活动导叶有限元分析边界条件探讨

本文通过采用不同的力学模型以及边界条件,对活动导叶进行了刚强度对比分析计算。根据分析计算的结果,并结合机组实际运行情况,最终提出比较合理的活动导叶刚强度分析力学模型和边界条件,为今后对活动导叶进行刚强度分析提供依据。     

活动导叶刚强度计算力学模型研究

首次采用包括顶盖、活动导叶、底环及导叶臂,并在导叶臂上施加压紧力这样涉及到大量非线性的力学模型对导叶的刚强度进行分析。以三个电站为计算对象,采用多种力学模型对活动导叶的刚强度进行分析,研究各力学模型所做的简化对计算结果的影响。     

水泵水轮机泵工况停机提前掉电流态分析

在水泵水轮机泵工况停机过程中,当活动导叶开度小于20%最大开度时,导水机构会出现异常振动和噪音。为了避免这种不稳定现象的发生,本文对水泵水轮机泵工况停机过程导叶小开度区流动进行数值模拟,分析了振动产生的水力学根源,验证了停机提前掉电是避免流动不稳定的有效措施。由于本文主要研究对象是活动导叶域的内部流动规律,导叶域的流动具有较强的周期性,故本文采用二维单周期模型进行计算。模拟过程中以电站过渡过程的计算结果作为数值模拟的边界条件,采用RNG k-ε双方程湍流模型进行求解,控制方程使用有限体积法进行离散,停机过程中活动导叶的关闭采用动网格技术实现。计算结果表明,在水泵水轮机停机过程中采用提前掉电,可以有效控制导叶内部流态,增强流动稳定性,明显降低了振动和异音产生的可能性。进一步分析表明,导叶域内部流动稳定性与断电开度大小成正相关,考虑到实际电站运行中的可操作性,本文推荐3° ~ 6°为断电开度。     

水轮机活动导叶水下模态分析

应用结构与流体有限元的流固耦合方法,对大型水轮机活动导叶在不同水体区域边界条件下的水下模态进行了大量对比分析,得到了活动导叶水下模态振型和水下自振频率,并给出了适合活动导叶水下模态分析的水体区域计算模型,为活动导叶水下模态分析和水轮机的稳定性设计提供了理论依据。     

基于ANSYS的水轮机活动导叶参数化建模与有限元分析

活动导叶是水轮机组的重要过流部件,对整个机组的性能和安全具有重要作用,因此,活动导叶刚强度的评估非常重要。通常做法是利用ANSYS软件进行有限元建模分析。由于每次计算均需要重新建模,效率较低,因此本文基于ANSYS软件的APDL语言,利用活动导叶的整体结构、边界条件及载荷条件相对固定的特点,开发出了一个活动导叶快速参数化建模与分析的程序。通过实践证明,该程序可以很好地完成水轮机组活动导叶的建模分析任务,大大提升了计算效率。     

抽水蓄能水轮机活动导叶刚强度性能和动态特性研究

对某抽水蓄能电站机组的活动导叶的刚强度性能和动态特性进行研究,分析活动导叶不同的截面厚度对导叶刚强度性能的影响,以及采取流固耦合的方法计算活动导叶在水中的动态特征.     

混流式水轮机导叶相对位置对其水力性能的影响

含沙水中水轮机的水力性能受多种因素影响,本文采用RNG k-ε湍流模型,对竖轴混流式水轮机三维全流道导水机构内部流动迚行了数值模拟。适当选取若干种导叶开度,通过数值模拟得到了不同导叶开度、固定导叶与活动导叶周向不同相对位置下,导水机构内部流场的压力分布、速度分布以及能量损失。计算结果表明固定导叶与活动导叶的周向位置对水流的流态的影响,活动导叶头部的内侧更容易受到冲击破坏,合理地匹配它们的位置关系可以较大地减少水力损失。确定固定导叶与活动导叶在不同开度下最优匹配角,导叶开度及相对位置对水轮机水力性能联合影响关系。     

活动导叶开度对水泵水轮机泵工况的影响研究

为了解水泵水轮机泵工况活动导叶启闭过程中的性能,参考某抽蓄电站的水泵水轮机建立数值计算模型,对导叶不同开度时的流动特征进行分析。采用SIMPLEC算法和SST k-ω模型详细分析了泵工况不同导叶开启角度下转轮、导叶附近的流场,结合实验数据对各操作工况下的性能进行分析。结果表明,当活动导叶开启角度γ小于18°时,涡的强度大能量损失多,并且出现平面射流,扬程随着γ减小而迅速降低;当γ大于21°时,涡量分布均匀,涡结构产生的能量损失小,同一流量下不同γ的扬程和效率基本保持不变;操作工况下不同γ的扬程均与流量呈线性关系。结论为水泵水轮机的操作工况选择提供依据,也可以指导水泵水轮机的优化设计。     

灯泡式水轮机导叶强度计算

本文应用有限差分法对锥形导水机构的导叶作了强度分析,建立了一整套计算用的力学模型,给出了相应的数学处理方法,为灯泡式水轮机导叶的强度计算提供了理论依据。     

大型混流式水轮发电机组活动导叶漏水量的分析研究

活动导叶漏水量影响到水力能量的利用、机组的正常运行、机组部件的破坏等多个方面,是混流式水轮发电机组的一项重要参数.活动导叶漏水量通常通过真机试验获取,在设计阶段的预测、分析与优化缺乏方法.本研究以结构静力学和CFD有限元分析为主,理论计算为辅,对导叶尾部不同结构形式对立面间隙漏水量的影响和法兰盘间隙对端面漏水量的影响进行分析和预测.结果表明,导叶尾部经过优化可显著减小立面间隙漏水量,法兰间隙的大小和端面漏水量正相关.最终得到减小活动导叶漏水量的优化方法,并能够有效预测机组的总漏水量.     

导叶闭合状态下立面间隙的接触分析

本文基于三维带摩擦的接触分析理论，建立了水轮机导叶在闭紧状态下的力学模型、导叶立面接触力及接触间隙的分析方程、确定了计算方法、开发了专用软件。使水轮机导叶立面的研究水平得到明显提高。     

焊接导叶结构的选择与使用

本文叙述了水轮机活动导叶的焊接结构,简单地介绍了不同结构导叶的优缺点,并通过对国内外所采用的焊接导叶结构的综合分析比较,提出了改进焊接导叶结构和工艺,最后分析比较了几种焊接导叶的工艺特点。     

基于ANSYS的轴流式水轮机空心活动导叶结构优化分析

活动导叶是水轮机的主要部件,对水轮机安全稳定运行具有重要作用。本文为提高轴流式水轮机空心活动导叶的刚度,同时控制其材料用量,采用有限元方法,研究了不同导叶瓣体内部结构对其刚度的影响。结果表明:导叶瓣体钢板厚度、纵向筋板厚度和位置以及内伸轴头长度对导叶刚度影响显著;横向筋板和多个纵向筋板对导叶刚度影响不明显。通过对不同结构重量的对比分析,提出轴流式水轮机空心活动导叶的优化结构,为同类型水轮机活动导叶设计提供参考依据。     

全关闭状态下活动导叶变形分析

本文采用三维接触有限元法分析全关闭状态下活动导叶的受力变形情况。计算结果表明,当活动导叶关闭力矩超过某一限额时,再加大关闭力矩反而会使活动导叶之间的间隙增大。     

用CFD分析导叶轴颈过渡圆弧对空化性能的影响

根据模型试验中活动导叶上出现的空化现象,利用CFD软件分析了导叶与导叶轴颈过渡圆弧对空化性能的影响.在导叶轴颈强度允许的情况下,应该尽量减小其过渡圆弧的尺寸,从而减小导叶的空蚀.     

应用三维导叶的混流式水轮机湍流计算

对两种采用了新型三维导叶的混流式模型水轮机采用RNGk-ε湍流模型进行了全流道数值计算,得到了其能量性能,计算结果与模型试验结果基本一致。对水轮机内部流场进行了详细分析,讨论了通流部件的内部流动情况。通过与二维导叶的结果对比,分析了新型三维导叶对水轮机内部流动的影响。结果显示,三维导叶对于减少吸力面叶道涡有明显效果,对水轮机的内部流动情况有很大的改善。     

基于自适应遗传算法的水轮机导叶关闭规律优化计算

首先建立水轮机导叶关闭规律优化计算的数学模型,然后将自适应遗传算法和水电站过渡过程数值计算特征线法相结合,建立一种用于求解该模型的全局优化方法.该自适应遗传算法采用实数编码,并根据个体适应变不同对交叉概率和变异概率进行自适应调整,使群体中的优良个体不易被破坏,同时又保证了种群个体的多样性,从而提高了算法的优化效率.工程实例计算表明,应用自适应遗传算法优化水轮机导叶关闭规律是可行、高效的.     

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。     

前置导叶离心泵的损失建模及试验

基于水力机械基本方程,建立了前置导叶离心泵的损失计算模型,将前置导叶离心泵的损失分为叶轮损失、前置导叶损失和蜗壳损失三部分。完成了不同工况、不同预旋角度下装有前置导叶的XA150/32型离心泵外特性试验。运用本文提出的损失模型预测了前置导叶离心泵的扬程和效率特性,将计算结果与试验数据进行了比较,结果表明,该模型的预测结果准确可靠且适用范围广,为实际工程中离心泵的优化设计提供了一种快速实用的性能预测方法。     

轴流式水轮机转轮体有限元分析

本文通过两种力学分析模型,对轴流式转轮体进行刚强度分析,结果表明:由于采用不同的力学模型,其计算结果相差较大.最终给出了轴流式转轮体有限元分析的力学模型.