涡带工况下混流式水轮机转轮动应力特性分析

近年来,国内一些大型混流式转轮出现了不同程度的裂纹问题,对机组安全运行构成了威胁。研究表明,水力激励引起的混流式水轮机转轮叶片动应力是引起叶片疲劳破坏的主要原因之一。文中首先对高水头小负荷的涡带工况下混流式水轮机内流场进行非定常CFD计算,得到涡带工况下叶片表面不同时刻的水压力载荷,并利用流固耦合方法对转轮进行结构场瞬态特性计算,分析转轮叶片的动应力特性。结果表明由于水压力脉动引起的转轮叶片上的振动交变动应力是混流式水轮机疲劳破坏的主要原因之一。计算结果可为其它水轮机转轮的动应力特性分析和疲劳分析提供参考。     

水轮机转轮叶片裂纹分析及处理

水轮机转轮的叶片出现裂纹会严重威胁水电厂的安全经济运行，通过对水轮机转轮叶片进行有限元计算分析，得出应力过于集中通常是叶片裂纹产生的主要原因，此外，叶片也存在设计、制造、运行方面的问题，为此，介绍了水轮机转轮叶片裂纹金属无损探伤的常用处理方法和一般工艺。     

水轮机转轮叶片力学分析研究

水轮机转轮叶片受力复杂,常发生疲劳裂纹,影响机组输出效率,甚至产生部件破坏而影响运行安全。为此,本文采用单向流固耦合方法计算水轮机转轮叶片所受应力,分别构建静力学和动力学模型,采用静力学分析和模态分析识别水轮机转轮叶片应力状态及变形情况。分析结果表明:水轮机转轮叶片的长、短叶片共振区域多位于出水边中部,其最大变形量分别处于[2.628 3,4.705 8] mm和[1.622 6, 4.038 3] mm范围内,这些区域在水轮机叶片的裂纹检修、维护保养和设计改进时需要重点关注。     

1000MW水轮机模型转轮叶片应力场测试技术研究

本文研究的主要内容是使用最佳的信号处理系统、数据采集系统、遥感数据发射和接收系统、感应供电系统以及数据处理系统,监测水轮机模型转轮叶片表面应力场变化。模型试验在不同单位转速、导叶开口、试验水头等工况条件下进行,得到了模型转轮叶片应力随着测点位置、导叶开度、试验水头的变化规律。一方面可以在数据趋势上验证理论分析正确性;另一方面可以对叶片表面应力有定量的认识。基于水轮机模型转轮叶片应力场的试验结果,可以建立研究叶片裂纹产生原理和边界条件的理论模型,进而对叶片裂纹产生的理论模型和计算机仿真结果进行修正和验证,为1000MW水轮机稳定性设计提供理论依据和试验依据。     

混流式水轮机不锈钢转轮叶片应力有限元分析

针对混流式水轮机组不锈钢转轮叶片反复开裂的严重问题,通过ANSYS有限元模拟分析转轮叶片制造过程中产生的焊接残余应力和额定工况运行时叶片的应力分布.仿真计算结果表明,出水边焊缝附近是应力的峰值区域,残余应力和工作应力的综合作用是导致叶片产生疲劳裂纹的根本原因,计算结果为设计、制造阶段焊接残余应力和运行阶段转轮应力测试提...     

水轮机转轮裂纹的原因及预防措施

笔者结合近年来水轮机转轮叶片发生的裂纹事件,分别阐述了混流式水轮机、轴流式水轮机、冲击式水轮机和贯流式水轮机的转轮叶片发生裂纹的主要原因,尤其对混流式水轮机转轮产生裂纹的原因从水力方面、设计方面、铸造缺陷、制造工艺、运行工况及共振等多因素综合作用进行了探讨,并通过实例分析,提出了裂纹处理和预防措施。     

迪什林水电站转轮动应力测试及裂纹原因分析

开展水轮机转轮动应力现场测试是叶片裂纹原因分析的重要手段之一。由于轴流转桨式水轮机转轮结构复杂,开展转轮叶片动应力现场测试的难度也相对较大。本文针对Tishrin水电站轴流转桨式水轮机转轮叶片裂纹问题,对其2号机进行了全面的转轮动应力和机组稳定性试验研究,介绍了Tishrin水电站轴流转桨式水轮机转轮动应力现场试验的试验方法及有关试验结果,对转轮叶片产生裂纹的原因进行了分析探讨。本文是国内外首次成功开展大型轴流转桨式水轮机转轮叶片动应力测试,具有一定的科研和应用价值。     

大朝山水电站水轮机转轮制造和质量分析

大朝山水电站1号水轮机转轮72h试运行后检查发现叶片产生30余条裂纹,经技术分析和采取措施,消除了由于叶片卡门涡频率与叶片固有频率耦合的共振,同时对叶片制造缺陷进行了检查处理.本文对1号转轮叶片裂纹的处理作了简要分析,介绍了大朝山水电站水轮机转轮制造过程和质量情况,从转轮材质、缺陷处理工艺、NDT检查标准和方式、焊接应力水平等加工质量方面对转轮进行了分析.     

基于CFD分析的轴流式转轮叶片刚强度分析

本文采用雷诺时均的N-S方程和k-ε紊流模型,采用有限体积法和非结构化网格,对转轮区域内的流体运动进行数值模拟,获取叶片表面的受力信息,得到反映真实情况的叶片表面应力分布;将此应力分布加载至刚强度分析的叶片模型表面,采用有限元方法应力计算,实现了轴流式水轮机转轮叶片的刚强度分析。结果表明,在三个计算工况点中,算例中叶片的应力和变形最大值出现在最大水头额定出力工况。     

混流式水轮机转轮非设计工况特性分析

本文利用计算流体力学(CFD)手段,对一个混流式水轮机模型转轮叶片在非设计工况下的特性进行了分析.在三维湍流数值模拟计算的基础上,研究了叶片上不同部位随着工况不同而产生特性参数的变化情况,考察了不同来流角度和叶片进口角度、叶片几何形状之间的关系对其性能的影响.计算结果和试验结果的对比,说明了CFD计算过程和结果是比较准确可靠的,从而可以深入分析变工况下流动参数和叶片几何形状之间的耦合关系及其对转轮特性的影响.     

贯流式机组桨叶与导叶全三维联合设计

为了充分反映水流经过导叶后的流态对桨叶入流的影响,本文建立了灯泡贯流式机组桨叶和导叶的全三维联合反问题计算模型。在包括桨叶和导叶的计算域中,求解联立的控制方程,同时设计得到了导叶和桨叶的空间叶型。采用联合设计和单独设计模型分别设计了一低水头贯流式机组的桨叶和导叶,并在设计工况下对其进行了全流道湍流数值模拟。性能预估结果表明,与单独设计相比,联合设计的桨叶进口边附近压力分布得到改善,导叶和桨叶段的联合损失减小,转轮效率提高。     

水轮机在高水头低负荷工况下振动问题的研究

水轮机在高水头小负荷下运动时,容易出现不稳定流动而引起过流部 压力脉动和应力脉动,这是转轮叶片裂纹和空蚀的根源,本文结合实际电站情况研究了水轮机在高水小负荷运行的特性并提出了切实可行的解决方案。     

三峡水轮机的非定常湍流计算及整机压力脉动分析

本文对三峡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、转轮前、活动导叶前、固定导叶前和蜗壳进口的压力脉动。通过与模型试验结果进行比较可以看出，本文提供的计算结果能够准确预测水轮机内的压力脉动。分析结果表明，尾水管内涡带及转轮与活动导叶间的动静干扰是产生压力脉动的两个主要脉动源，并在整个水轮机流道内传播。     

贯流混流式水轮机水力设计研究

本文介绍了一种称之为贯流混流式水轮机的新机型,并就其性能与混流式水轮机进行了详细的比较。论及了导叶及转轮的水力设计及其比较试验,阐述了这种机型的优秀特点。     

不同支墩的蜗壳对水轮机流场特性及性能的影响

通过对轴流转桨式水轮机四种不同支墩的蜗壳数值模拟,研究结果表明：从水轮机转轮室进口来流的均匀特性来看,蜗壳支墩的个数和形式对水轮机的水力要素和性能影响较大;叶道间的流量沿导叶高度方向自顶盖至底环逐渐增大,支墩和蜗壳的形式对鼻端附近固定导叶和蜗形进口附近的活动导叶叶道间的流量具有一定的影响。支墩尾部自底环至顶盖扭向蜗型的部分能够将水流很好的引向蜗形部分,使水流在圆周方向上的分布更加均匀,有利于提高水轮机的整机效率和机组运行稳定性。     

多泥沙电站高水头低出力水轮机水力设计策略

在多泥沙河流运行的水轮机,经常受到严重的泥沙磨损危害,机组的检修周期及运行寿命普遍较低。特别是对于高水头低出力要求的水轮机,机组磨损情况往往更为严重。为提高机组的抗磨损性能,水力设计阶段需专门考虑降低流道流速进而提高抗磨损性能的方法。本文以木扎提河三级水电站小水轮机的设计为例,综合考虑易磨损部位的相对流速及机组水力性能,确定了适用于高水头小流量多泥沙电站的水轮机水力设计策略。研究表明常规降低转速的方法对转轮及导叶出口流速、密封间隙内流动均有显著影响,转速降低的程度应通过流场对比分析合理确定。在高水头电站导叶尾部磨损更为严重,通过采取增大分度圆、优化导叶翼型及相对位置等可有效降低导叶后相对流速。采用长短叶片转轮,可大大降低转轮内部流速,提高在高含沙条件下机组的抗磨损性能,提升水轮机的运行稳定性及安全使用寿命。本文的研究可为多泥沙电站的水轮机设计策略提供有效参考。     

改善水轮机转轮空化的新方法

本介绍了一种改善水电站水轮机转轮空化的新方法。其技术路线是转轮翼型测绘－空化区翼型优化－转轮修型。实践证明该方法具有良好的效果，特别大，中型水轮机。     

锦屏二级电站模型水轮机水力优化设计

本文根据锦屏二级电站水轮机水力性能参数要求,采用CFD优化分析手段,对模型水轮机的蜗壳、固定导叶、活动导叶、转轮、尾水管进行了全面的水力性能优化.模型试验结果表明,哈电为锦屏二级电站开发的水轮机具有优秀的水力性能,模型最高效率94.6%,空化性能和稳定性都达到了预期目标.     

三板溪水电站模型水轮机优化设计

效率、空化和稳定性是水轮机的三个重要指标,本文通过三板溪电站模型研发,通过CFD分析,对模型水轮机的蜗壳、固定导叶、活动导叶、转轮、尾水管进行了全面的优化设计。通过模型试验验证,三板溪电站水轮机水力性能得到了全面的提升,模型最高效率达到了95.2%,空化性能和稳定性都达到了预期目标,CFD分析结果与模型试验结果基本吻合。