高水头水泵水轮机技术

随着科技的进步,单级可逆式蓄能机组正向高水头大容量发展,如以500m水头为新台阶标志,自1973年日本沼原蓄能电站第一个建成投运起,至今已有13个500m以上单级可逆式蓄能电站投运或在建(见表1),其中最高水头为701m的保加利亚查拉,最大单机容量为美国海尔姆斯(Helms)414MW。     

基于HHT的水轮机空化信号研究

水轮机是水力发电机组中的关键设备,空化又是水轮机组运行过程中影响其稳定性和效率的因素之一。由于水轮机结构和运行的特殊性,空化不易被直接观测,采用水轮机空化声信号监测是研究空化的有效途径。传统的傅里叶变换和目前常用的小波变换对于窄带低频信号的分析效果明显,但两种方法很难涵盖水轮机空化宽带高频信号。本文正是在此情况下,提出了一种新的空化信号分析方法,Hilbert-Huang变换(HHT)。该方法对信号具有自适应功能,经验模态分解分解能提取具有明确物理意义的水轮机空化模式分量信号。通过对同一空化信号分别进行小波和HHT分析比较,发现HHT方法更具计算准确、精度高等优点。将基于Hilbert-Huang变换方法引入到水轮发电机组空化信号特征提取中,对水轮发电机组故障诊断系统的准确度将是一个有效的提升。     

高水头混流式水轮机导水机构预装中的若干问题

如何控制水轮机导水机构端面狭小间隙是高水头混流式水轮机导水机构预装中的普遍问题。本文详细介绍了配车顶盖使间隙在合适范围内的工艺方法以及涉及的一些其他问题。     

基于CFD的水轮机密封内部流场的研究

基于计算流体动力学的(CFD)计算软件fluent,利用RNGk-ε湍流模型对某水轮机迷宫密封内部流场进行了数值模拟,得到了密封内的流场分布,为进一步研究水轮机密封内部流动提供了依据。     

基于CFD的长短叶片水轮机压力脉动研究

以长短叶片混流式水轮机三维定常湍流计算结果作为非定常湍流计算初始条件,结合混流式水轮机湍流流动进行全流道三维非定常模拟研究。通过在蜗壳进口、固定导叶及活动导叶前、转轮前和尾水管截面测点压力脉动及频谱分析,得出长短叶片混流式水轮机内压力脉动产生和传播的部分规律。     

水轮机空化系数及其对水力性能的影响

水轮机空化系数对水轮机的效率、出力、空化、压力脉动、飞逸转速及轴向水推力等性能均有一定影响,有的工况影响非常大。本文首先介绍了空化系数对能量、空化性能的影响及与其有关的两个空化系数的区别,然后着重介绍了空化系数对压力脉动和飞逸转速的影响,探讨了空化系数对轴向水推力的影响及正确的试验方法。     

水轮机空化的超声波特性试验研究

本文分析了水轮机空化噪声的谱特性.针对其声谱特性,设计了空化超声波测量系统,利用该系统进行了水洞和水轮机模型空化的超声波试验研究.     

水轮机空化的小波奇异性检测研究

空化现象是水轮机中难以避免的主要危害。空化噪声的谱分析一般采用功率谱分析，而功率谱分析在研究空化噪声这种具有很强突变性的信号具有明显的缺陷。小波分析具有很好的局部性，在奇异性检测和奇异性定位研究中得到了广泛的应用，文中在小波变换模极大值奇异性检测的理论基础上提出了水轮机空化的小波奇异性检测方法，并提出了小波基选择方案和突变点检测条件。较之以往的基于模极大值线搜索的方法，该方法具有运算量小的优点。分析了实际检测数据，结果表明该方法的有效性，并很好的检测出空化初生和空化形态转变。     

基于CFD和FEM的混流式水轮机数值模拟研究

根据标准k-ε双方程和雷诺时均(N-S)方程,给定转轮边界条件,建立混流式水轮机内部流动的数学模型。利用CFD技术分析水轮机内部、活动导叶和固定导叶速度分布,叶片压力分布等流动参数;采用FEM刚强度分析转轮叶片应力和变形量,复核叶片的结构设计和材料。基于CFD和FEM数值模拟技术,对水轮机选型、优化设计均具有一定的指导意义。     

蒲石河水泵水轮机主要结构特点

<正>为提高我国发电设备制造业的整体水平,促进抽水蓄能电站设备的国产化,国家发改委在2003年提出了"三步走"战略:第一,在国际市场招标采购机组设备,以市场换技术;第二,由国内企业作总承包方,外国企业作技术支持方;第三,国内企业自主设计制造抽水蓄能电站机组设备,全面实现国产化。蒲石河电站(4×300 MW)项目处在第二步阶段,由哈电作为总承包方,Alstom公司为技术支持方。通过完成该项目,使哈电能够从Alstom公司学到的先进技术,并     

基于小波包频带分析技术的水轮机空化特性研究

在详细分析水轮机空化信号特点的基础上,总结了适合于空化信号分析的小波基函数应具有的特点;为避免信号小波包分解的盲目性,文中采用了区间小波包分解方式,即有针对性地对空化信号进行深层次分解.结合水轮机模型空化状态观测结果,对相应状态下监测的空化超声波信号进行小波包时频分布特性和频带能量分布特性分析,得出了水轮机空化超声波时域信号幅值调制特性和频域能量分布随空化系数变化的关系,验证了小波包频带分析技术对水轮机空化信号分析的有效性.     

潮流能导管水轮机水动力性能研究

为了提高潮流能水轮机发电装置的输出功率,采用雷诺平均法（RANS-CFD）从功率、载荷、空化特性、非定常特性及多导管的影响等方面,对一种新型水平轴导管水轮机进行了理论研究,并通过拖拽水池试验对计算结果进行了验证。研究结果表明：导管水轮机相比裸水轮机具有较高的输出功率及轴向推力,在来流角±30°内仍能保持较高的输出功率。并且导管水轮机在设计工况下有很好的非空化特性及非定常特性。对于多导管组水轮机而言,附属大导管组能在全尖速比范围内进一步提升水轮机的功率及轴向推力,且随着附属导管攻角的增大,功率及轴向推力也将进一步增大。而附属小导管组则不利于水轮机的功率提升。研究成果对导管水轮机发电装置的优化设计起到支撑作用。     

新型组合式导管水轮机水动力性能研究

为了解决导管水轮机尾流分离的问题同时减小系统轴向的阻力，采用计算流体力学（CFD）与拖拽水池试验相结合的手段对一种新型带流道的组合式导管水平轴水轮机进行了水动力性能研究。分析了导管流道数量、流道宽度及流道形状对系统水动力的影响。研究结果表明：相比原导管水轮机，组合式导管水轮机在保证输出功率基本不变的前提下，在低叶尖速比运行状态下能显著减少导管的轴向阻力并改善尾流流动情况，提高系统的运行稳定性。同时在一定范围内，随着流道数及流道宽度的增大，尾流改善效果将变得更明显。对于流道形状而言，直流道为最佳流道。研究成果为解决该型水轮机流动分离问题提供了参考依据，对水轮机及支撑装置的优化设计具有参考作用。     

基于CFD的混流式水轮机改造流道内部流动特性研究

针对老旧水轮机无适合新型转轮的情况下,通过适当的改型设计,根据标准k-ε双方程和雷诺时均(N-S)方程,给定转轮边界条件,建立混流式水轮机流道内部流动的数学模型。通过CFD对水轮机进行数值模拟,获取优化后的转轮内部、活动导叶和固定导叶速度分布及叶片压力分布,通过流场分析,提高改造的可靠性。结合具体电站的应用案例,改造后结果表明:尾水管中回流细微、涡带较弱,水流在引水蜗壳和导水机构中的水力损失不大,平均效率提高5%,平均出力提高4%,水轮机的抗空化空蚀性能及可靠性均得到提高,对混流式水轮机的改造有一定的参考作用。     

高水头混流式水轮机转轮泥沙磨损特性模拟研究

泥沙磨损是导致混流式水轮机组失效的主要原因之一,特别在水头相对较高时,由于内部流速相对也较高,其磨损问题会更为严重。为研究混流式机组转轮磨损的形成机理,本文根据电站泥沙实测数据统计得到汛期的泥沙平均浓度和粒径,对高水头混流式水轮机在最优开度和小开度两种工况下的固液两相流特性进行数值计算,基于拉格朗日方法模拟颗粒的运动轨迹,选取Oka模型对转轮的磨损特性进行了预测。通过分析转轮内的流动特性、颗粒的运动轨迹和壁面冲击特性,对混流式机组转轮磨损形态的形成原因进行了探讨,并将计算结果与文献中的实际磨损情况进行对比分析。预测的结果表明:采用欧拉-拉格朗日方法可较好地对混流式水轮机转轮的主要磨损区域进行定性的预测;在小导叶开度的偏工况时,转轮内部的涡旋流特性会导致颗粒产生局部富集等现象,从而引起对应区域磨损速率的增加。     

短叶片低压边对水泵水轮机空化性能的影响

为探究短叶片低压边位置对高水头长短叶片水泵水轮机转轮空化性能的影响,针对其转轮的结构特点,设计具有不同低压边位置的短叶片方案。以低压边在上冠位置直径与转轮喉部直径的比值,从大到小依次命名为方案A、B、C,比值越小低压边位置越靠后。采用Rayleigh-Plesset空化模型对三方案分别进行3个水轮机工况和2个水泵工况的定常数值模拟,对比分析计算工况下各转轮的空化形态及能量特性。结果表明：在水轮机方式,小流量工况下随着短叶片低压边位置后移,转轮空化性能得到改善,而在大、中流量工况下方案B的转轮空化性能最优。在水泵方式,高扬程工况下转轮空化程度随低压边位置后移先减缓后加剧,低扬程工况下方案A的低压边位置最利于改善空化性能。综合考虑水轮机方式和水泵方式,直径比值为0.9487的方案B空化性能较优,效率和扬程相对较高。对后续高水头水泵水轮机转轮水力优化设计具有指导意义。     

高水头小型水轮机转轮的设计制造优化

本文通过跟踪、总结金汉拉扎电站转轮设计制造过程中出现的难题和解决的过程,对高水头小型水轮机转轮的设计制造优化提出一些建议和看法,为相近电站转轮的设计提供参考.     

基于CFD的混流式水轮机减压管数值分析

水轮机中的减压管对于水力发电机组稳定性的影响,已经引起了研究人员和运行人员的普遍关注.基于计算流体动力学软件CFX,采用N-S方程和RNG k-ε湍流模型,通过对某电站原型水轮机进行三维定常全流道数值计算,分析了含减压管和转轮上冠密封间隙的混流式水轮机三维全流道数值模拟的建模过程,以及减压管对转轮上冠密封间隙流场的影响,并且分析了转轮上冠密封间隙和减压管内部流动的特性.     

高水头混流式水轮机的动静干涉与振动问题研究

针对小天都1号混流式水轮机运行中高频振动的问题,本文采用真机试验和数值计算的方法,研究了水轮机无叶区的动静干涉及蜗壳水力激振频率。在真机试验中,主要分析了机组的振动、水压力脉动的幅值和频率特性,同时利用数值计算进行全流道非定常计算,模拟了活动导叶与转轮之间的动静干涉,详细分析了蜗壳与无叶区的压力脉动特性,两者共同证实机组的异常振动是由于动静干涉引起的。其次,针对现场试验中机组出现的振动问题,从产生共振的条件出发,提出了最佳叶栅组合、降低了无叶区的压力脉动,为水电站减振降噪提供了可实施方案。     

负曲率导叶在高水头混流式水轮机中的应用及性能分析

负曲率导叶具有显著的水力特点和性能优势,应用于高水头混流式水轮机的水力研发,对提高水轮机的性能水平具有明显作用。通过对负曲率导叶在高水头混流式水轮机水力研发中的应用原理的论述分析,并通过锦屏二级水轮机研发项目工程应用实例,验证了负曲率导叶在提高高水头混流式水轮机水力性能上显著的技术优势,为我国未来500m左右高水头大容量混流式水轮机的研发提供借鉴。