HL240型水轮机叶片出水边切削对增容的影响

本文在奇点分布法计算叶片周围流场的前提下,利用CFD软件对混流式叶片切割后的水力性能进行了计算,得出该简便方法对HL240-WJ50型水轮机出力的最优量和该措施对流场的影响:当切削叶片切割量为9.4mm时该转轮出力增加5.7%,同时气蚀性能无明显恶化。将改进后的水轮机叶片应用到小电站的增容改造中,取切割量为叶片上冠边和下环边平均值的5%,切削后测试转轮功率由232kW提高到了253kW,出力达到电站要求。可见切削叶片出水边能以较小的经济代价得到较好的改造目标,适合小型水电站转轮改型的实施。     

青山四级电站增容改造分析

青山四级电站是径流式水电站，水头变化大，水轮机运行工况差、效率低。电站改造目标是在不改变电站原有流道的前提下，通过更换转轮，使机组单机出力由500 kW增加到630 kW。采用传统方法对其进行技改，确定3台定桨式转轮和2台调桨式转轮的技改方案，在定桨式水轮机改造不理想的情况下，通过调整调桨式水轮机的转轮叶片安放角度，找到了定桨式水轮机最佳的叶片安放角；并按此叶片安放角来生产技改转轮，取得了电站增容改造的成功。图3幅，表1个。     

转轮叶片割边对水轮机水力性能的影响及切割工艺

对旧转轮割边修型是一种投资少、见效快的水轮机增容方式,适用于设计制造较早、参数标准较低、有增容潜力的水轮机.本文分析了丰满电站7#水轮机转轮的增容改造,阐述了转轮叶片切割出水边对水轮机水力性能的影响,同时介绍了转轮叶片切割工艺,实际运行后,增容效果明显.     

栏杆水电站小型轴伸贯流式水轮机增容改造设计

新疆栏杆水电站由于当时水轮机设计、制造技术落后,转轮效率低,过流能力差,总的能量指标偏低,自上世纪90年代建厂以来,发电机原设计满负荷出力500 kW只能达到480 kW;另外电站所在地河流泥沙含量多,过流部件容易磨损,效率不断下降至使发电机出力逐年下降,至改造前出力仅达到300 kW;其中导叶、转轮等核心部件需经常维修、更换,进一步造成电站经济效益差。根据以上电站实际情况和电站方的要求,舜飞公司从2010年12月开始对栏杆电站2台水轮机整机进行了增容改造设计,于2011年9月水轮机整机改造完成并发电运行,发电机单机满负荷出力增容到了560 kW。     

龙颈水电厂下库电站水轮机增容技术改造研究

应用水轮机转轮水力设计理论,采用二元计算方法,针对龙颈电厂下库电站存在的问题,对原能量指标较差的HL263转轮进行改造,提高了下库电站机组的出力和效率,并提高了水轮机的抗气蚀性能。     

铜街子水电站12号机增容改造水轮机水力开发

根据铜街子水电站12号水轮机组增容改造要求,在仅更换转轮的情况下,水轮机出力由154 MW增容到178.57 MW。本文详细介绍了在水轮机转轮水力开发过程中的参数选择,以及在转轮设计过程中针对铜街子电站水轮机具体水力参数所采取的方法和措施,对部分水轮机全流道数值计算结果和模型试验结果进行了简单分析。电站实际运行情况表明,铜街子电站水轮机的综合水力性能得到较大幅度的提升。     

东风水电站的增容改造

导致东风电站机组出力不足的主要原因是采用的水轮机工作效率偏低,测算表明,在现有水力条件下水轮机最高工作效率低于80％,运行工况偏离最优工况。通过对机组进行更换转轮改造,机组出力大幅增加,两台机组最大出力分别增加100kW和170kW,获得了较好的经济效益。表1个。     

混流式水轮机改造前后转轮内固液两相流数值分析

为了探究混流式水轮机改造前后转轮泥沙磨损情况,采用固液两相流模型对某电站改造前后的混流式水轮机进行全流道数值模拟,分析不同工况下转轮叶片表面泥沙分布,转轮叶片表面固液两相速度差,以及水轮机效率。结果表明:小流量工况下泥沙磨损最严重;水轮机改造后,叶片表面泥沙体积分数下降,固液两相速度差减少,泥沙磨损减弱,水轮机效率较改造前提升了5.5%。该研究可为水轮机改造提供一定的参考。     

红山嘴三级电站2号机的增容改造

新疆红山嘴电厂充分利用三级电站的水力资源,抓住更新水轮机转轮和发电机定子线圈的机会,对2号机组进行增容改造,使机组出力由8750kW增加到10500kW。改造中应用了多种新技术,并解决了上导轴承甩油难题。2号机增容改造的成功为该厂其他电站的机组改造增容提供了依据和经验。     

黄丰电站HL123水轮机的增容改造

根据水轮机基本方程式及叶片出水边速度三角形,推导了切割出水边增加转轮出力的理论依据,指出叶片加权平均开口的计算应按积分法进行。结合转轮实测与实践经验,确定了叶片出水边切割量,使黄丰水电站HL123转轮增容14％。图3幅。     

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。     

混流式水轮机转轮双向流固耦合力学特性研究

为了解运行过程中的水轮机叶片应力、应变和流场的分布状况及规律,以某高比转速混流式水轮机为例,采用双向流固耦合算法,对其转轮叶片的应力应变情况和内部流动特性进行了研究和计算分析。研究结果表明,在高转速小流量的工况下,叶片的最大变形出现在出水边的下部,出水边中部也出现了比较大的变形,叶片的进水边、出水边与上冠及出水边与下环的相连接处出现了集中应力;在其他工况下,叶片的最大变形出现在出水边的中部,集中应力出现在叶片出水边与上冠的相连接处。该水轮机在正常运行的情况下,转轮叶片的变形很小,对内部流场的影响不大。因此,如果只是对水轮机进行水力性能方面的分析,则没有必要进行双向流固耦合计算。     

基于转轮换型的水轮机增容改造及数值模拟

从青海铁吾电站HL160-WJ-84水轮机运行中的实际问题出发,在明确了水轮机改造的方向和目标后,对新旧型谱系列模型转轮的性能进行了对比分析。基于对比结果,初选出了D06A转轮用于技术改造试验。对改造前后的水轮机全流道进行三维湍流数值计算,给出了水轮机改造前后的水动力学特性差异。同时,对改造前后的水轮机蜗壳、转轮叶片的流态分布状况进行了分析比较,对改造后的水轮机整体水力性能进行预估。分析认为,对于小型卧式HL160机组而言,更换转轮后还需对上冠泄水孔实施改造,以防止对流场造成扰动,降低机组的效率。     

上墅阮水电站的技术改造

针对上墅阮水电站水轮发电机组设备老化、效率低、输出功率不足等问题,经分析评价确定电站技术改造方案为更换水轮机转轮和发电机线圈,并考虑汛期弃水适当增加机组容量.通过技改,1#机组水轮机效率提高约10%,机组容量从160kW提高到200kW;2#机组水轮机效率提高约2%,机组容量从90kW提高到100kW.电站改造后运行效果良好,1#水轮发电机组输出功率可达到210kW,2#水轮发电机组输出功率可达到115kW,发电量比改造前增加了20%.     

混流式水轮机叶片强度计算及其应力特性改善

近年来，国内外一系列大型混流式水轮发电机组频繁发生转轮叶片的疲劳裂纹问题，对电站机组的安全稳定运行构成了严重威胁。本文以一混流式水轮机为研究对象，通过混流式水轮机全流道CFD计算及基于顺序流固耦合的转轮结构应力场计算，分析该转轮产生疲劳裂纹的原因；其次通过在叶片出水边和上冠连接处加应力释放三角块来降低叶片最大有效应力值和改善叶片应力分布。结果表明应力释放三角块可以明显降低叶片最大有效应力和改善叶片应力分布。本文计算结果可为其它水轮机转轮的转轮疲劳裂纹分析及应力特性改善提供参考。     

中小型轴流式水轮机易磨蚀部件的修复与抗磨蚀措施

轴流式水轮机在含沙水流中运行时，常遭到泥沙磨损和磨蚀破坏。通过对新庄、枣渠绥德、且末４个水电站的磨蚀破坏部件的修复、转轮叶片测型与修型、叶片头部割圆角、叶片外缘加裙边、头部加导流板等抗磨蚀措施的综合治理，取得较好效果，使机组出力增加、抗磨蚀能力提高。     

新型H型叶片潮流能水轮机不同翼型水动力性能分析

为了探究垂直轴潮流能水轮机转轮叶片翼型对其水动力性能的影响,在保持水轮机密实度相同的条件下,采用Fluent软件对4种不同翼型的H型直叶片潮流能水轮机进行了三维流场非定长数值模拟。通过4种H型叶片翼型对转轮动力扭矩特性和水能利用系数的影响,分析了潮流能水轮机水动力性能。结果表明,NACA0015翼型的水轮机单叶片动力扭矩最大值明显高于其他3种翼型;而整体转轮扭矩最大值取决于其不同的来流速度等运行工况。从整体上看,不对称翼型NACA4415的水轮机水能利用效率优于其他3种翼型。本研究为新型潮流水轮机的设计和翼型的选择应用提供了依据。     

混流式水轮机飞逸过程瞬态流动与能量耗散研究

水轮机经历飞逸过程时,其内部将出现流动分离、涡漩及高振幅压力脉动等瞬态水力特性。为明确其在飞逸过程的不稳定流动特性,本文以某典型水头段混流式模型水轮机为研究对象,对其由额定转速过渡至飞逸转速的瞬态流动过程开展研究,数值计算获得的飞逸单位转速及流量与试验测试结果吻合较好。结果表明:飞逸过程中,转轮进口处水流在大冲角作用下形成较强的流动分离,诱发转轮叶片通道产生大尺度的涡漩结构,且随转速升高,涡漩体积逐渐增大,对主流形成强烈扰动。过流部件内均捕捉到低频、宽频特征的高振幅压力脉动,频率范围在0.5倍叶频以下,且对应的转轮域压力幅值最高。进一步,本文基于能量平衡方程分析水轮机能量耗散特性,发现各过流部件能量耗散主要发生在转速上升的初始阶段,且转轮和尾水管内的能量耗散之和超过耗散总量的90%。此外,湍动能生成项和雷诺应力做功项远大于黏性耗散项和黏性力做功项,表明不稳定飞逸过程中的能量输运和耗散主要由湍流主导。转轮内的主要能量耗散位置与涡漩结构位置对应,表明转轮内流动分离诱导的复杂涡漩结构是引起能量耗散的根源,为进一步揭示水轮机飞逸过程的能量耗散机制研究指明了方向。     

某大型水电站异常振动和出力不足问题研究

以我国自主研发的600 MW级混流式水轮发电机组投运后的运行状态为例展开研究分析。针对该大型水电站高负荷区出现的异常振动和最大出力不达标的严重问题,从问题的产生机理分析和故障诊断入手,先对引起异常振动的原因展开分析,然后通过对现场稳定性和出力测试结果进行评估,提出了对机组实施改进的方案,即沿着水轮发电机组转轮叶片的出水边进行切割修型,并同时对泄水锥进行改进,再结合数值和同步模型试验的模拟结果进行比较分析,成功地解决了该水电站的高负荷区域异常振动和出力不足问题,并由此提炼出一套较为完整的针对这一类型问题的分析和处理通用方法。