导叶开度对水泵水轮机泵工况导叶区流场影响的试验研究

针对活动导叶开度对水泵水轮机泵工况导叶区流场和模型性能的影响,在高精度模型通用试验台上对一低比转速模型水泵水轮机导叶区的流场运用粒子图像测速(PIV)系统进行了测量。测量结果显示,同一开度下随着流量减小,无叶区内的流速出现增大的趋势;同一流量随着开度的减小,导叶前流速明显增大,模型效率下降。模型试验在转轮无空化条件下进行,但在8 mm开度83%最优流量工况,由于流速高、冲角大,造成位于高压侧的导叶头部发生了明显的绕流空化现象,并引起了固定导叶流道宽频带的压力脉动。研究成果可为水泵水轮机的优化设计和安全稳定运行提供试验依据。     

无活动导水叶水轮机在水电站的应用

本文论述国内外水电站工程实例,证明水轮机不设置常规的活动导水叶和调速器,用蜗壳进口阀、弧形闸门、平板闸门或尾水闸门控制水轮发电机组,不仅可以在中小型水电站采用,在百万千瓦以上的大中型水电站也可采用。有条件地应用无活动导叶水轮机,可以简化设备,降低成本、减轻运行与维修工作量,效益显著。国外多座水电站采用无活动导水叶水轮机,并有数十年的运行实践,值得国内借鉴。 目前应用的无活动导水叶水轮机多为贯流式和多级混流式水泵水轮机两种机型。法国应用无活动导水叶水轮机最多。我国于70年代末在京密引渠梯级电站,曾对轴流定桨式水轮机做过无活动导叶及取消活动导水叶运行试验,并取得一些经验。     

声发射技术在水轮机活动导叶裂纹监测中的应用

声发射技术目前已应用于多种行业,但在水轮机活动导叶实时监测中仍是首次。根据声发射技术的原理及应用特点,以瀑布沟电站为例,将声发射传感器安装在6号机组活动导叶的顶部端面位置,通过声发射电缆连接到声发射采集主机上,再由控制电缆连接到安装有采集分析软件的工控机上,接通电源,声发射检测装置开始运行,就实时检测水轮机导叶的运行情况,一旦发现水轮机导叶出现裂纹即刻发出报警,为防范事故、及时检修提供了可靠的依据。     

水泵水轮机内部流态特性及预应力模态分析

为研究抽水蓄能电站中水泵水轮机在不同水头下水轮机工况的稳定性,应用ANSYS Workbench平台进行了全流道数值模拟,研究了水泵水轮机的压力脉动机理并开展预应力模态分析,将模拟结果与试验结果对比,验证其可靠性。计算结果表明：额定水头下水泵水轮机流态较好,水流涡带现象与水压力脉动关联紧密,各部件监测点采集到的压力脉动呈现出一定的周期性;压力脉动的主频多为转频及其倍频,转轮与活动导叶间的动静干涉是无叶区压力脉动的主要来源;预应力下转轮的固有频率与各部件水力激振频率相差较大,因此发生共振的可能性较小。研究结果对水泵水轮机振动诱因分析及提高运行稳定性具有参考价值。     

水泵水轮机在水轮机工况下导叶水力矩试验研究

为分析水泵水轮机在水轮机工况下导叶水力矩大小及其变化规律,针对国内某抽水蓄能电站的水泵水轮机模型,基于电测应力分析方法,对活动导叶轴进行特殊加工处理,分别进行水轮机工况下同步导叶和非同步导叶的水力矩试验。对试验结果分析得出:在不使用非同步导叶时,随着导叶开度的增大所有被测导叶的导叶水力矩因数变化保持一致,并且水力矩的方向从导叶关闭方向逐渐转向导叶开启方向;设置10~#导叶为非同步导叶后,在非同步导叶开度与同步导叶开度值相差小于16.4%时,被测导叶的水力矩因数趋于均匀分布,差值大于16.4%时随着开度值的增大水力矩急剧增大,并且不同导叶的水力矩因数差别较大。     

高水头多泥沙电站水轮机导叶的泥沙磨损研究

高水头多泥沙电站水轮机活动导叶是泥沙磨损最为严重的部件。采用k-ε固液两相湍流模型和Sample算法,对水轮机全流道的流动进行数值模拟,并采集电站前池沙样,对水轮机导叶进行了泥沙磨损试验。计算结果表明,活动导叶上泥沙浓度最大位置在5%～10%弦长处,最大泥沙速度出现在20%弦长附近。试验结果表明,泥沙磨损较严重处为活动导叶头部,磨损最严重处在20%弦长附近,泥沙速度对活动导叶磨损影响很大。     

运行工况对多沙河流水轮机导叶区磨损影响研究

多沙河流上具有调峰功能的水轮发电机组运行工况转换非常频繁,水轮机经常偏离最优工况运行,导致活动导叶磨损破坏严重。为揭示运行工况对水轮机活动导叶区域固液两相流动规律的影响,建立了黄河某多沙电站原型水轮机全流道三维水体模型,采用欧拉-欧拉两相流模型和RNG k-ε湍流模型对水轮机不同出力工况进行了固液两相流数值模拟计算,对不同运行工况下导叶区域的压力、流速、含沙量等进行了分析。结果表明：含沙水流会使导叶区域最小压力减小,从而增加空化发生机率;出力工况对导叶区固液两相流动影响较大,随着水轮机出力减小,导叶区最大流速反而增大,活动导叶迎水面与背水面的速度差也逐渐增大,小出力工况下,座环靠近鼻端位置高泥沙浓度区域扩散变大,活动导叶表面泥沙浓度由顶端至底部逐渐增加,活动导叶头部位置泥沙浓度最高。研究结果能够为预测多沙河流水轮机活动导叶易磨损位置和研究抗磨蚀对策提供技术支撑。     

轴伸贯流式水轮机水力模型系列研究

通过对轴伸贯流式水轮机模型的系列研究，包括对轴伸贯流式水轮机模型的流道型线、活动导叶和转轮等的设计以及模型试验，开发了适用于最高水头为6，12，20m三个水头段的包括导叶桨叶双调式和导叶固定桨叶可调式的轴伸贯流式水轮机的各种水力模型．试验研究成果基本覆盖了轴伸贯流式水轮机的使用范围，性能指标达到国内领先水平，为我国轴伸机组的选型提供了充足的技术保障．     

水轮机活动导叶立面软密封形式的应用

水轮机活动导叶立面软密封形式广泛应用于中、低水头机组,过去多采用圆形橡皮条的结构,此结构密封条制造及安装工艺简单,但容易脱落,导致立面密封失效。根据国内水电站运行和检修经验,对导叶立面密封失效原因进行了分析,阐述了各类型软密封的结构和特点,为水电站活动导叶立面软密封应用及改造提供依据。     

水轮机导叶含端面间隙的水动力学研究

本文基于N－S方程和标准κ-ε紊流模型，采用贴体坐标和结构化网格，用SIMPLE算法，对带有间隙导叶叶栅进行三维不可压定常粘性流动数值模拟。详细研究比较了导叶有无间隙两种情况下的水轮机导叶水动力学特性，揭示了水轮机导叶端面间隙流动的运动规律以及间隙流动对主流的影响，计算结果与实验吻合，从而为导叶及上下端面的磨蚀以及水轮机的水力稳定性提供理论依据。