混流式水轮机固定导叶和活动导叶的准三元流动计算

本文介绍了关于混流式水轮机固定导叶和活动导叶的准三元流动研究。采用S_1、S_2两类相对流面理论的准三元流动计算的方法,分别在S_1流面和S_2流面上建立了势函数和流函数方程,通过迭代计算得到该流场的流态。该成果可用于分析混流式水轮机座环和导水机构区域的流动情况,并对水轮机的设计有指导作用。     

准三元设计方法在水轮机转轮设计中的应用

文章以Ｓ１,Ｓ２流面理论为基础,对实际流动进行平均化处理,建立起混流式水轮机转轮的一种准了设计方法。Ｓ２流面采用有限元计算,Ｓ１流面采用积分法计算。该设计方法不仅考虑了连续方程和叶片微分方程,还考虑了水流的运动方程使计算出的轴面流场更符合实际情况,从而可提高水轮机转轮设计的命中度。     

一种稳定的混流式水轮机转轮流场准三元计算方法

本文介绍了一种性较高的混流式水轮机转轮流场准三元计算方法,该方法通过Ｓ１流面的积分方程法与Ｓ２流面的有了法迭代计算得到转轮内部流态。同时以哈尔滨大电机研究所研制的某转轮为例进行了计算,并对计算结果进行了整理和分析。     

用准正交面法计算混流式水泵水轮机转轮内准三元流动

本文用准正交面法来解了混流式水泵水轮机转轮内准三元流动,文中介绍了基本公式、主要数值计算方法、计算步骤和源程序框图,并列举了计算结果。     

水泵水轮机转轮流动的准三元计算

开始于可压缩流体叶轮机械的三元流动计算理论,目前正在向不可压缩流体叶轮机械方面推广使用。国外已把三元流动理论用于水泵和水轮机的设计和对性能进行予估。本文介绍根据文献[2]和[3]的准三元理论用电子计算机对混流式水泵水轮机转轮进行计算的结果,文中叙述了所采用的准三元理论和主要的数值计算方法,并列举了电子计算机计算的主要步骤和计算结果。     

水力机械节距平均S2流面及其流动方程

本文根据Ch.Hirsch和G.Warzee对气体叶轮机械S_2流面的节距平均化方法,导出了水力机械节距平均S_2流面的流动方程,为水力机械准三元流动分析建立了一个较为完整而简单可行的数学模型。应用本文建立的水力机械节距平均S_2流面方程,可使准三元流动计算变得易于实现和收敛。算例表明,本文计算结果和试验值取得了较好的一致。     

采用三维粘性流进行长短叶片转轮水力性能分析

在高水头领域，长短叶片混流式水轮机转轮由于其稳定性和空化性能优良而得到了广泛的应用。本文结合某项目，采用平均化N—S方程，计算水轮机内部的速度场、压力场及转轮数值效率，应用数值分析的方法对转轮性能进行预估，设计了一个长短叶片混流式水轮机转轮，并与常规转轮进行了同台试验比较。     

考虑密封作用的混流式水轮机转轮动力特性分析

大型混流式水轮机转轮振动现象严重影响了混流式水轮发电机组的安全、稳定运行,因此针对以上情况对机组转轮在实际运行中的模态特性研究就显得十分重要而有意义。本文以转子动力学为基础结合有限元分析方法,对混流式水轮机转轮进行了三维实体建模和模态分析,研究了混流式水轮机转轮在考虑密封作用影响下的动力特性,结果表明:在考虑转轮密封影响和不考虑转轮密封影响下,各阶频率和振型区别很大;密封能提高转轮的弯曲振动频率,对转轮的扭振和竖振影响较小;且随着转轮模态频率的升高,转轮的振动由整体的振动逐渐变为以叶片振动为主的振动。该方法为以后准确地分析预测机组在实际运行中转轮的振动情况提供了参考。     

转轮立式静平衡工具设计与分析

介绍了混流式水轮机转轮立式静平衡工具的设计,对混流式水轮机转轮立式静平衡工具的结构原理、使用方法、NXCAE软件在设计上的应用以及有限元分析。经生产实践证明,使用该立式静平衡工具,能满足转轮静平衡试验的要求。     

混流式转轮叶片优化设计的理论探讨

本文针对混流式转轮水力设计中的一些需要具体考虑的问题,综合和参考气体透平机械和平面叶栅的优化设计方面的研究成果,结合混流式转轮内的流动特点,建立一套较为完整和系统的混流式转轮叶片的优化设计数学模型。将混流式水轮机转轮叶片在回转流面上的叶型优化设计问题归结为非线性规划问题的最优化解。将该方法与已开发的水力 CAD 系统结合使用,将会使水力 CAD 系统发挥更大的作用。     

混流式水轮机压力脉动计算

本文依据国内外大量混流式水轮机压力脉动实测试验结果,对理想流体应用毕奥-萨瓦尔定律,以兰姆型方程和伯努利方程为理论基础,导出了计算混流式水轮机转轮出口压力脉动振幅的实用公式。     

涡带工况下混流式水轮机转轮动应力特性分析

近年来,国内一些大型混流式转轮出现了不同程度的裂纹问题,对机组安全运行构成了威胁。研究表明,水力激励引起的混流式水轮机转轮叶片动应力是引起叶片疲劳破坏的主要原因之一。文中首先对高水头小负荷的涡带工况下混流式水轮机内流场进行非定常CFD计算,得到涡带工况下叶片表面不同时刻的水压力载荷,并利用流固耦合方法对转轮进行结构场瞬态特性计算,分析转轮叶片的动应力特性。结果表明由于水压力脉动引起的转轮叶片上的振动交变动应力是混流式水轮机疲劳破坏的主要原因之一。计算结果可为其它水轮机转轮的动应力特性分析和疲劳分析提供参考。     

基于CFD的灯泡混流式水轮机转轮的水力开发与研究

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,并采用CFD软件辅助进行了流网划分以及流线绘制、轴面速度的计算以及Vm=f(Lm)曲线的绘制,在模拟内部流场的基础上,对90m水头段的转轮进行了水力设计与转轮型线的绘制,为水轮机转轮的水力设计提供了一套新的研究方法.     

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。     

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。     

混流式水轮机转轮的可靠性设计

介绍了可靠性设计的基本理论,并对某水电站A~#混流式水轮机转轮进行了可靠度的初步计算。结果表明,可靠性设计较目前采用的静强度设计更符合实际情况。建议在我国机械设计中逐步推广这种设计方法。     

高比转速混流式水轮机叶道涡工况下转轮的动力特性分析北大核心CSCD

为了探讨叶道涡对混流式转轮叶片的作用机理,以某高比转速混流式水轮机为研究对象,选取出现严重叶道涡的小流量工况点开展转轮的瞬态动应力数值模拟。首先基于Navier-Stokes方程和RNG k-ε湍流模型进行了全流道定常和非定常流动计算,得出了转轮内部叶道涡的形态及分布,与实际观测现象非常吻合;然后采用有限元方法对转轮进行了模态分析,获得了转轮在水中的固有频率及振型;最后采用流固耦合方法对转轮进行瞬态动力学分析。研究结果表明:叶片危险部位的动应力的频率为转轮频率的倍频,分布于转轮叶片出口靠近上冠处的局部叶道涡对转轮的作用强度最大,导致叶片出口与上冠连接处的最大动应力值高于一般水轮机转轮的许用应力值,引起转轮该位置发生破坏甚至产生裂纹。     

高比转速混流式水轮机叶道涡工况下转轮的动力特性分析

为了探讨叶道涡对混流式转轮叶片的作用机理,以某高比转速混流式水轮机为研究对象,选取出现严重叶道涡的小流量工况点开展转轮的瞬态动应力数值模拟。首先基于Navier-Stokes方程和RNG k-ε湍流模型进行了全流道定常和非定常流动计算,得出了转轮内部叶道涡的形态及分布,与实际观测现象非常吻合;然后采用有限元方法对转轮进行了模态分析,获得了转轮在水中的固有频率及振型;最后采用流固耦合方法对转轮进行瞬态动力学分析。研究结果表明:叶片危险部位的动应力的频率为转轮频率的倍频,分布于转轮叶片出口靠近上冠处的局部叶道涡对转轮的作用强度最大,导致叶片出口与上冠连接处的最大动应力值高于一般水轮机转轮的许用应力值,引起转轮该位置发生破坏甚至产生裂纹。     

质量矩阵对水轮机组固有振动模态计算结果的影响

针对如何采用有限元法选用适当的单元质量矩阵模式对大型水轮机过流部件进行高精度、高效率和低成本的模态分析问题,本文详细介绍了一致质量矩阵和集中质量矩阵,并以三峡混流式水轮机组为例,数值模拟水轮机转轮、导叶和叶片的前若干阶固有模态,对两种矩阵所得结果进行了比较分析。结果表明,两种质量矩阵模式对低阶固有模态（前30阶）影响不大,固有频率计算值相对误差不超过2%,对应阶数的固有振型相似,而对高阶固有模态（30-100阶）影响显著,固有频率计算值相对误差达到4.25%,且固有振型不同;质量矩阵模式对水轮机转轮、叶片和导叶固有模态的影响随着模态阶数增加而变大,集中质量矩阵计算效率较一致质量矩阵高。从计算精度、效率和成本综合考虑,建议低阶固有模态分析采用集中质量矩阵,高阶固有模态分析采用一致质量矩阵。该研究为水轮机过流部件的动力设计和数值计算提供科学依据,也为水轮机过流部件进一步的动力学分析奠定了基础。     

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…