便携式三坐标测量机在叶片修复中的应用

针对水泵及水轮机叶片气蚀、磨损等造成的缺陷无法精确修复问题,采用具有先进三维扫描测量技术的便携式三坐标测量机（CMM）系统,采集叶片的原始点云数据,利用逆向工程软件Geomagic和CAD重现叶片的原始叶型,并对存在缺陷的叶片进行三维扫描测量,并与原始叶型数据进行三维比对。试验结果表明,CMM系统可提高叶片的修复精度。     

长短叶片混流式水轮机转轮的三维几何建模

针对混流式水轮机叶片形状复杂、实体造型困难,以混流式转轮叶片二维木模图为基础,基于UG软件的三维建模功能,采用由点到线、线到面、面再到体的方法对混流式水轮机叶片进行三维造型.针对水轮机一次造型不光滑,采用类流线的方法在尽量保持原有型值点不变的前提下优化模型,最终建立了光滑精准的三维模型,为后期的流动性能预测、刚强度计算分析等提供了条件.     

数字化测量技术在转轮叶片修复中的应用

本文介绍了空间中曲面工件的数字化测量方法。通过运用激光跟踪仪、转站等技术对水轮机转轮叶片进行测量,方便修复与加工工作。旨在提高叶片等曲面工件修复效率和修复质量。     

一种新型潮汐能水轮机的性能分析

文章基于CFD和模型实验的方法为国内某工程开发了一种转轮直径为0.8 m的新型超低水头潮汐能水轮机。利用数值模拟的方法对海工及机组模型进行1∶1的建模,并根据当地潮差数据确定计算工况点。对比分析了水轮机的内特性和5种不同叶片安放角下水轮机的出力和效率,确定了不同潮差对应的机组进出口水头。在此基础上,利用数值模拟确定的机组进出、口水头进行转轮直径为0.4 m的模型实验,对比分析了5种叶片安放角下模型的出力和效率,并对叶片安放角为28°的模型实验数据和数值模拟数据进行了对比,发现两者的数据比较接近,由此验证了数值模拟的可靠性。     

基于升力法的贯流式水轮机叶片设计及可行性分析

根据升力法设计轴流式水力机械转轮叶片的基本原理、方法和步骤,设计了贯流式水轮机叶片,建立了贯流式水轮机的三维模型,并基于Fluent,采用RNG κ-ε双方程湍流模型和SIMPLEC算法对设计叶片进行了数值模拟,得到了叶片表面压力和速度云图、流场流线和速度矢量图,并估算出水轮机水力效率。结果表明,采用升力法进行贯流式水轮机叶片设计具有可行性。     

基于UG软件平台的混流式水轮机转轮三维造型

混流式转轮的CAD/CAM/CAE均需精确的三维数字化模型.针对直接利用木模图的二维线条生成转轮叶片存在不正常的凹凸现象,利用UG将轴面流线生成NURBS曲面进行叶片三维造型,建立了光滑精准的三维转轮模型.比较可知,模型与实际情况基本吻合,建模方法可供借鉴.     

可逆式水泵水轮机多目标优化设计及流动研究

传统水泵水轮机设计方法设计周期长、成本高,且十分依赖于设计经验。为此,介绍了一套适用于水泵水轮机设计的多目标优化设计系统,利用该优化设计系统,以叶片载荷和叶片倾角为优化变量,以水泵额定工况点的机组效率、水泵空化性能、水轮机额定工况点的机组效率及水轮机最优工况机组效率为优化目标,对某抽水蓄能电站的水泵水轮机转轮进行了优化设计,得到了优化转轮。结果表明,该系统非常适用于转轮多目标开发设计,相比于初始转轮,优化后转轮4个优化目标均得到不同程度的提升;在水轮机额定工况下转轮流线分布明显改善,有效提高了转轮叶片最低压力值。     

某电站灯泡贯流式水轮机转轮优化研究

某电站水轮机转轮由于叶片应力过大而经常产生裂纹，严重威胁机组安全运行，为解决该电站水轮机转轮叶片应力过大的问题，以该电站灯泡贯流式水轮机为例，基于RNGκ-ε湍流模型，对水轮机各个部件进行建模、网格划分，通过对转轮叶片的加厚与修角优化处理，利用CFD技术对优化前后转轮水力性能及刚强度进行对比分析。结果表明，优化后转轮叶片应力与变形得到较大改善，符合工程实际需要，可有效避免转轮裂纹的产生。     

多泥沙河流水电站水轮机转轮内部流动数值模拟

针对多泥沙水电站水轮机转轮的泥沙磨损问题,以HLA351-LJ-275水轮机为模型,对水轮机在设计工况下,运用N-S方程和标准κ-ε湍流模型,利用CFX求解器进行仿真流动模拟。水轮机转轮进口沿叶高20%、50%、80%流面的压力、泥沙速度及泥沙体积分数分布的数值结果表明,水轮机转轮叶片工作面压力大于背面且最小压力高于气化压力。泥沙速度在叶片进水边和出水口位置普遍较高。水轮机转轮叶片工作面的泥沙体积分数大于背面,叶片工作面的泥沙体积分数在叶片出水口普遍较高,叶片背面的泥沙体积分数在叶片进水边普遍较高。研究结果对多泥沙河流水轮机转轮叶片的泥沙磨损评估及维修具有指导意义。     

桓仁电站HL741和刘家峡电站HL008转轮叶片改型试验分析

本文根据混流式水轮机转轮的水力性能特点,通过HL-25模型转轮叶片改型试验和刘家峡电站30万千瓦机组转轮完善处理,简述采用适当方法进行转轮叶片改型,可改善水轮机组在非优工况下运行的水力性能,从而提高运行工况的效率或增大转轮的过流能力,以达到增大机组出力和有效运行。     

退化涡轮叶片形变对气动参数偏离的影响研究

涡轮叶片在服役过程中发生的形状变化会造成涡轮气动参数偏离,研究造成涡轮性能退化的主要形变因素是实现涡轮精准维护的重要环节。本文分析了实际涡轮叶片在长时间服役后的具体形变特征,以及形变特征与气动参数偏离值的关系;通过光学扫描获得退化涡轮全周叶片的形状数据,重构得到叶片特征几何参数;以几何参数为基础生成退化的涡轮流道,通过CFD仿真得到了燃气轮机在退化前后的详细气动参数;采用神经网络模型建立涡轮几何数据与气动数据之间的映射关系,并分析了模型中影响气动参数偏离的主要几何参数。结果表明:磨损烧蚀导致弦长变短是第1级静叶气动参数变化的主要诱因,而第1级动叶的气动参数则主要受喉道宽度的影响。     

X型叶片水轮机水力特点及全三维数值模拟

X型叶片为先进水轮机设备的关键部件,对其水力特性研究很有必要。以新疆某水利工程为例,在联合坐标系下对低水头大变幅X型叶片水轮机流动进行了CFD计算,得到了蜗壳、座环、活动导叶、转轮和尾水管等过流部件的压力分布和速度分布特性,计算结果表明,X型叶片水轮机在设计水头至最小水头大流量条件下更易发生空蚀破坏,而在最大水头小开度条件下尾水管脉动压力变幅较大,振动问题突出。     

中低比转速混流式水轮机空化与水力振动分析

针对中低比转速水轮机空化、振动问题比较突出的现象,以大桥电站水轮机为例,采用分离涡模型(DES)对其进行了三维CFD计算,得到了活动导叶、转轮和尾水管内的压力分布、速度分布及压力脉动特性。结果表明,转轮空化发生在叶片出水边靠近下环的区域,与实际情况相符;机组在高水头、大开度工况下,振动更突出,振动频率为机组旋转频率的整数倍,表明振动主要由转轮造成,而非尾水管涡带引起的。     

基于CFD混流式水轮机上冠转轮泵结构优化研究

为研究中高水头混流式水轮机上冠转轮泵工作特性及优化可行性,以红山嘴一级电站3号水轮机为例,建立现转轮泵及11种结构优化模型,利用CFD商业软件,基于SST湍流模型对不同结构转轮泵在9种流量工况下展开数值模拟。将上冠流道泄漏水流动特性、主轴密封真空度及转轮泵效率作为研究指标,结果表明：上冠流道泄漏水流动特性依赖于转轮泵的结构类型;减小转轮泵“泵盖高度比”或斜置动泵叶对提高主轴密封真空度均有显著效果(最佳结构可提高66.9%),同时须兼顾其工作效率;额定工况下,转轮泵工作效率较低,建议转轮上冠开设合适的泄水孔补给流量提高其效率;该电站可将泵叶斜置45°、泵盖高度比H_p=0.0543的转轮泵作为最佳改进方案。     

水泵水轮机转轮加装短叶片前后的流动特性对比

为对比高水头水泵水轮机的转轮加装短叶片前后的能量特性及流动特性,基于SST湍流模型,选取4个具有代表性的水泵及水轮机工况,对有/无短叶片的水泵水轮机进行全流道三维定常计算。数值模拟结果表明,以水泵运行时加装短叶片可抑制脱流与漩涡等二次流现象,降低单个叶片承受的水力载荷,提高转轮进出口、导叶区及蜗壳静压,使泵获得更高的扬程。水轮机运行时添加短叶片可减小转轮出口环量,改善在尾水管内形成的复杂漩涡流,提高其水力效率。相同边界条件下,长短叶片转轮改善了转轮区的流动条件,从而提升了机组的能量特性及水力稳定性。     

多工况下高水头水泵水轮机压力脉动特性分析

为研究多工况下高水头水泵水轮机内部的压力脉动特性,以某抽水蓄能电站水泵水轮机模型为例,采用SST湍流模型对非设计工况点下的水泵水轮机进行三维全流道非定常数值模拟,同时监测了固定导叶与活动导叶间、无叶区及尾水管处的压力脉动。结果表明,对于固定导叶与活动导叶之间的区域,水轮机工况下的压力脉动主频为叶片通过频率,而水泵工况下的最高扬程和最低扬程工况的主频分别为转频和叶片数通过的频率;对于无叶区,由于受到强烈的动静干涉效应,水轮机、水泵工况下的主频均为转轮叶片数通过频率,且脉动幅值较大;对于尾水管区域,直锥段处的频率分布规律与流量有关,水轮机小流量工况下,尾水管内主要为0.3倍转频的低频压力脉动,而水轮机大流量工况下,脉动频率主要以2.6倍转频为主。     

轴流式水轮机转轮叶片刚强度计算分析

用ANSYS有限元分析方法对某轴流式水轮机的新老转轮叶片的刚强度进行了详细的计算对比分析。结果表明，该方法能快速准确计算轴流式水轮机叶片的刚强度，经对比分析也可为叶片改型提供依据；该方法是一种科学、快速、简便的轴流式水轮机叶片刚强度的计算方法。     

Study on an Undershot Cross-Flow Water Turbine

This study aims to develop a water turbine suitable for ultra-low heads in open channels, with the end goal being the effective utilization of unutilized hydroelectric energy in agricultural water channels. We performed tests by applying a cross-flow runner to an open channel as an undershot water turbine while attempting to simplify the structure and eliminate the casing. We experimentally investigated the flow fields and performance of water tur- bines in states where the flow rate was constant for the undershot cross-flow water turbine mentioned above. In addition, we compared existing undershot water turbines with our undershot cross-flow water turbine after at- taching a bottom plate to the runner. From the results, we were able to clarify the following. Although the effec- tive head for cross-flow runners with no bottom plate was lower than those found in existing runners equipped with a bottom plate, the power output is greater in the high rotational speed range because of the high turbine ef- ficiency. Also, the runner with no bottom plate differed from rtmners that had a bottom plate in that no water was being wound up by the blades or retained between the blades, and the former received twice the flow due to the flow-through effect. As a result, the turbine efficiency was greater for runners with no bottom plate in the full ro- tational speed range compared with that found in runners that had a bottom plate.     

基于遗传算法的轴流式叶片全三维优化设计

本文提出了一种结合全三维反问题计算与遗传算法优化的轴流式水轮机转轮设计方法。即在对轴流式水轮机转轮叶片进行全三维反问题设计的基础上,然后以平面叶栅表面边界层中的流动损失最小和翼型气蚀系数最低为目标,小生境遗传算法进一步对转轮叶片进行优化以得到更为理想的转轮叶片。由于此方法结合了全三维反问题方法对有厚度叶片计算的准确性,以及遗传算法对解决多目标优化问题全局搜索的准确性,可以得到比较理想的转轮叶片。