水泵水轮机开机过程水力特性研究

抽水蓄能电站水泵水轮机组在开机过程中产生剧烈的压力波动,转轮内复杂流动和压力脉动是引起固定部件强烈振动的主要原因之一。因此,需要对水泵水轮机开机过程的物理机理进行深入研究。本文同时建立了厦门抽水蓄能电站管路系统的一维特征线水力模型及水泵水轮机组过水流道的三维流场计算模型,开展了机组发电开机过程一维三维耦合的数值计算,重点分析了机组开机过程瞬时流动特点,以及转轮径向力和轴向力变化与外特性的内在关联性。研究发现,机组开机至空载状态时,由于导叶开度小、转速上升快,在无叶区形成了速率很高的水环,同时转轮流道内充斥着大量复杂的漩涡结构,导致了流量与转矩的突降。导叶动作、转速对径向力、轴向力的变化规律有直接的影响,开机过程中转轮径向力的变化趋势与活动导叶动作过程基本一致。轴向力的变化趋势与机组转速变化基本一致,转速和轴向水推力数值总体上为逐渐增大的趋势。本文研究结论为抽水蓄能机组和高水头混流式水轮机的开机过程物理机理和规律提供了有价值的参考。     

三峡电站左岸6号机组轴向水推力真机试验研究

水力机组的轴向水推力研究对电站的稳定性、可靠性以及推力轴承的合理设计具有重要意义.本文基于三峡水电站左岸6号机组的水推力真机试验,论述了变负荷运行条件下水轮机轴向水推力的变化规律,并对计算预测结果与试验结果进行了比较和探讨.     

PROFIBUS现场总线技术在高水头水力试验Ⅱ台中的应用

<正>高水头水力机械试验II台是一座高参数、高精度的水力机械通用试验装置,装有高度自动化电气设备和先进的计算机数据采集和处理系统,可进行各种比转速的反击式水轮机、水泵和水泵一水轮机等模型试验研究．项目包括能量、空化、飞逸、压力脉动、力特性、四象限及模型转轮叶片应力测量等各项试验研究工作,并可利用成像系统进行流态观测。试验台由电气控制系统和测试系统两部分构成,其中电气控制系统的稳定性直接形响水力性能试验的研究。     

立轴式水轮发电机组推力支撑方式的选择

由转动部件重量和水轮机轴向水推力组成的水轮发电机组轴向推力负荷需通过推力支撑结构向周围混凝土基础传递,推力支撑结构对于机组的安全稳定运行具有至关重要的作用。通过对推力轴承置于下机架上和推力轴承支架放在顶盖或支持盖上的两种支撑方式进行受力分析和轴向刚度的综合对比,从降低轴向力、减小基础受力、缩短轴系以及优化设计的角度出发,系统阐述了更加适合中低水头段混流式或轴流式水轮发电机组的推力支撑方式以及由此产生的经济效益。     

水泵水轮机无叶区内部流场及压力脉动分析

对于高水头混流式水泵水轮机而言,其运行过程中的机组不稳定性主要源于机械内部的水力振动,而无叶区压力脉动作为其水力振动的主要原因,在一定情况下会引起机械的疲劳失效.本文通过数值模拟与模型试验相结合的方法对水泵水轮机模型在水轮机运行工况下无叶区内部流场和压力脉动进行了研究,通过数值模拟对无叶区内部流场不稳定性和活动导叶与转...     

旋转圆盘涡动过程中的流体力矩试验

本试验模拟了混流式水轮机转轮上冠在不均匀径向间隙情况下产生涡动时所受的流体力矩.通过模型实验和数值模拟研究了混流式水轮机涡动过程中作用在其上冠的转动流体力矩的基本特性.模型实验中水轮机转轮用一个圆盘来模拟,其上冠与外壳之间形成一个很小的轴向间隙.用圆盘圆周和外壳之间的径向间隙来模拟实际水轮机中的密封.内向流由外部水泵供...     

泵段、水泵模型测试段与泵段效率修正

根据低扬程大型泵站泵装置出水流道的水力设计要求,修正了＂泵段＂的定义,计算了水泵模型测试段中进出水管道的水力损失,并对＂泵段＂效率进行了修正;根据修正后的＂泵段＂效率对南水北调东线工程3个泵站设计工况的＂泵段效率＂、流道效率和泵装置效率之间的关系进行了验证性计算。研究结果表明：＂泵段＂宜定义为由水泵叶轮和导叶体这两个最基本的过流部件组成;南水北调工程水泵模型同台测试提供的水泵模型综合特性曲线表达的是水泵模型测试段的水力性能,其中包含了测试段中进水管道和出水管道的水力损失;大型泵站泵装置中的＂泵段＂性能应在水泵模型测试段水力性能的基础上考虑进出水管道水力损失进行修正;由水泵模型测试段性能修正得到的＂泵段＂扬程和效率均较水泵模型测试段高,设计流量时的扬程修正值约为0.15m左右;效率修正值与水泵模型测试段扬程有关,水泵模型测试段扬程愈低,修正值愈大,其幅度约为（1～4）%。流道效率根据流道水力损失及泵装置扬程计算得到,根据流道效率和修正后的＂泵段＂效率对设计工况的泵装置效率进行预测,其结果与泵装置模型试验得到的结果相比小于1%。     

轴流式叶片的改进升力法设计与研究

针对我国轴流泵以及轴流式水轮机效率普遍偏低的情况,考虑到轴流叶片外缘、轮毂处的边界层及间隙流的影响,在轴流式叶片设计的传统升力法模型中引入修正系数A(R,6)进行改进,得到了改进升力法设计模型,并同时应用传统升力法和改进升力法对一轴流式水泵和水轮机叶片进行了对比设计,并利用NUMECA 软件进行流动模拟,分别得到转轮(叶轮)叶片表面及轮毂、轮缘处的速度-压力分布以及各工况的效率计算结果,证明了改进升力法较传统升力法好,改进效果显著,有效地提高了轴流式水力机械的效率,改善了轴流式水力机械内部流动的速-压分布.为轴流式叶片的设计提供了一种新的计算模型.     

溪洛渡水电站福伊特水轮机模型及验收试验

为了检验溪洛渡水电站福伊特水轮机模型的水力特性,进行了水轮机模型验收试验,包括效率试验、出力试验、空化试验、压力脉动试验、飞逸试验、轴向水推力试验、导叶水力矩试验、筒阀下拉力试验、蜗壳差压试验、尺寸检查等试验内容。试验结果表明溪洛渡电站福伊特水轮机模型具有良好的重复性,模型水轮机的各项水力性能指标均满足合同要求,模型的几何型线和流道尺寸可用于原型机的生产制造。     

混流式水泵水轮机三维湍流数值分析

采用重整化群k-ε湍流模型对混流式水泵水轮机整体三维流动进行了雷诺平均N-S方程的数值计算.分析了水泵工况和水轮机工况水泵水轮机整个通道内的水流流动情况,对水泵工况计算结果进行了详细分析,并与模型试验结果进行了对比.     

我国第一座高水头水力试验台

高水头水力试验台能以足够大的模型尺寸来试验研究各种比速的反击式水轮机、水泵-水轮机和水泵的能量、汽蚀和其它特性,其试验水头要高到允许在模型试验结果的基础上足以正确预测真机的各种性能。哈尔滨大电机研究所高水头水力试验台是在原大汽蚀台的基础上扩建成的,主要扩建项目有:     

抽水蓄能电站过水系统建模及过渡过程计算分析

通过对某抽水蓄能电站过水系统进行二端口网络建模，运用B样条拟合方法对水泵水轮机转轮拟合，搭建过水系统及机组水力模型，并将新模型的计算结果与真机试验数据进行比对分析，验证了此模型及方法的有效性，为抽水蓄能电站过渡过程研究提供了一种新的方法。     

含导叶不同步装置的水泵水轮机全特性的内特性解析

利用叶片式水力机械内特性解析理论,建立了含导叶不同步装置的水泵水轮机的水轮机区和反水泵区的全特性曲线的数学表达式,得出了求解这两种工况下当量开度的方法。结合水泵水轮机生产厂家所提供的原始模型全特性曲线,对水轮机飞逸工况特征点和水轮机零流量工况特征点给出经验计算公式。含导叶不同步装置机组的理论全特性曲线与实测全特性曲线的对比验证了该理论的工程实用性。     

非同步导叶预开启开度对水泵水轮机启动过程影响

为研究非同步导叶(MGV)的预开启开度对于水泵水轮机"S"特性的影响,选取有明显"S"特性的抽蓄电站建立水泵水轮机模型机组水力模型。为了给选择预开启导叶开度提供依据以及了解其对"S"特性的影响,采用湍流模型对水泵水轮机非同步导叶"S"特性区进行模拟,使用三维、不可压缩流体来模拟内流场和外特性。基于SIMPLEC算法来修正计算流场,使用二阶迎风格式对方程组进行离散求解。结合试验数据进行对比验证。通过内流场和外特性分析发现:采用MGV可以有效地阻止水泵水轮机进入水轮机制动工况;随着预开启导叶开度的增大,流动不均匀性更加明显,转轮与活动导叶之间的水环逐渐消失;预开启导叶开度的增加可以削弱尾水管中的尾水涡带。以上研究成果可以为提高水泵水轮机启动过程的稳定性提供依据。     

水轮机顶盖的可靠性设计计算

顶盖是水轮机中起支撑与过流双重作用的重要部件,其刚、强度及其可靠性在一定程度上影响、甚至确定整台机组运行的安全、稳定性.但在其刚、强度设计中,目前因为大多数水力机组制造厂家仍沿用传统的安全系数法,而该方法没有把机械可靠性的理念引入到设计中,忽略了顶盖工作过程中许多不确定的因素,不能准确反映该部件工作中的可靠程度和寿命,因而,已不能满足科技发展的要求.针对水轮机顶盖的机械可靠性问题,分别运用传统机械设计方法和机械可靠性设计方法进行了计算,给出了两种计算结果的比较分析.实例计算结果表明,采用机械可靠性设计方法所得的结果更准确,更接近于水轮机的实际工作状况,保证其可靠度和寿命.     

哈尔滨大电机研究所的高水头水力试验台

详细介绍了大电机研究所高水头水轮机试验台的主要结构、数据采集和处理系统及各参数的率定。该试验台的误差不超过±0.3%。该水力试验台可用来研究各种比转速的反击式水轮机、水泵和水泵水轮机模型。     

大型立式蜗壳混流泵装置非定常湍流特性分析

采用RNG k-ε湍流模型封闭三维N-S方程,并在转动部件与静止部件间采用瞬态冻结转子技术(TRS)建立交界面,基于ANSYS CFX对大型立式蜗壳混流泵装置内湍流场进行非定常数值计算。通过非定常数值计算,获得了蜗壳压水室内部的非定常流动及漩涡情况,通过设置若干监测点分析了各过流部件内压力场的脉动幅值和频率,获得了作用于叶轮的径向力特性,并将定常计算、非定常计算预测的泵装置性能数据与试验结果进行了对比分析。结果表明:设计工况时泵装置内的脉动幅值及叶轮所受径向力相比大流量与小流量工况时均较小,各工况时进水流道出口断面的脉动主频为叶频,进水流道"ω"后壁对称测点的脉动情况基本相同,非定常计算预测的泵装置性能相比定常计算预测结果更接近于模型试验结果,但两者差异性较小。     

抽水蓄能电站水泵水轮机效率计算方法

介绍了抽水蓄能电站在电网中的作用并阐述了机组效率计算的重要意义。针对水泵水轮机复杂运行过程中的能量损失情况,提出了一种基于最小二乘法曲面拟合抽水蓄能电站水泵水轮机效率的计算方法,建立了水泵水轮机效率拟合模型,得到拟合结果。拟合结果对比分析证明拟合精度较高。具体的计算实例说明利用最小二乘法曲面拟合原理能够方便地计算得到抽水蓄能电站在发电工况和抽水工况下的水泵水轮机效率。     

东方电机水泵水轮机水力开发的技术进步

本文主要从水泵水轮机水力设计技术、水泵水轮机模型装置设计技术和水泵水轮机模型试验技术等几个方面介绍了东方电机在抽水蓄能电站水泵水轮机水力研究开发上的技术进步。     

可逆式水轮机的数值模拟与性能分析

本文基于Navier-Stokes方程和设计的k-ε湍流模型,采用贴体坐标和交错网格系统,采用SIMPLEC算法对一高水头可逆式水轮机进行了全流道三维湍流数值模拟.详细分析了可逆式水轮机在设计工况以及非设计工况下的双向运转过程中,转轮内部,转轮和导叶交接处和尾水管中的流场,同时讨论了部件的能量性能.并结合相关知识对此进行了初步的分析.计算结果揭示了水泵水轮机转轮内部流动规律及部分原因.预测了此水泵水轮机的水力性能.