四种特征明显的叶片,并进行分析和对比,以研究不同叶片几何参数(包角、叶栅稠密度、叶片空间挠度)与水轮机运行性能之间的关系。研究结果表明:叶片空间挠度越大,叶片正背面压差越大,对空化性能越是不利;翼型弦长越短,叶片受力面积和叶栅稠密减小,缩小了水轮机的运行范围,且使得高效率区向大流量,小转速的工况移动;叶栅稠密度过大,流道间的排挤增大,水轮机损失增大,高效区范围也缩小。     

基于ANSYS Workbench的110kV隔离开关性能优化研究

为了优化高压隔离开关导电回路温升与电磁场,本文利用Solidworks建立三维模型与ANSYS workbench进行仿真分析,以GW5隔离开关的导电回路为对象进行电磁场与温度场仿真分析与性能优化。首先通过仿真计算得到最大电磁场强度与最大温升出现在触指结构上。其次,通过改变触指的材料以及结构,不断地将结果进行对比和分析,得到了钨铜可以降低触指的温升程度到23.032℃,触指的全倒圆角可以降低触指结构的最大电磁场强度。本文提出的性能优化方案以及计算结果,可以为今后的高压隔离开关设计方案提供理论依据。     

轴流转桨式水轮机空化振动监测的试验研究

为满足电厂水轮机空化监测的需要,本文采用自行设计的空化监测系统对葛洲坝电厂某轴流转桨式水轮机组的现场空化特性进行了试验,通过数据采集和信号分析对多个工况下的水轮机空化信号特征进行了研究。试验中采用4个1-20kHz的高频振动加速度传感器,对水轮机四个不同位置的空化信号进行同时采集。试验表明在同一工作水头,多个工况下,水轮机的空化振动能量主要在2kHz以上,空化振动强度随着机组出力的增加而增大,在水轮机导叶轴和支持盖上所监测到的空化信号特征较尾水管处明显;同时也发现在该试验水头下115MW出力的空化振动能量较110MW和130MW小,是一个理想的工作点。这些结论对电厂的水轮机经济运行具有实际指导意义。     

轴流转桨式水轮机轮缘间隙空蚀的试验研究

本文对轴流转桨式水轮机轮缘间隙流动进行试验研究,咩细研究了不同工况下轴流转桨式水轮机轮缘间隙流动的空蚀形态。受桨叶角度和开度的影响,轮缘间隙流动有五种的空蚀形态,这几种空蚀形态随开度的变化,可能有一种或两种同时出现。其中侵蚀危害性最严重有Ⅰ、Ⅱ和Ⅴ三种空蚀形态。在负的桨叶角度,协联工况的左边运行时,在叶片的背面轮缘处产生第Ⅰ中泄漏涡带,同时在叶片进口正面头部轮缘处产生泄漏流动和二次流动漩涡相互作用所引起的小面积的强烈空蚀空泡为第Ⅱ种,它是叶片头部缺角的主要原因;在正的大桨叶角度、大开度情况下,间隙泄漏流动主要发生在叶片的背面轮缘处尾部第Ⅴ种空蚀形态,泄漏涡带与主流相互作用形成一个长长的涡带扫射下部转轮室,是叶片背面尾部和转轮室空蚀破坏的主要原因。     

考虑最小成本的风机轴承维护周期优化

针对风机主轴承可靠度要求高、维护费用高昂这一现状提出了一种基于单位时间维护成本最低的维护优化模型。首先通过对风机主轴承振动信号进行分析,提取能够较好地反映轴承退化过程的特征值,建立威布尔比例风险模型;其次对主轴承退化期内的失效率曲线进行分析,确定主轴承的失效更换阈值;然后通过改进传统的役龄回退因子对维护后的失效率进行修正,通过对模型运算结果进行分析,避免了定期维护出现欠维护的现象;最后确定单位时间内维护成本最优的维护周期。对维护优化模型进行仿真分析,计算结果表明,通过模型优化可以使单位时间维护费用降低14.4%。     

轴流转浆式水轮机数字调速器的仿真以及PID参数优化

本文用离散系统理论,建立轴流转浆式水轮机微机调速器的数学模型,并且通过脉冲传递函数和它的z反变换,得到微机调节器的每个采样周期的离散控制量,同时解决了过渡过程计算中不同的采样周期与计算时步协调的问题。然后与原有的过渡过程计算程序结合计算轴流转浆式微机调节系统的小波动工况,且对仿真结果进行了分析。在此基础上用单纯型加速法进行PID参数优化,分析了目标函数形式对过渡过程的影响。