导叶不同开度下抽水蓄能机组水轮机工况内流特性分析

为了解抽蓄机组水轮机工况下活动导叶不同开度下的内流特性,以某抽水蓄能电站水泵水轮机为研究对象,基于SST k-ω湍流模型,进行活动导叶不同开度下全流道三维非定常数值模拟和分析,探讨活动导叶开度对过流部件内部流场的影响.结果表明:随着导叶开度的增加,水泵水轮机的流量增大,转轮力矩增大但增幅降低,效率先增大后降低.蜗壳整体上的压力沿周向分布比较均匀,从蜗壳进口到蜗壳出口均匀降低,水力损失较小;固定导叶形状及安放角与活动导叶搭配影响较大,小开度和大开度工况下活动导叶和固定导叶进口处水力损失大;压力变化线与进出口是否平行影响转轮内部流态,中开度转轮叶片做功最好;小开度工况下易产生偏心涡带,降低机组效率,不利于尾水管能量的回收,中开度工况下尾水管流态最好.研究结论对抽水蓄能机组运行提供了理论参考.     

导叶开度对混流式水轮机转轮内部流态的影响

基于数值模拟方法,以梯级水光蓄互补联合发电系统示范工程中的猛固桥电站混流式水轮机为研究对象,对水轮机在不同特征水头、不同导叶开度工况下转轮叶片表面受力及流道内流场特性进行研究,分析导叶开度改变对水轮机转轮内流态的影响规律。结果表明：导叶开度对于混流式转轮进口流态的影响较大,导叶开度越小入流速度波动程度越大,来流对叶片头部冲击越大,在进口处产生严重的冲击损失;随导叶开度减小,转轮叶片表面等压线与进口边夹角增大,在上冠交接区域产生小三角区低压,使转轮流道出口更易产生空化损失。     

导叶开度对混流式水轮机尾水管内流动特性的影响

为了深入研究尾水管内的流动特性,结合某电站混流式水轮机的实际运行情况,基于标准的κ-ε湍流模型,选用Fluent软件在额定水头不同导叶开度下对其进行全流道数值模拟,分析了不同导叶开度对混流式水轮机尾水管内部流动特性的影响。结果表明,当导叶开度为100%时尾水管内部形成了周期空化涡带,此涡带的存在易导致水轮机机组产生强烈振动;当导叶开度较小时,尾水管内速度分布较为均匀;尾水管进口段的压力分布情况对导叶开度的变化较为敏感,可通过合理控制导叶开度来减小尾水管内的水力振动,降低水力损失。     

计及功率与导叶开度非线性特性的混流式水轮机改进模型

针对现有理想水轮机模型和解析非线性水轮机模型不能反映混流式水轮机组功率与导叶开度间的非线性特性问题,建立了计及功率与开度非线性特性的混流式水轮机改进模型。该模型基于水轮机解析非线性模型,加入了功率与开度非线性关系模块,分析比较了功率与开度的不同拟合方法,推荐采用三次多项式拟合方法更适用于功率与开度拟合,并通过机组频率扰动试验、功率升降试验、一次调频试验和电网故障扰动试验仿真及实测结果表明,与理想水轮机模型和解析非线性水轮机模型相比,计及功率与开度非线性特性的水轮机改进模型精度更高。     

导叶开度对水泵水轮机泵工况零流量外特性和稳定性的影响

鉴于活动导叶开度对水泵水轮机泵工况下的零流量启动稳定性有重要影响,以陕西省引汉济渭工程三河口电站的水泵水轮机组为例,通过模型试验研究了活动导叶开度对泵工况零流量区扬程、功率及机组压力脉动特性的影响.结果表明,泵工况零流量下的扬程随活动导叶开度的增大出现较明显的驼峰现象;活动导叶开度越大,无叶区测点的压力脉动幅值越高,其...     

含沙水流中水轮机导叶的CAD

在本文中.根据奇点分布法和前人分析实验得到的含沙水流中固体颗粒的受力分析结果,利用“相对阻塞”和“相对抽吸”的观点,对含沙水流中水轮机导对进行了设计.并与传统方法设计的导叶进行模型试验比较,表明本文提出的导叶的水力效率高且耐磨蚀.图6参8     

水泵水轮机导叶间隙的影响因素及调整方法

水泵水轮机的导叶间隙对整个水轮发电机组的效率指标及安全稳定运行有着重要影响,通过分析和实际应用,本文总结了在水泵水轮机设计制造、安装过程中对导叶间隙影响的因素及调整方法。     

活动导叶头部圆半径对水泵水轮机飞逸特性的影响研究

以中国某抽水蓄能电站水泵水轮机模型机为研究对象,通过改进活动导叶头部圆半径r,基于Realizable k-ε湍流模型,分析改进活动导叶头部圆半径r对水泵水轮机飞逸特性的影响,充分发挥水泵水轮机在抽水蓄能中的核心作用。结果表明：减小头部圆半径r至(r-0.313) mm,对机组“S”特性存在较佳的改善效果;飞逸工况下无叶区的高速水环逐渐减弱。流体由活动导叶进入转轮叶片流道的过程中,流体的速度由活动导叶出口附近逐渐增大,受高速水环的影响,在无叶区达到最大,随后速度逐渐减小进入转轮,保持在某个较大速度持续流动;飞逸工况下1～5流道转轮叶片进口端旋涡沿着流道逐渐扁平且向转轮叶片后移扩散。转轮叶片进口端旋涡附近压强变化整体呈下降趋势,在叶片进口端出现峰值,转轮叶片进口端旋涡附近压强大小随旋涡位移以及强度而变化;飞逸工况下尾水管的直锥管段分布着大量涡带,且涡带沿着弯肘段逐渐后移到扩散段。回流主要集中在尾水管扩散段边壁附近,在距离转轮中轴线300～500 mm处,回流逐渐减少。     

水泵水轮机导叶动态水力矩特性分析

采用SST k-ω湍流模型对某高水头水泵水轮机进行全流道三维非定常数值模拟,分别对在水轮机工况和水泵工况运行下的导叶动态力矩特性进行分析。结果表明:在水轮机工况下,随着流量的增大,不同位置处导叶的动态水力矩变化规律一致,力矩值由正值变为负值,力矩脉动频率与转轮叶片数相关,流量越大,叶频影响越显著;在水泵工况下,最高扬程工况时导叶水力矩脉动频率主频为转频且脉动幅值较大,而最低扬程工况下导叶水力矩脉动主频为叶频,力矩脉动幅值较小。     

水轮机活动导叶防护材料抗磨蚀性能研究

为避免水轮机活动导叶因磨损、空蚀而造成过流表面形态发生改变,机组效率下降,采用超声波振动空蚀机、高速加沙射流冲磨仪与圆环冲磨仪对环氧砂浆、复合树脂砂浆和聚氨酯及活动导叶基材45号钢进行空蚀与冲磨试验,基于试验结果,分析了不同材料的抗空蚀、抗冲磨性能,预测了材料在强空蚀作用下的使用寿命,研究了流速、冲角、含砂量等对材料磨损的影响,构建材料的磨损量预测模型。结果表明,材料的抗磨蚀性能为聚氨酯>复合树脂砂浆>环氧砂浆;材料的磨损量随流速的增长与流速呈线性或指数关系;磨损量与含砂量大体上呈线性关系;磨损量在冲角逐渐增大的情况下先达到冲击磨损峰值,随后逐渐下降,不同材料的临界冲角不同。     

基于CFD的导叶进口角对轴流泵水力性能的影响

为研究后置导叶进口安放角对轴流泵水力性能的影响,在常规导叶基础上将导叶分为进口段和出口段两部分,运用数值模拟的方法研究了5种导叶进口安放角对轴流泵泵段水力性能的影响。结果表明,轴流泵在偏离设计工况下运行时,通过调节导叶进口角度可以减小导叶进口冲角,改善导叶体内流态。在后置导叶原设计进口角度的基础上,沿旋转轴顺时针调节适当角度可提高大流量处的泵段效率,逆时针调节适当角度可提高小流量处的泵段效率。不同导叶进口角主要是保证多种工况下水流无撞击进入导叶室,对泵段的其他过流部件水力性能基本无影响。研究成果有助于轴流泵导叶性能的优化设计。     

涡轮导向叶栅内流动的数值研究

为了有效地区分各种损失对涡轮总效率的影响,准确把握涡轮叶栅流场气动性能,对某型涡轮导向叶栅内的气体流动进行了数值模拟。结果表明,对此涡轮导向叶栅的改型设计比较成功。     

水轮机模式液力透平新型空间导叶的优化

多级水轮机模式液力透平级间导叶损失占总损失的30%～40%,为提高透平水力性能,以新型空间级间导叶为例,按水力原动机理论设计新型空间导叶作为一个两级水轮机模式液力透平的级间导叶。采用正交试验法,选取新型空间导叶隔板厚度、外缘直径、正导叶出口角和导叶数四个因素制定了L9（3⁴）正交方案,应用CFD对9种方案进行数值计算,找出了影响液力透平水力特性的主要因素及规律,并获得性能较优的导叶模型。结果显示,影响水轮机模式液力透平效率外特性的主次顺序为导叶外缘直径>隔板厚度>导叶数>正导叶出口角;对可利用水头外特性影响主次顺序为导叶外缘直径>导叶数>隔板厚度>正导叶出口角;以效率为优化目标时,最优组合的效率达到75.91%,比效率最高的方案提高了2.9%。以可利用水头为优化目标时,最优组合的可利用水头达到495.83 m,比水头最高的方案提高了4.36 m。     

低压涡轮导向器气动性能的实验研究

为了考查低压涡轮导向器的气动性能,在低速环形叶栅风洞上对导向器的实验叶栅进行了吹风实验。测量了由栅前至栅后共6个横截面的气动参数分布以及叶片和上、下端壁表面的静压场。实验结果表明,主流区的损失并不太大,主要的损失发生在上、下端壁附近,尤其是上端壁附近的损失非常大。引起叶栅损失的主要根源在于叶栅子午面较大的扩张,进一步降低叶栅的损失应从改进叶栅通道的子午面型线出发。     

涡轮导向叶栅内流场结构的数值研究

为了详细研究涡轮叶栅的气动特性，深入了解涡轮叶栅流道内的气体流动，对某型涡轮导向叶栅内的流场结构进行了数值模拟。结果表明，对本文研究的叶片弯曲方式，叶片的弯曲能够影响通道涡的位置，但采用弯叶片提高叶栅效率主要是通过降低壁角涡的损失。     

水轮机导叶接力器锁锭装置的设计改进

针对天生桥一级水电站水轮机导叶接力器锁锭装置多次发生卡涩、憋劲、撞击现象,严重影响机组的安全运行,在综合分析原因的基础上介绍了对该装置进行全面技术改造的情况。经过运行时间的考验,证实改造后的新锁锭装置在确保机组安全运行中取得了较好的运行效果。     

全向导叶作用下叶片实度对垂直轴风力机气动特性的影响

为研究全向导叶作用下不同实度对垂直轴风力机气动性能的影响,通过改变叶片数及弦长调整实度并分析其对全向导叶垂直轴风力机气动性能的作用。结果表明：全向导叶使垂直轴风力机周围流体提速效果显著,最大风能利用率和力矩系数较原始垂直轴风力机分别提高41.6%和25%;随实度增大时,全向导叶垂直轴风力机最佳尖速比降低;改变弦长时,风能利用率峰值随弦长增大呈现先增后减的趋势,且在小尖速比工况下,高实度全向导叶垂直轴风力机力矩系数较高,最大可达0.192;改变叶片数时,风能利用率峰值随叶片数增多而降低,且大尖速比下的低实度全向导叶垂直轴风力机力矩系数较大,但不同实度的全向导叶垂直轴风力机最大力矩系数相差较小。