运行工况对多沙河流水轮机导叶区磨损影响研究

多沙河流上具有调峰功能的水轮发电机组运行工况转换非常频繁,水轮机经常偏离最优工况运行,导致活动导叶磨损破坏严重。为揭示运行工况对水轮机活动导叶区域固液两相流动规律的影响,建立了黄河某多沙电站原型水轮机全流道三维水体模型,采用欧拉-欧拉两相流模型和RNG k-ε湍流模型对水轮机不同出力工况进行了固液两相流数值模拟计算,对不同运行工况下导叶区域的压力、流速、含沙量等进行了分析。结果表明：含沙水流会使导叶区域最小压力减小,从而增加空化发生机率;出力工况对导叶区固液两相流动影响较大,随着水轮机出力减小,导叶区最大流速反而增大,活动导叶迎水面与背水面的速度差也逐渐增大,小出力工况下,座环靠近鼻端位置高泥沙浓度区域扩散变大,活动导叶表面泥沙浓度由顶端至底部逐渐增加,活动导叶头部位置泥沙浓度最高。研究结果能够为预测多沙河流水轮机活动导叶易磨损位置和研究抗磨蚀对策提供技术支撑。     

大朝山水电站一号机组活动导叶上浮的处理

水轮机活动导叶的上浮,关系到上抗磨环的使用寿命,本文试图从活动导叶上浮产生的原因着手,对活动导叶的上浮进行分析处理。     

多沙河流水轮机活动导叶泥沙磨损数值模拟研究

多沙河流水电站水轮机活动导叶磨损严重,导致机组出现“潜动”现象,甚至危及机组安全运行。为了揭示小开度工况下导叶区域的流动特性以及磨损特性,建立了万家寨原型水轮机全流道三维水体模型,采用ＤＰＭ模型和标准湍流模型对四种小开度工况进行了固液两相流数值模拟计算,结果表明:10％开度工况与４0％开度工况相比,叶栅流道的流态变差,导叶区域的流速和压强变化梯度增大,导叶立面密封位置两侧压力差由４8ｋＰａ增加到108ｋＰａ,立面密封处流速由18ｍ／ｓ增加到2４ｍ／ｓ;在10％开度工况下,叶栅流道狭窄,含沙水流在活动导叶出口形成射流磨损,导致活动导叶迎水面的头部和出水边以及背水面立面密封位置处磨损严重,随着导叶开度增大,活动导叶表面的磨损程度以及磨损区域都逐渐减小。本研究对于多泥沙电站水轮机稳定运行以及活动导叶的磨损防护具有重要意义。     

基于欧拉固液两相流模型的混流式水轮机导水机构磨蚀损伤研究

为保障水轮机发电机组的安全运行,对水轮机活动导叶磨蚀损伤机理进行研究。基于欧拉固液两相流模型对水轮机活动导叶内部的固液两相紊流进行数值模拟,对磨损情况进行了分析,提出了导水机构的磨损预估及相应的修复建议。所得结论可供相关研究人员参考。     

碳化钨热喷涂工艺在转轮活动导叶表面防护的应用

水轮机过流部件中,转轮和活动导叶的流体磨损,汽蚀损伤是最严重的,尤其在高泥沙含量中工作的水轮发电机组。为保障水轮机发电机组的安全运行,对转轮和活动导叶表面防护技术的研究十分重要。     

基于DPM模型的某型号水轮机固定导叶泥沙磨损模拟与实验研究

含沙水对水轮机固定导叶的磨蚀不仅与流速大小、泥沙浓度有关,而且还和含沙水在过流表面速度方向有关。为了研究含沙水对某型号水轮机固定导叶冲蚀作用,验证DPM模型(Discrete Phase Model)对水轮机固定导叶磨损模拟的有效性并确定固定导叶表面重点磨损部位,应用磨损模型和DPM模型对某型号水轮机固定导叶进行数值模拟,并将导叶表面的磨损率的数值模拟结果与实验数据相对比,预估和验证了该水轮机固定导叶的在额定工况下的磨损情况,为该水轮机的固定导叶后期的抗磨损设计提供了参考依据。     

喷涂技术在水轮机导叶抗磨蚀破坏中的应用

对水轮机导叶磨蚀破坏的程度和磨蚀区域进行综合分析，设计出合理的高速火焰喷涂方 案，确定喷涂工艺，对水轮机导叶进行抗磨蚀喷涂应用。在刘家峡水电厂和葛洲坝水电站水轮机组导叶中的应用表明，高速火焰喷涂技术对水轮机的磨蚀破坏防护作用显著。      

无活动导水叶水轮机在水电站的应用

本文论述国内外水电站工程实例,证明水轮机不设置常规的活动导水叶和调速器,用蜗壳进口阀、弧形闸门、平板闸门或尾水闸门控制水轮发电机组,不仅可以在中小型水电站采用,在百万千瓦以上的大中型水电站也可采用。有条件地应用无活动导叶水轮机,可以简化设备,降低成本、减轻运行与维修工作量,效益显著。国外多座水电站采用无活动导水叶水轮机,并有数十年的运行实践,值得国内借鉴。 目前应用的无活动导水叶水轮机多为贯流式和多级混流式水泵水轮机两种机型。法国应用无活动导水叶水轮机最多。我国于70年代末在京密引渠梯级电站,曾对轴流定桨式水轮机做过无活动导叶及取消活动导水叶运行试验,并取得一些经验。     

混流式鱼友型水轮机导叶优化设计研究

鱼类通过传统混流式水轮机时会因为其流道尺寸狭小受到撞击而出现伤亡。以计算流体力学方法为基础对混流式鱼友型水轮机导叶区进行优化设计,旨在保证水轮机出力及效率的同时减小过机鱼所受伤害。为了对比分析两组导叶(含固定导叶、活动导叶)设计方案的运行性能,分别对水轮机全流道进行不同工况下的稳定场数值模拟,分析水轮机能量特性及流动特性。模拟结果表明,两组导叶设计方案的最优导叶开度相同,均为28°;综合考虑水轮机运行性能,导叶设计方案一优于方案二。     

水轮机活动导叶的耐磨设计及实验研究

通过对含沙水流条件下水轮机导叶的水力损失及磨蚀机理进行分析研究，重新设计制作了活动导叶的翼型，并与现行标准导叶在专门设计的模型实验台上进行了对比实验，得出了一些有价值的结果。为进一步进行导叶翼型的研究提供了有益的参考。     

水轮机流道非恒定流对过机鱼体影响研究

基于鱼类借助水轮机流道下行过坝时成活率较低的背景,在利用视频分析技术捕捉草鱼幼鱼通过模型轴流式水轮机下行典型路径的基础上,结合CFD数值模拟技术对水轮机流道非恒定流对过机鱼体的影响进行深入研究。结果表明,水轮机过渡过程中导叶关闭时间与过机鱼体的损伤概率有一定的相关性。随着水轮机导叶关闭时间的延长,鱼体通过水轮机下行的受压力损伤概率降低,但受压力梯度损伤的概率增加。综合比较压力及压力梯度对过机鱼体的损伤影响,表明:导叶关闭时间延长会增加对过机鱼体造成损伤的概率。因此,对于水轮机流道有过鱼需求的水电站,在不影响稳定运行的条件下,为保护鱼体安全过机,应适当降低导叶关闭时间。研究结论可对减小过机鱼体损伤概率的水轮机优化运行提供一定参考。     

大型水电站福伊特水轮机模型试验研究

为了检验某大型水电站水轮机的水力特性,进行了水轮机福伊特模型验收试验,包括尺寸检查、效率试验、出力试验、飞逸试验、空化试验、蜗壳差压试验、压力脉动试验、导叶水力矩试验、轴向水推力试验、筒阀下拉力试验等内容。试验结果表明：模型水轮机及换算得到的原型的效率、出力、空化、压力脉动、飞逸、轴向水推力、导叶水力矩、筒阀压力等性能指标均满足合同技术要求。     

运西水电站竖井贯流式水轮机性能优化

采用雷诺时均方程(RANS),选择S-A湍流模型,运用SIMPLEC算法,利用CFD数值模拟技术,数值模拟了不同方案的运西水电站水轮机流道内流场,分析了转轮直径、叶片翼型、叶片个数、叶片安放角、转轮轮毂、转轮转速、导叶翼型、导叶轴线与机组中心线夹角、导叶个数、叶片及导叶安装位置、导叶开度对水轮机性能的影响,叶片数为3时水轮机装置性能较优,机组最高效率点分别在转速为187.5r/min、导叶个数为15时出现。对原有流道可改变部件做适当优化后,将优化后的转轮应用于电站进行数值计算,根据全流道的数值模拟结果,预测电站改造后机组的水力性能。根据数值计算的结果制作模型水轮机和真机进行模型试验和真机测试。结果表明,数值模拟结果与模型实验以及现场运行结果曲线的变化趋势一致,数值模拟结果基本能够准确反映电站的外特性和内部流场特征。     

向家坝水电站机组超声波测流及成果分析

为准确测量并评定向家坝机组过机流量,并将其结果应用于其他同型机组,引入了重复性原理,利用该原理对过机流量、机组出力和导叶开度的重复性进行了误差分析;利用14个水头下的试验数据采用不同方法计算出不同的真机流量系数,与模型的流量系数进行对比,选取最优流量系数作为该机的真机实测流量系数,将该真机实测流量系数换算后的流量与实测流量进行了误差对比分析。     

水泵水轮机在水轮机工况下导叶水力矩试验研究

为分析水泵水轮机在水轮机工况下导叶水力矩大小及其变化规律,针对国内某抽水蓄能电站的水泵水轮机模型,基于电测应力分析方法,对活动导叶轴进行特殊加工处理,分别进行水轮机工况下同步导叶和非同步导叶的水力矩试验。对试验结果分析得出:在不使用非同步导叶时,随着导叶开度的增大所有被测导叶的导叶水力矩因数变化保持一致,并且水力矩的方向从导叶关闭方向逐渐转向导叶开启方向;设置10~#导叶为非同步导叶后,在非同步导叶开度与同步导叶开度值相差小于16.4%时,被测导叶的水力矩因数趋于均匀分布,差值大于16.4%时随着开度值的增大水力矩急剧增大,并且不同导叶的水力矩因数差别较大。     

高水头混流式水轮机内部固液两相流数值分析

针对泥沙直径对混流式水轮机蜗壳和导水机构内部流场产生影响的问题进行了初步研究,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了全流道数值模拟,通过单一变量法来研究不同来流泥沙的直径对蜗壳和导水机构内部压力及泥沙分布产生的影响。研究结果表明:与清水相比,含沙水流会不同程度地使蜗壳和导水机构内部的水压力载荷增加,在相同工况下,蜗壳底部、蜗壳鼻端、固定导叶和活动导叶头部的泥沙浓度较大;小直径下泥沙分布均匀,随着泥沙直径的增加,泥沙浓度的梯度变大,泥沙分布更加集中,从而会使磨损加剧。该研究成果可为在含沙水流中运行的水轮机设计提供参考。     

运行工况对水轮机活动导叶表面泥沙浓度分布的影响

采用标准k-ε模型对水轮机内部沙水流动进行数值模拟,研究了不同工况下映秀湾电站活动导叶泥沙分布情况.研究结果表明,活动导叶磨损主要集中在头部且工作面比背面磨损量大,泥沙颗粒在活动导叶底部有堆积.活动导叶泥沙绕流速度分布规律相似,并随着出力的增加头部绕流速度明显增大.     

长甸电站二号机导叶空蚀原因分析及整形

太平湾发电厂长甸电站机组大修时发现了二号水轮机导叶空蚀,对空蚀的产生原因进行了现场勘察、全面分析,并针对该站导叶空蚀的具体原因提出了具体的处理方案,为减弱该站导叶空蚀程度提供了前提保证。     

基于数字插装阀技术的调速系统在水电工程中的应用优势——以白俄罗斯维捷布斯克水电站为例

针对工程实践中灯泡贯流式机组因低水头、大流量、机组转动惯量小而难以控制等问题,以白俄罗斯维捷布斯克水电站机组调速系统为研究对象,介绍了基于数字插装阀技术的调速系统结构和基本原理,分析了数字插装阀技术解决上述问题的相关策略和优势。详细地分析了维捷布斯克水电站调速系统在解决甩负荷过程中过速及低频灭磁问题的有效方法,梳理了插装阀技术在水电站调速系统中应用的优势。结果表明数字插装阀技术作为一种新型调速器控制技术,在解决贯流式机组难以控制等问题中具有较好的工程应用价值。