大朝山#1水轮机转轮裂纹原因分析及处理

大朝山#1水轮机转轮在72h满负荷试运行后，发生了比较严重的裂纹，通过分析，认为破坏的原因是卡门涡列与叶片发生共振所造成的，大朝山水电站的转轮叶片为X型，这种叶片出水边长，叶片振动的频率阶次比较多，极易与卡门涡列频率相当，通过对转轮叶片出水边进行修型处理，成功消除了共振，降低了噪音，事实证明，用这种方法处理因卡门涡列引起的叶片破坏是成功的。     

水轮机卡门涡诱发振动分析研究

通过卡门涡频率预估模型对水轮机固定导叶、活动导叶、转轮叶片后产生的卡门涡频率进行分析计算,在水轮机设计阶段对叶片出水边进行卡门涡频率的预估和评定,确保水轮机投入商业运行时不会产生卡门涡诱发的机组振动问题。     

张河湾抽蓄电站3号机组异常振动分析与处理

张河湾抽水蓄能电站3号机组在更换水泵水轮机转轮后,进行了一系列的调试试验。在准备甩75%负荷试验的升负荷过程中出现了异常的振动现象,异常振动主要频率成分为202 Hz和196.5 Hz。通过对压力脉动和顶盖振动在时域、频域及时频联合分析后,得出异常振动是转轮叶片出水边的卡门涡频率与转轮固有频率相接近而引发的水力共振现象。后来对叶片出水边进行了修型处理,处理后卡门涡诱发的共振现象消失。     

浅析漫湾水电站水轮机转轮裂纹形成原因及预防措施

针对漫湾水电站机组检修期中发现的每台水轮机转轮叶片都出现不同程度的裂纹问题.分析了引起裂纹问题的可能原因,主要有:水力自激振动、叶片出水边卡门涡列频率与叶片自振频率耦合引发的共振、发电机轴系的弹性振动、尾水管压力脉动等.并提出了如跟踪调查,避免共振等防止裂纹的预防措施,可供参考.     

水轮机转轮选型、制造和投运过程中问题处理

介绍大朝山电站水轮机转轮的设计选型，稳定性问题研讨和采取的措施、以及在机组投运过程出现卡门涡等引起转轮叶片共振及裂纹的处理过程、结果和转轮改进、水轮机试验情况。     

叶道涡危害及机理研究

为弄清混流式水轮机叶道涡是否引起压力脉动及危害、危害机理和程度,本文在模型观测试验的基础上结合电站实际进行了深入研究。本文首先介绍了叶道涡模型试验的方法及结果,结合压力脉动频谱分析及尾水管空化观测结果,指出叶道涡工况出现的频率接近转速频率的压力脉动由叶道涡引起,其频率随单位流量增加而增高,随单位转速增加而降低。叶道涡空腔随水流进入尾水管后,以转轮出口环向流速旋转,空化空腔在转轮叶片出口压力场扰动下产生收缩-膨胀甚至溃灭-生成的循环,衍生出新生压力脉动。叶道涡多发生于低单位转速的低负荷工况及高单位转速的大负荷工况,和水电站实际发生的类转频压力脉动非常一致,其频率覆盖范围也基本重叠,因此可推断类转频压力脉动由叶道涡压力脉动引起。研究还发现,三峡等大型水电站发生过该类型小负荷、类转频强烈压力脉动,由叶道涡引起;天生桥一级、二滩、李家峡等电站发生的转轮叶片出水边裂纹、尾水管锥管进口撕裂等破坏同样由叶道涡压力脉动危害造成。     

大朝山电站转轮裂纹处理之我见

大朝山电站水轮机转轮由于卡门涡频率与叶片固有频率耦合，产生共振，使叶片短期出现严重裂纹，文章对裂纹及处理情况进行了介绍，同时提出了作者的意见和建议。     

大朝山电站转轮叶片的卡门涡共振

大朝山电站1号机72h运行后,所有水轮机转轮叶片均出现了裂纹,并被判断为叶片出现卡门涡共振的结果。文章首先介绍叶片裂纹情况、运行特征、原因判断及处理情况,然后从预防的角度提出并讨论卡门涡频率计算及相关参数的取值问题。     

大朝山水电站转轮裂纹分析

大朝山水电站1号水轮机转轮试运行期间,由于叶片卡门涡频率与叶片固有频率耦合共振的主要原因,导致叶片发生裂纹,经技术分析和采取处理措施,在短时间内使裂纹问题得以彻底解决。文章对转轮叶片裂纹现象作了简要分析,并介绍了转轮制造工艺和质量情况。     

水轮机转轮水力不平衡引起主轴摆动的分析

引起水轮发电机组振摆的原因有机械、水力、电气及其他等方面的因素。在水力因素方面有转轮叶片数与导叶数组合不当;转轮叶片进口边与导叶出水边的距离过短;转轮止漏环迷宫间隙不当或偏心、或止漏环不圆造成间隙不对称;转轮叶片出口边缘开口不均匀;转轮上冠背水压力脉动;转轮叶片汽蚀严重;转轮叶片出口旋回流形成涡带;转轮叶片卡门涡流;转轮泄水锥形状不当:涡壳和座环引水不对称以及轴流式水轮机尾水管偏矮等等。 混流式水轮机中由于转轮过流部件制造偏差引起水流不平衡而造成摆动大致有下述两种情况。     

ANALYSIS AND ESTIMATION OF HYDRAULIC STABILITY OF FRANCIS HYDRO TURBINE

With the development of large-capacity hydro turbines, the hydraulic instability of hydro turbines has become one of the most important problems that affect the stable operation of the hydro-electric units. The hydraulic vibration and unstable operation of Francis hydro turbines are primarily caused by the unsteady pressure pulsations inside draft tubes. The forced rotating vortex core at the runner exit and the channel vortices inside Francis turbine runners are origins of the unsteady pressure pulsations when operating at partial load. This paper briefly analyzes the hydraulic instability of operation caused by the vortex core and channel vortices at partial load, then, presents a way to estimate the hydraulic stability by calculation of the flow behavior at the runner exit. The validity of estimation is examined by comparison with experimental data. This will be helpful to evaluate the alternative design and predict the hydraulic stability for both the prototype and model hydro turbines.     

水轮机模型验收试验的研究与探讨

介绍百色水利枢纽混流式水轮机模型验收试验中效率、出力、空化、压力脉动、飞逸、轴向水推力、导叶水力矩和Winter -Kennedy蜗壳压差等试验的基本情况 ,并就试验中遇到的卡门涡、叶道涡、特殊压力脉动带等关键技术问题进行了详细的分析讨论 ,同时着重介绍了电站装置空化系数 3种不同定义方式对压力脉动测试的影响 ,探讨了空化系数在原模型相似方面的影响     

水轮机固定导叶和活动导叶后的卡门涡频率研究

本文对水轮机固定导叶和活动导叶后卡门涡进行了系统的研究。研究中使用非结构化网格对流动区域进行离散,这种方法保证了计算网格形态良好,从而提高了计算精度。在对影响卡门涡频率敏感的分离位置计算中,使用了差分方法进行紊流边界层计算,确定分离位置。通过卡门涡频率预估模型对岩滩水电站水轮机固定导叶和活动导叶后的卡门涡频率进行了汁算,计算结果与实测结果一致。本文建立的水轮机固定导叶和活动导叶后卡门涡频率预估模型,可在设计阶段进行叶片绕流卡门涡频率的预估。     

Numerical analyses of pressure fluctuations induced by interblade vortices in a model Francis turbine

Interblade vortices can greatly influence the stable operations of Francis turbines. As visible interblade vortices are essentially cavitating flows, i.e., the ones to cause interblade vortex cavitations, an unsteady simulation with a method using the RNG k- ? turbulence model and the Zwart-Gerber-Belamri(ZGB) cavitation model is carried out to predict the pressure fluctuations induced. Modifications of the turbulence viscosity are made to improve the resolutions. The interblade vortices of two different appearances are observed from the numerical results, namely, the columnar and streamwise vortices, as is consistent with the experimental results. The pressure fluctuations of different frequencies are found to be induced by the interblade vortices on incipient and developed interblade vortex lines, respectively, on the Hill diagram of the model runner's parameters. From the centrifugal Rayleigh instability criterion, it follows that the columnar interblade vortices are stable and the streamwise interblade vortices are unstable in the model Francis turbine.     

基于CFD混流式水轮机转轮空化及涡旋流动数值模拟

采用RNK湍流模型和压力速度耦合的SIMPLEC算法,基于欧拉-欧拉方法中均匀多相流假设的混合两相流体无滑移模型,选用Schnerr and Sauer空化模型,对混流式水轮机转轮进行三维空化湍流数值模拟。利用ANSYS CFX,通过转轮的汽含率云图、流线图、turbo面分析以及转轮进出口压力、速度曲线分析,获得了该水轮机在大开度、小开度下的转轮、叶片以及泄水锥的空泡、涡旋黏度等主要流动特征。计算结果表明:大开度和小开度对转轮的空化影响不同,存在一定规律,即大开度下空化严重而范围比较集中;小开度下空化较轻但发生范围较广;大开度下涡旋黏度偏大,则空泡不宜脱流,即不容易在叶片上产生漩涡;小开度则涡旋黏度小,即叶片上漩涡明显。     

太平哨水电厂HL240型水轮机转轮改型研究

现代计算机数值模拟技术的不断进步，为水轮机转轮的改型设计创造了条件。HL240型水轮机能量指标低、过流能力差，国内相当一部分中小型水电站是套用此转轮。应用考虑转轮来流有旋、叶片有限厚及转轮叶片力作用的转轮与导叶联合作用的基于S1流面的准三维设计模型，研究出HL240的改进型转轮，并通过相对效率法效率试验对比，鉴定了改型转轮的效率特性。结果表明，水轮机效率特性明显增加，在高负荷区表现尤为明显。     

Numerical analysis of the unsteady behavior of cloud cavitation around a hydrofoil based on an improved filter-based model

The unsteady cavitation evolution around the Clark-Y hydrofoil is investigated in this paper, by using an improved filter-base model(FBM) with the density correction method(DCM). To improve the prediction accuracy, the filter scale is adjusted based on the grid size. The numerical results show that a small filter scale is crucial for the unsteady simulations of the cavity shedding flow. The hybrid method that combines the FBM and the DCM could help to limit the overprediction of the turbulent viscosity in the cavitation region on the wall of the hydrofoil and in the wake. The large value of the maximum density ratio ? l /? v, clip promotes the mass transfer rate between the liquid phase and the vapor phase, which results in a large sheet cavity length and the vapor fraction rise inside the cavity. The cavity patterns predicted by the improved method are verified by the experimental visualizations. The time-average lift, the drag coefficient and the primary oscillating frequency St for the cavitation number ?= 0.8, the angle of attack, ?= 8o, at a Reynolds number Re= 7 ?105 are 0.735, 0.115 and 0.183, respectively, and the predicted errors are 3.29%, 3.36% and 8.93%. The typical three stages in one revolution are well-captured, including the initiation of the sheet/attached cavity, the growth toward the trailing edge(TE) with the development of the re-entrant jet flow, and the large scale cloud cavity shedding. It is observed that the cloud cavity shedding flow induces the vortex pairs of the TE vortices in the wake and the shedding vortices. The positive vorticity vortex of the re-entrant jet and the TE vortices interacts and merges with the negative vorticity vortex of the leading edge(LE) cavity to produce the shedding flow.     

基于熵产理论的水轮机尾水管涡带研究

为了研究水泵水轮机部分负荷工况尾水管涡带产生的原因和压力脉动特性,本文以模型水泵水轮机为研究对象,对内部流动进行了全流道三维数值模拟并采用熵产理论进行了分析。计算结果分析表明:数值模拟与实验值吻合较好;固定导叶和蜗壳内的总熵产很小,而转轮和尾水管内较大,在小流量工况叶片压力面产生的流动分离会导致高熵产率分布区域的出现,并且会随着流量的进一步减小而扩大;在部分负荷出现了粗壮型和纤细形两种涡带,均呈现螺旋形,涡带的形成与叶片出口环量偏离零环量有很大关系;涡带的出现会在尾水管内形成漩涡,阻塞尾水管通道,涡带跟随转轮同方向旋转,但是转速更低,因此尾水管出现幅值较大的低频压力脉动。