开孔式泄水锥对混流式水轮机尾水涡带影响的研究

本文从模型测试和非定常流动分析两方面研究了开孔式泄水锥对混流式水轮机尾水涡带的影响,通过对比水力效率、涡带型式、压力脉动频谱分析,表明泄水锥开孔对于涡带强度具有一定抑制作用,并能在一定程度上降低压力脉动的能量,达到提高机组稳定性的目的。     

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。     

混流式水轮机功率异常波动成因分析

石门坎水电站混流式水轮机组在部分负荷下运行时,机组有功功率波动过大导致该电站无法并网发电。采用SST湍流模型对该电站水轮机在偏工况下的三维不稳定流动进行了仿真计算,重点分析了尾水内部压力脉动特性,研究发现:尾水管空腔涡带振动频率与发电机自振频率发生共振是引起机组有功功率摆动过大的主要原因。     

混流式水轮机压力脉动预测

通过混流式模型水轮机全流道的三维非定常紊流计算，预测了引水部件和尾水管的压力脉动。计算以N－S方程为基础，基于贴体坐标和交错网格划分，对控制方程进行变换和离散，采用SIMPLEC算法求解，应用了RNG的k-ε湍流模型。     

混流式水轮机转轮区叶道涡压力脉动数值研究

混流式水轮机在偏离最优工况区运行时,不但在尾水管中有明显的旋转涡带,在转轮区也会有涡束沿着叶片流出,我们称之为叶道涡.随着大型混流式水轮机的广泛应用,叶道涡有可能对机组的稳定运行产生影响.本文利用数值模拟技术对某混流式模型水轮机转轮内压力脉动进行研究.研究表明:转轮区的压力脉动主要是由叶道涡诱发的,叶道涡的频率基本等于转动频率.     

混流式水轮机压力脉动与振动稳定性研究进展

混流式水轮机水力振动是影响水电站安全稳定运行的关键问题之一,研究混流式水轮机不稳定流诱发的压力脉动和振动问题,对于提高机组和水电站的运行稳定性有着十分重要的意义.本文着重介绍了水轮机压力脉动与水力稳定性模型试验、水轮机压力脉动与振动数值模拟以及水轮机转轮动应力与叶片裂纹研究方面的最新成果.在总结、分析现有研究成果的基础上,提出了混流式水轮机压力脉动和振动稳定性领域需要进一步研究的问题.     

基于全流道非定常流动计算的轴流式水轮机尾水管压力脉动分析

以轴流式水轮机全流道三维非定常湍流数值模拟为基础,对轴流式水轮机尾水管内的非定常流场进行了分析,研究了尾水管内涡带的形态,对尾水管压力脉动的幅值和频率特点进行了分析.结果表明,大流量工况时,在尾水管内形成了一个与转轮旋转方向相反低压涡带,引发了低频压力脉动,这种低频压力脉动是水轮机中压力脉动的主要脉动源之一.     

大水头变幅工况下混流式水轮机尾水管水压力脉动分析

该文分析了在水头变幅较大的工况下混流式水轮机尾水管压力脉动与转轮出口环量及单位参数之间的关系。以三峡水电站水轮机运行工况为模拟条件进行了混流式水轮机尾水管压力脉动试验研究。研究结果表明 ,适当选定混流式水轮机额定参数对减轻尾水管水压力脉动是十分有效的。图 4表 2参 7     

原型水轮机的非定常湍流计算和尾水管压力脉动分析

本文对三陕原型混流式水轮机进行了三维非定常湍流计算,得到了水轮机的非定常流场,预测了尾水管内的压力脉动。通过与模型试验结果进行比较可以看出,本计算能够比较准确地预测尾水管内的压力脉动。本文还根据计算结果分析了尾水管内非定常涡带产生和传播的原理。     

泄水锥形式对混流式水轮机压力脉动的影响分析

本文采用Transition SST湍流模型对模型混流式水轮机三维全流道非定常湍流进行模拟。在实验验证的基础上,针对五个导叶开度工况,分析了原型泄水锥、加长型泄水锥、加长加槽型泄水锥和圆头型泄水锥对水轮机压力脉动的影响,分析结果表明：三种改型泄水锥均能改变尾水涡带的形态,使得特殊压力脉动带变窄;泄水锥改型对水力效率、尾水管压力脉动的影响与导叶开度有关,圆头型泄水锥对减小压力脉动振幅的综合效果最好;泄水锥改型只对由尾水涡带引起的低频压力脉动有效,对动静干扰引起的叶片频率压力脉动影响不明显。     

水轮机内部涡流与尾水管压力脉动相关性分析

本文对三峡水轮机模型机组进行了全流道非定常湍流数值模拟,选择了2个活动导叶开度工况,分别计算不同流量下水轮机尾水管内的旋涡流动。计算结果能够明显显示尾水管涡带的形成和发展,及尾水管内各个记录面上的压力脉动和相应的旋涡转动周期有密切的关系;同时,还表示了旋涡沿流动方向的产生、发展和消失的过程,及其对于压力脉动的形成的影响作用。通过分析发现,形成涡带的旋涡运动是从上冠附近进入到尾水管的,类似于绕流体的脱体涡,说明对于上冠附近流场的研究有助于进一步探讨涡带运动形成机理和减小压力脉动措施。     

高比速混流式水轮机的水力稳定性问题

混流式水轮机的水力稳定性与机组运行工况密切相关。当水轮机在远离设计工况(最高效率点)运行时，会产生脱流和涡带，引起机组甚至相邻混凝土构件振动，并可能产生疲劳破坏。近年来，随着单机容量和水轮机尺寸的增大，有些电站因水头变幅大、负荷调节范围宽、水轮机性能不完全适应电站运行条件、制造质量存在问题和补气不利，水轮机出现不同程度的水力振动，导致转轮叶片裂纹，尾水管壁撕裂，有的甚至引起厂房或相邻水工建筑物发生共振，危及电站安全运行。本文对混流式(特别是高比速混流式)水轮机的水力稳定性问题进行了初步分析和讨论。     

湍流模型对水轮机压力脉动数值预测的比较

分别采用大涡模拟模型、标准k-ε模型和Realizablek-ε模型,对模型水轮机全流道内的三维非定常湍流进行了数值模拟,对导水机构及尾水管内的湍流压力脉动进行分析,并与试验结果比较。分析结果表明:大涡模拟方法对湍流脉动的大尺度分量进行直接模拟,对强旋流有很好的适应性,能够较准确预测水轮机的压力脉动;Realizablek-ε模型考虑了流体微团转动的影响,可定性分析水轮机全流道的压力脉动特征;标准k-ε模型忽略了流体微团转动的影响,对水轮机压力脉动的模拟结果误差较大。     

尾水调压室位置对尾水管最小压力值的影响

尾水调压室位置是影响尾水管最小压力值的主要因素之一。本文通过理论分析、数值计算和工程实例,证明尾水调压室越过其临界位置向厂房方向移动,尾水管最小压力值变化不大、并略有恶化。该结果有利于地下厂房和尾水调压室的布置,缓解了洞室围岩稳定和过渡过程之间的矛盾。究其物理本质,在机组特性、导叶关闭规律确定的前提下,尾水管最小压力主要取决于尾水管延长段的水击压力、阻抗损失和调压室涌浪水位三者的叠加。由于尾水道总长度不变,移动尾水调压室位置,三者所起的作用相互消长,所以必然存在着有利于尾水管最小压力值的调压室临界位置。     

水轮机转轮泄水锥形状对机组内部流动影响分析

本文对三峡原型混流式水轮机进行了改型设计,采用延长泄水锥的方法作为降低尾水管振动的措施。通过对改型的整体机组进行三维湍流非定常计算,得到了水轮机的非定常流场,预测了转轮出口尾水管内部的压力脉动。通过与改型前整机的三维非定常湍流计算结果进行比较可以看出,改型后的机组尾水管振动幅值降低,涡带强度有所下降,达到了水轮机减振的目的。