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。     

中小型水电站水轮机转轮改型设计的必要性和可行性

中小型水电站技术改造是水电事业发展的重要组成部分 ,本文通过对我国中小型水电站发展现状的论述 ,分析了在中小型水电站技术改造中水轮机转轮改型设计的必要性和可行性 ,并介绍了当前水轮机转轮设计、测试和制造方面的新技术。     

混流式水轮机进动过程中上冠间隙内流场特性分析

通过模型试验与数值模拟相结合的方法研究了混流式水轮机进动过程中上冠间隙内的流场特性.模型试验中通过改变径向间隙入口处的预旋速度,分析了预旋速度对间隙内部定常压力的影响,测定了在不同进动速率比条件下间隙内的非定常脉动压力分布.采用Fortran语言编译实现了基于整体流动模型的数值模拟分析,通过对试验和数值模拟得到的定常和非定常压力结果的比较,获得了整体流动模型能定性模拟转轮进动过程中上冠间隙内的流场特性,通过分析不同进动速率比下非定常压力幅值和幅角分布曲线,提出了自激幅角的概念,并检验分析了预旋速度对非定常压力和非定常速度分布的影响.研究结果可为解决实际工程中水轮机组由间隙密封内不均匀流场产生的流体力矩所导致的自激振动提供理论依据和技术支持.     

下环间隙对混流式水轮机转轮进口的影响

为分析混流式水轮机下环间隙对水轮机稳定性的影响,通过对含下环间隙的凤滩电站原型水轮机进行三维全流道数值计算,分析了下环间隙对水轮机转轮进口压力机速度的影响,得出了不同密封间隙值下间隙内部压力的变化规律。为水轮机组在设计和运行时避免振动提供了一定的参考依据。     

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。     

低比速水轮机转轮副叶片对水力性能的影响

基于Numeca的数值模拟功能,以N-S方程为控制方程,采用Sparlart-Allmaras湍流模型和结构化网格,分别对混流式水轮机有无副叶片情况下长短叶片、活动导叶、固定导叶等过流部件的流场进行三维数值模拟,并利用Numeca自带的后处理模块CFView对比分析了两次模拟结果的速度矢量分布、压力矢量分布和流场状况。结果表明,副叶片可使流场的速度矢量、压力矢量分布更加均衡、过流能力更好、水力效率更高。     

抽蓄机组双向推力轴承镜板泵孔布置与几何参数对性能的影响

为分析高转速抽水蓄能机组双向推力轴承镜板泵流体动力设计过程中泵孔的布置型式及几何参数对其性能的影响,设计三种布置形式的镜板泵孔,采用基于多工况的数值模拟进行仿真计算,预测并分析三种泵孔布置形式下镜板泵的性能参数。结果表明,镜板孔的进口角度对孔内流态影响明显,合适的流体进口冲角对减小流体在进口处的冲击及维持内流场流态的稳定具有重要意义;对于双向旋转推力轴承,镜板泵折孔设计在轴向能保证机组在正反转运行时性能稳定。研究成果可为高转速抽蓄机组镜板泵孔设计选型提供参考。     

顶盖减压管径和导叶转角对混流式水轮机轴向水推力的影响

轴向水推力过大是引起混流式水轮机推力轴瓦烧损的主要原因之一。针对某过流泥沙含量较大的水轮机,建立其主流道、上冠流道、下环流道的CFD仿真模型,在ANSYS FLUNET中采用MIXTURE多相流模型和RNGκ-ε两方程模型对各流道含沙水湍流流场进行稳态求解,分析了顶盖减压管径和活动导叶转角对水轮机轴向水推力的影响。结果表明,轴向水推力随泥沙含量增大近似线性增大,随顶盖减压管径的增大或导叶转角的减小而减小,且不同泥沙含量下的减小量接近。     

水轮机阻抗对长有压输水系统水力振动特性的影响

为了解水轮机不同运行工况点的水力特性对水力-机械系统自由振动分析的影响,结合长输水系统水电站,基于两种不同的水轮机选型方案,考虑同一水轮机在不同运行工况点以及不同水轮机在相近工况点的系统自由振动分析,揭示了水轮机阻抗特性对系统振动特性的影响。分析结果表明,自由振动分析的角频率反映了系统的固有频率特性,不同运行工况下水轮机阻抗的变化对角频率的影响较小;不同的水轮机特性及运行工况点对系统振动稳定性存在不同程度的影响,在一些工况点水轮机阻抗可能为负值,自由振动分析中会出现衰减因子为正的自振频率,系统不稳定;不同水轮机相近工况点的系统振动特性基本一致。     

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...     

铺设滤料对无砂混凝土板过流能力的影响

为分析铺设滤料对无砂混凝土板过流能力的影响,通过模型试验和理论分析相结合的方法,研究不同铺设粒径、不同铺设厚度下的无砂混凝土板过流能力。结果表明,无砂混凝土板的过流能力受到铺设滤料粒径和厚度的影响,粒径越小、铺设厚度越大,其过流能力越差;但不论粒径和厚度如何变化,随着工作水头的不断增大,铺设有不同粒径和不同厚度滤料的无砂混凝土板的过流能力均呈逐渐增大的趋势;同时还发现流体在滤料和无砂混凝土板所组成的孔隙介质中流动时为紊流状态。运用量纲分析法确定了无砂混凝土板的过流流量公式,可为无砂混凝土板的工程实际应用提供理论依据和指导。     

有压管道中孔板相对间距对局部阻力系数的影响及其机理研究

为探明局部构件对局部水头损失的影响,采用标准κ-ε紊流模型,就有压直管道中单个孔板局部阻力系数随雷诺数(Re)的变化规律及孔板相对间距(Ls/d)对总局部阻力系数的影响进行了试验研究和数值模拟。结果表明,数值模拟结果与试验结果吻合,即单个孔板局部阻力系数随Re增大而增大直至趋于定值;当Ls/d≤9时,总局部阻力系数小于单个孔板局部阻力系数之和,相对间距越小,两孔板间的影响越明显,总局部阻力系数越小;当Ls/d9时,可以认为两孔板间已无相互影响,总局部阻力系数等于单个孔板局部阻力系数之和。为进一步分析其影响机理,模拟了不同孔板间距下的管道流场,从流场角度初步揭示了孔板间距对总局部阻力系数的影响机理。