美国AppleGate电站水轮机活动导叶三维建模设计

针对美国AppleGate电站水轮机导水机构的设计,对活动导叶进行三维建模。根据导叶型线的相关参数绘制出了翼型断面,再导入CATIA软件,利用其自由曲面造型功能,构建了活动导叶三维实体模型。最后,再通过调整开度和进口角,建立了导叶在最大开度以及全封闭等工况下的三维实体模型,为后续重量计算、结构强度、叶片的力学特性计算提供基础。     

基于水轮机导叶转角推求导叶开度圆直径的方法

鉴于反击式水轮机活动导叶开度大多采用导叶转角描述,而在水电工程初步设计阶段开展的相关设计计算工作中,仍采用导叶开度圆直径描述现状,以活动导叶数为24只的圆柱式导水机构为基础,提出了水轮机导叶转角与导叶开度圆直径之间的转换公式。同时,通过对一系列典型导叶布置图的分析,结合数值分析方法,对公式中的修正系数给出了明确的解析表达式,并验证了表达式的可靠性。     

官地电站水轮机导叶漏水量试验研究

鉴于导叶漏水量是评定中高水头大型水轮机制造、安装和检修质量的重要指标之一,结合官地电站实际情况,利用计算机数据采集系统,分别采用斜井法和通气孔法对官地电站#2水轮机机组导叶漏水量进行测试。两种方法测试结果均表明,官地电站#2水轮机机组导叶漏水量满足国家标准要求。     

水轮机活动导叶防护材料抗磨蚀性能研究

为避免水轮机活动导叶因磨损、空蚀而造成过流表面形态发生改变,机组效率下降,采用超声波振动空蚀机、高速加沙射流冲磨仪与圆环冲磨仪对环氧砂浆、复合树脂砂浆和聚氨酯及活动导叶基材45号钢进行空蚀与冲磨试验,基于试验结果,分析了不同材料的抗空蚀、抗冲磨性能,预测了材料在强空蚀作用下的使用寿命,研究了流速、冲角、含砂量等对材料磨损的影响,构建材料的磨损量预测模型。结果表明,材料的抗磨蚀性能为聚氨酯>复合树脂砂浆>环氧砂浆;材料的磨损量随流速的增长与流速呈线性或指数关系;磨损量与含砂量大体上呈线性关系;磨损量在冲角逐渐增大的情况下先达到冲击磨损峰值,随后逐渐下降,不同材料的临界冲角不同。     

含沙水流中水轮机导叶的CAD

在本文中.根据奇点分布法和前人分析实验得到的含沙水流中固体颗粒的受力分析结果,利用“相对阻塞”和“相对抽吸”的观点,对含沙水流中水轮机导对进行了设计.并与传统方法设计的导叶进行模型试验比较,表明本文提出的导叶的水力效率高且耐磨蚀.图6参8     

活动导叶头部圆半径对水泵水轮机飞逸特性的影响研究

以中国某抽水蓄能电站水泵水轮机模型机为研究对象,通过改进活动导叶头部圆半径r,基于Realizable k-ε湍流模型,分析改进活动导叶头部圆半径r对水泵水轮机飞逸特性的影响,充分发挥水泵水轮机在抽水蓄能中的核心作用。结果表明：减小头部圆半径r至(r-0.313) mm,对机组“S”特性存在较佳的改善效果;飞逸工况下无叶区的高速水环逐渐减弱。流体由活动导叶进入转轮叶片流道的过程中,流体的速度由活动导叶出口附近逐渐增大,受高速水环的影响,在无叶区达到最大,随后速度逐渐减小进入转轮,保持在某个较大速度持续流动;飞逸工况下1～5流道转轮叶片进口端旋涡沿着流道逐渐扁平且向转轮叶片后移扩散。转轮叶片进口端旋涡附近压强变化整体呈下降趋势,在叶片进口端出现峰值,转轮叶片进口端旋涡附近压强大小随旋涡位移以及强度而变化;飞逸工况下尾水管的直锥管段分布着大量涡带,且涡带沿着弯肘段逐渐后移到扩散段。回流主要集中在尾水管扩散段边壁附近,在距离转轮中轴线300～500 mm处,回流逐渐减少。     

基于CATIA的土耳其Bagistas电站水轮机尾水管三维造型方法的研究

对土耳其Bagistas电站的水轮机中重要过流部件-尾水管进行了三维模型设计。结合尾水管二维平面流线图的相关参数,基于CATIA软件的三维造型功能,分别采用自由曲面整体造型、分段造型这两种不同的方法建立了尾水管肘管段的三维实体模型。通过比较2种方法所生成的模型,得出了分段造型所构建的模型更加光滑精准、适应性更强的结论。提出的方法,建立精度更高的尾水管三维实体模型,为后期流动性能的预测、刚强度计算分析以及产品生产下料提供条件。     

水轮机导叶关闭过程的探讨研究

为了充分揭示水轮机导叶不同关闭过程对水轮机甩负荷过渡过程的影响,选择导叶两段关闭规律,针对第一段关闭时间、第二段关闭时间和导叶位置拐点开度,探讨这3个关键参数对机组转速变化和蜗壳水压力变化的影响,对工程实例进行计算分析,得出了导叶两段关闭过程的规律并进行了优化。合理的水轮机导叶两段关闭过程可以有效的解决机组甩负荷时转速升高和蜗壳水压上升这一矛盾,从而更有利于提高水电站运行的稳定性和安全性。     

水泵水轮机导叶动态水力矩特性分析

采用SST k-ω湍流模型对某高水头水泵水轮机进行全流道三维非定常数值模拟,分别对在水轮机工况和水泵工况运行下的导叶动态力矩特性进行分析。结果表明:在水轮机工况下,随着流量的增大,不同位置处导叶的动态水力矩变化规律一致,力矩值由正值变为负值,力矩脉动频率与转轮叶片数相关,流量越大,叶频影响越显著;在水泵工况下,最高扬程工况时导叶水力矩脉动频率主频为转频且脉动幅值较大,而最低扬程工况下导叶水力矩脉动主频为叶频,力矩脉动幅值较小。     

水轮机导叶位置传感器信号控制逻辑分析

介绍了某巨型水电站各机组导叶位置传感器信号的选择控制逻辑,结合3种不同的调速器结构,深入分析了各控制逻辑的优、缺点,并结合相关故障分析及处理,阐述了导叶位置传感器信号对调速器运行特性的影响,为今后同类型机组导叶位置传感器控制逻辑选择提供参考依据.     

径向导叶与空间导叶的优劣分析与试验

对某一参数的节段式多级泵导叶进行研究。通过数值模拟对比分析传统的径向导叶(正、反导叶)与空间导叶对泵性能的影响并进行试验验证。以通用CFD软件NUMECA为计算平台,分别对叶轮加径向导叶及空间导叶流场进行分析,发现空间导叶在大流量区容易获得较好性能,但在小流量区损失较大,扬程曲线容易出现驼峰。在小流量区径向导叶性能要优于空间导叶。     

水泵水轮机导叶间隙的影响因素及调整方法

水泵水轮机的导叶间隙对整个水轮发电机组的效率指标及安全稳定运行有着重要影响,通过分析和实际应用,本文总结了在水泵水轮机设计制造、安装过程中对导叶间隙影响的因素及调整方法。     

水轮机导叶接力器锁锭装置的设计改进

针对天生桥一级水电站水轮机导叶接力器锁锭装置多次发生卡涩、憋劲、撞击现象,严重影响机组的安全运行,在综合分析原因的基础上介绍了对该装置进行全面技术改造的情况。经过运行时间的考验,证实改造后的新锁锭装置在确保机组安全运行中取得了较好的运行效果。     

多泥沙高水头水电站混流式水轮机导叶泥沙磨损数值研究与试验

为研究新疆夏特高水头水电站水轮机导叶的泥沙磨损情况,采用标准k-ε湍流模型和Particle模型,在小流量工况下开展了HLA351-LJ-275水轮机导叶流体域的固液两相流数值模拟,分析其内部流动特性,并结合该模型水轮机单流道泥沙磨损试验得到导叶磨损的主要部位和磨损程度。结果表明:固定导叶磨损量较小,活动导叶磨损部位主要集中在头部和尾部,磨损量较大。结合数值计算与试验结果,通过其泥沙磨损特征规律,拟合并建立了固定导叶及活动导叶的磨损量公式,对多泥沙高水头水电站导水机构磨损寿命的预估和导水机构运行维护具有重要意义。     

水轮机导叶关闭规律对蜗壳末端压力的影响

抽水蓄能机组由于S特性,在甩负荷过程中会产生很大的水击压力和脉动压力。为控制压力脉动,以我国某抽水蓄能电站为例进行数值模拟,分析了考虑S特性和脉动压力的两段式和三段式关闭规律的优化方法及在控制蜗壳末端压力方面的优势。结果表明,考虑S特性时,先延时后关闭的两段式关闭规律可有效控制水击压力,其折点时间为工况点到达下奇点时,且第二段快关。考虑脉动压力时,采用先部分关导叶减小开度,而后延时或开启,最后导叶快关的方式可减小脉动压力的影响,三段式关闭规律的两个折点时间分别为工况点到达上下奇点时。相较两段式关闭规律,先关闭后开启再关闭的三段式关闭规律不仅可有效控制脉动压力,在控制水击压力方面也有一定优势。研究成果可为抽水蓄能电站的运维和管理工作提供参考。     

冷却塔中代替风扇电动机的混流式水轮机导叶的优化研究

利用CFD数值模拟计算,为冷却塔中代替风扇电动机的混流式水轮机选择合适的导叶叶型。经过相同导叶开度和相同流量两种情况下不同导叶形式的模拟计算和对比分析,得出了负曲度导叶叶型性能最优,效率比其他两种导叶叶型的水轮机高0．22％～2．75％,确定其为该水轮机的导叶叶型,从而达到了在冷却塔中使用混流式水轮机代替风扇电动机的目的。     

水轮机模式液力透平新型空间导叶的优化

多级水轮机模式液力透平级间导叶损失占总损失的30%～40%,为提高透平水力性能,以新型空间级间导叶为例,按水力原动机理论设计新型空间导叶作为一个两级水轮机模式液力透平的级间导叶。采用正交试验法,选取新型空间导叶隔板厚度、外缘直径、正导叶出口角和导叶数四个因素制定了L9（3⁴）正交方案,应用CFD对9种方案进行数值计算,找出了影响液力透平水力特性的主要因素及规律,并获得性能较优的导叶模型。结果显示,影响水轮机模式液力透平效率外特性的主次顺序为导叶外缘直径>隔板厚度>导叶数>正导叶出口角;对可利用水头外特性影响主次顺序为导叶外缘直径>导叶数>隔板厚度>正导叶出口角;以效率为优化目标时,最优组合的效率达到75.91%,比效率最高的方案提高了2.9%。以可利用水头为优化目标时,最优组合的可利用水头达到495.83 m,比水头最高的方案提高了4.36 m。     

导叶开度对混流式水轮机尾水管内流动特性的影响

为了深入研究尾水管内的流动特性,结合某电站混流式水轮机的实际运行情况,基于标准的κ-ε湍流模型,选用Fluent软件在额定水头不同导叶开度下对其进行全流道数值模拟,分析了不同导叶开度对混流式水轮机尾水管内部流动特性的影响。结果表明,当导叶开度为100%时尾水管内部形成了周期空化涡带,此涡带的存在易导致水轮机机组产生强烈振动;当导叶开度较小时,尾水管内速度分布较为均匀;尾水管进口段的压力分布情况对导叶开度的变化较为敏感,可通过合理控制导叶开度来减小尾水管内的水力振动,降低水力损失。