泄水孔、泄水锥与轴向水推力

1 前言 混流式水轮机,上冠上经过上止漏环间隙漏过来的水,过去一般设计是在上冠上开孔(泄水孔)通向泄水锥,再排入尾水,以达到排水减压减少轴向水推力减少推力轴承负荷的目的。随着水电站建设事业的发展,高水头混流式水轮机的出现;大型水轮机的设计制造运行。出现泄水孔不泄水减压,反而增压;泄水锥内由于结构的原因,也有增压的作用。本文将介绍几个电站出现的情况和处理办法。     

水轮机泄水锥脱落后水下运输安装恢复技术

水轮机泄水锥是水轮机重要过流部件,一般使用螺栓连接在上冠下方,在机组运行中用以引导由叶片出来的水流顺利地变成轴向,避免水流互相撞击和旋转造成的水力损失,从而保证水轮机的效率和运行稳定性。安康水电厂水轮机泄水锥运行中脱落造成水轮机稳定性变差,导致尾水管内产生低频涡带,引起机组振摆增大。在没有进行A级检修起吊转轮的情况下,结合安康电厂实际情况,采用泄水锥整体制造后,设计吊装工具和导送座等专用设备,由尾水管水下运输后安装就位,是一种新的思路和方法,经过一系列周密方案组织和工艺措施,达到了修复的目的。     

卧式水轮机大轴窜水的原因及防止

1 小型卧式水轮机大轴窜水的原因 水轮机大轴窜水现象在小型水电站中经常发生,由此引起的大轴盘根磨损,水导轴承及推力轴承烧瓦,甚至报废等事故屡见不鲜。通过长期的运行观察,分析及研究,笔者认为水轮机大轴窜水主要是运行中转轮上冠与前盖板腔体内的水压力增大造成的。由于运行中转轮以高速旋转,此时其泄水锥上     

甘金桥电站水轮发电机组运行事故分析及处理

通过现场认真检查 ,明确了甘金桥水电站 1号机组水轮机顶盖制造缺陷是止漏装置“发卡”的主要原因 ,经设备制造厂进行了顶盖更换处理后得以解决。文章还对该电站水轮机初期运行出现的尾水管压力脉动与水导处摆度值超标等问题进行了阐述。运用尾水管压力脉动产生机理的分析 ,指出该水轮机系因泄水锥与上冠联接处的不对称台阶 ,是加剧水轮机叶片出口螺旋涡带偏心的主要原因。通过技术处理 ,消除泄水锥联接处的不对称台阶后 ,机组稳定运行     

偏工况下混流式水轮机压力脉动数值仿真及其改善措施研究

某电站混流式水轮机组在部分负荷时机组出力大幅摆动,真机试验结果显示尾水管涡带频率与发电机低频振荡频率接近,二者产生共振导致功率波动。本文采用CFD方法对该电站混流式水轮机进行了三维非定常数值模拟,对包括电站现用泄水锥、加长型泄水锥、在尾水管内安装阻尼栅、在尾水管内安装导流板等4种方案下水轮机内部非定常流动进行了仿真,对比分析了各种方案对尾水管内涡带形状和压力脉动的影响。计算结果表明:加长泄水锥能降低压力脉动的幅值,但不能改变压力脉动频率;相比于阻尼栅,在尾水管中安装导流板能更有效地改变尾水管水压力脉动的主频并减小压力脉动的幅值,且对水轮机效率的影响较小。     

试论渔子溪一级水轮机泄水锥脱落及防止措施

渔子溪一级水电站水轮机型号为HL100—LJ—210,实际引用水头为280～315米。其转轮泄水锥先后五次在运行中脱落,各次脱落的情况见表1。 从表1看出,几次泄水锥脱落造成的发电产值直接损失多达近400万元,而且撞坏转轮留有后患,损失不小。国内已有14个水电站发生过泄水锥脱落的事件,这就使问题具有一定的普遍性。为了探讨问题的解决办法,本文除汇集情况供研究参考外,还针对渔一级泄水锥的损坏、流态与受力等方面进行简略分析,提出改进的一些初步设想。     

混流式水轮机尾水管压力脉动试验分析

压力脉动产生于机组运行过程的非定常流场,是引起水轮机组振动及不稳定运行的主要水力振动源之一。其中,尾水管的螺旋状涡带是引起水力振动的最主要因素。本文通过对混流式水轮机模型试验,研究了混流式水轮机尾水管内压力脉动与空化系数、泄水锥形状及补气量的相互关系。     

沙沱电站机组振动多优化方向研究

沙沱水电站投产后,存在振动区宽,稳定运行区偏窄的问题,需要进行拓宽稳定运行区的探索,本研究以沙沱电站水轮机为研究对象,结合沙沱电站的CFD数值模拟计算结果得到的振动特性,从强迫补气、泄水锥改造、尾水稳流装置三个方向进行了数值仿真,通过对比分析得出了这三种方式对水轮机振动改善情况的不同效果。     

梨树园子水电站混流式水轮机尾水管 优化设计研究

混流式水轮机内部流态复杂多变,通过结构优化设计保证内部流态平稳对机组的安全运行极为重要。文章以梨树园子水电站混流式水轮机为例,利用数值模拟的方法提出了加长泄水锥、主轴中心孔补水以及安装导流板相结合的优化设计方案,该方案可以在保证机组出力的情况下,显著改善尾水管流态,建议在工程设计中使用。     

国外解决尾水管中不稳定流的几种办法

水轮机尾水管中存在不稳定流,形成压力脉动,引起机组振动,是混流式水轮机和轴流定桨式水轮机运行中的突出问题。国内外都在寻求解决压力脉动的方法。一般都用向尾水管补气或设置导流栅、阻水栅等措施,但R.H.西克却提出改进尾水管和转轮泄水锥的设计也能消除压力脉动,提高机组运行的平稳性和效率,并在许多机组上取得了令人满意的结果。     

Analyzing hydro abrasive erosion in Kaplan turbine:A case study from India

Sediment flow through hydro turbine causes erosion of hydraulic components resulting in drop of turbine efficiency, particularly in hydropower plants of the Himalayan region. The measurement of erosion and monitoring of sediment flow in turbine are major concerns in erosion study. Attempts have been made to study erosion mainly in Pelton and Francis turbines. In this study, a simple and effective method has been presented to measure erosion in a Kaplan turbine of a run-of-river scheme Chilla hydropower plant in foothills of Himalaya. Recent techniques were used to measure sediment parameters like concentration, size, shape and mineral content. A standard erosion model is applied to estimate the erosion in Kaplan turbine blade, runner chamber and draft tube cone. A calibration factor has been proposed to apply the erosion model for site specific conditions. It has been found that the outer trailing edges of the turbine blade and upper runner chamber are most erosion prone zones. Sediment analysis revealed that effective operation can reduce erosion in turbine components. The estimated erosion values from model are found to be consistent with measured values. Finally, suggestions for design improvements and effective operation of erosion affected hydropower plants are given.     

混流式水轮机上冠空腔结构内部流场及单向流固耦合分析

为研究上冠空腔结构对混流式水轮机水力性能与结构特性的影响,建立了不含上冠空腔结构（No UpperCrown Cavity Structure,NUCCS）和含上冠空腔结构（Upper Crown Cavity Structure,UCCS）的两种混流式水轮机全流道几何模型,基于SST湍流模型、顺序耦合法、预应力模态分析,对NUCCS与UCCS的两种混流式水轮机展开数值模拟和单向瞬态流固耦合计算,发现泄水锥处上冠空腔结构可减少转轮内部二次流动损失。在0.8Q_d、Q_d和1.2Q_d的3种流量工况点,分别对混流式水轮机展开瞬态流固耦合计算,对比研究转轮结构的应力应变特性。研究发现含UCCS时,转轮等效应力和变形量均有减小。在小流量0.8Q_d工况点,转轮结构等效应力及应变较小,其最大变形点位于下环附近。在设计流量Q_d和大流量1.2Q_d工况点,转轮等效应力及应变较大,其最大变形点位于上冠附近。在NUCCS与UCCS的转轮进行预应力模态分析时,发现上冠空腔结构对转轮的模态影响很小。本文研究内容可为提升混流式水轮机设计水平提供一定参考依据。     

四川关州水电站水轮机结构设计

关州水电站为高水头、大容量的混流式水轮机机组,水轮机设计技术参数、结构件强度要求高。对水轮机转轮、转轮摩擦传递扭矩方式、转轮止漏装置、导叶传动机构、主轴下法兰对转轮补气结构、顶盖和蜗壳座环的优化设计和蜗壳水压试验工具的设计。     

岩滩水电站水轮机转轮分析对比

广西岩滩水电站一期工程装有4台混流式水轮发电机组,总装机容量1 210 MW,水轮机模型为A286a,1995年全部建成发电;2003年将3号水轮机改造为A773a模型转轮,之后陆续将另外3台机组水轮机全部更换为A773b模型转轮。于2010年10月动工的二期扩建工程装机2×300 MW,水轮机模型为A964,二期首台机组于2013年11月25日投入商业运行。文章对岩滩水电站不同的水轮机转轮进行分析对比,探讨水电站设计时影响水轮机转轮选择的重要因素。     

混流式水轮机转轮流道数据库系统的设计及应用研究

阐述了混流式水轮机转轮流道数据库应用软件的研制及实现过程。在研制过程中，应用规范化理论、模式分析方法和实体－联系方法对混流式水轮机转轮流道几何形状尺寸进行分析，得出混流式水轮机转轮流道数据库的概念模式，并从中抽出典型的基本数据结构。根据基本数据结构的特点和数据存取要求，建立了混流式水轮机转轮流道的数据库应用软件，该软件可在混流式水轮机转轮优化设计过程中根据实际要求作出转轮流道图，为混流式水轮机转轮的优化设计作了有益的尝试。     

长短叶片转轮对低比速混流式机组的性能改善研究

基于计算流体动力学分析理论,对含有常规转轮和长短叶片转轮的混流式水轮机开展全流道数值分析,研究高水头下低比转速混流式水轮机转轮在不同工况下的流动现象,探明转轮加装短叶片对混流式水轮机内部流动状态的影响。在最优工况下,通过对比计算所得的两种转轮内部的流速和压力分布发现:加装短叶片以后转轮叶片吸力面进口附近的涡流得到明显抑制,长叶片的压力负荷得到减弱;增加短叶片后,转轮出口环量减小较为明显,对尾水管流态改善、转轮及机组的能量特性提高有重要作用。研究结果表明,在相同的单位参数下,相比常规叶片转轮,长短叶片转轮改善了转轮进口的入流条件,从而提升了机组的运行稳定性和能量特性,可作为高水头转轮设计的主要方向。     

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。     

灯泡贯流式机组转轮室180°旋转吊装新工艺

2011年11月东坪水电厂机组检修时发现3号机组转轮室里衬空蚀严重,为彻底消除空蚀隐患,决定采取更换转轮室的方式进行处理。受工期和检修费用的约束,转轮室更换只有采取不拆卸转轮,而将新、旧转轮室下半部旋转180°的吊装新工艺和新方法,并在该厂3号机组转轮室改造更换工作中成功实施。灯泡贯流式机组下部转轮室180°旋转吊装新工艺属五凌公司在灯泡贯流式机组不拆卸转轮前提下的首创,为国内灯泡贯流式机组更换转轮室提供了新的技术参考。     

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。     

岩滩水电站水轮机转轮现场装配综述

转轮是水轮机组核心部件之一,称为水轮机的中枢。转轮的装配好与坏直接影响产品的质量,关系到水轮机组的效率和使用寿命。文章以岩滩水电站机组的转轮为例,介绍转轮在现场装配方法,这对转轮在现场装配具有参考意义。