大水头变幅工况下混流式水轮机尾水管水压力脉动分析

该文分析了在水头变幅较大的工况下混流式水轮机尾水管压力脉动与转轮出口环量及单位参数之间的关系。以三峡水电站水轮机运行工况为模拟条件进行了混流式水轮机尾水管压力脉动试验研究。研究结果表明 ,适当选定混流式水轮机额定参数对减轻尾水管水压力脉动是十分有效的。图 4表 2参 7     

水轮机空化系数定义及相似性探讨

本文首先讨论了空化系数的定义问题,然后从水轮机电站空化系数中压力水头、速度水头和位置水头三个不同组成部分对原模型空化相似性的影响入手,分别对初生空化系数的物理意义、空化基准面选取、压力最低点选取、压力相似的局限性等进行了探讨,指出空化基准面应选在转轮出水边压力最低点.文章指出,初生空化系数是相似准则数,临界空化系数不是相似准则数,模型压力脉动试验应在电站空化系数下进行,其空化基准面也应选在转轮出水边压力最低点.     

基于模型试验解决某电站满负荷工况异常振动问题

本文介绍了混流式水轮机满负荷工况异常振动的一种处理方法。相比传统的优化泄水锥方案,本文基于模型试验和模型转轮修型以及原型机现场测量对混流式水轮机满负荷工况稳定性迚行研究。通过对比模型及相似原型机尾水管压力脉动幅值,模型和原型在满负荷区域相似性较好,为本方法的使用奠定基础。通过不同方案结果的比较,尾水管压力脉动陡升可能是导致原型机满负荷工况异常振动的一个重要原因,优化转轮叶片出口靠上冠区域的型线是解决该问题的一个重要手段。     

混流式水轮机的三维空化湍流计算

本文应用了三维混合流体完整空化湍流模型,对混流式水轮机内部流动进行了计算.采用了全三维全流道的湍流计算方法,采用基于RNG的k-ε湍流模型和SIMPLEC算法,从蜗壳进口到尾水管出口,包含所有流道在内的整体一次完成模拟计算.根据得到的三维空化流场数据,对转轮内部流场进行了流场分析,求得了计算临界空化系数,和试验值进行了比较;模拟了不同空化特征下的转轮出口处的空化和尾水管中的空化情况,并和试验数据进行了比较.     

降低混流式水轮机高部分负荷压力脉动方法探讨

针对混流式模型水轮机研发中有关降低高部分负荷压力脉动的方法进行了探讨．通过不同转轮多个方案的模型试验和深入比较,掌握了不同形式泄水锥对混流式水轮机高部分负荷压力脉动的影响规律以及不同补气位置对长泄水锥混流式水轮机转轮压力脉动的影响,为电站运行中降低高部分负荷压力脉动提供了科学依据.     

降低高部分负荷压力脉动方法探讨

本文针对混流式模型水轮机研发中有关降低高部分负荷压力脉动的方法进行了探讨。通过不同转轮多个方案的模型试验和深入比较,掌握了不同形式泄水锥对混流式水轮机高部分负荷压力脉动的影响规律以及不同补气位置对长泄水锥混流式水轮机转轮压力脉动的影响。为电站运行中降低高部分负荷压力脉动提供了科学依据。     

混流式水轮机转轮区叶道涡压力脉动数值研究

混流式水轮机在偏离最优工况区运行时,不但在尾水管中有明显的旋转涡带,在转轮区也会有涡束沿着叶片流出,我们称之为叶道涡.随着大型混流式水轮机的广泛应用,叶道涡有可能对机组的稳定运行产生影响.本文利用数值模拟技术对某混流式模型水轮机转轮内压力脉动进行研究.研究表明:转轮区的压力脉动主要是由叶道涡诱发的,叶道涡的频率基本等于转动频率.     

水轮机空化系数及其对水力性能的影响

水轮机空化系数对水轮机的效率、出力、空化、压力脉动、飞逸转速及轴向水推力等性能均有一定影响,有的工况影响非常大。本文首先介绍了空化系数对能量、空化性能的影响及与其有关的两个空化系数的区别,然后着重介绍了空化系数对压力脉动和飞逸转速的影响,探讨了空化系数对轴向水推力的影响及正确的试验方法。     

混流式水轮机转轮低水头低负荷运行时的空蚀

本文通过混流式水轮机转轮的流动分析、模型试验,并结合电站现场空蚀的调查结果,对低水头、低负荷工况运行混流式水轮机转轮的空蚀特性进行了研究。其结果表明低水头、低负荷工况运行混流式水轮机转轮的空蚀轻微。     

补气对尾水涡带及机组振动特性的影响分析

混流式水轮机的尾水管压力脉动作用力对机组动态特性有直接影响,该作用力的最主要特征指标为频率及幅值。传统公式法不能反映出主频与负荷效应的关系,因此文中着眼于对全负荷段尾水管压力脉动频率计算方法的研究,并且结合其对机组稳定性运行的影响效果进行了深入探讨。从尾水管涡带产生的机理出发,推导全负荷段尾水管压力脉动频率的计算公式,并结合在2种不同补气条件下的实测数据,对涡带特性进行深入研究,阐述了涡带对机组运行品质的影响效果。对比在2种补气工况时的实测结果,发现在压力脉动作用较为明显的负荷区间内,全负荷段压力脉动计算方法的计算结果与试验结果贴合程度较高,说明该方法可以较为准确地反映实际运行特性。补气能减少涡带的主要原理在于其能削弱脉动的相对幅值,而对脉动频率无大的改变,这对提升机组稳定性运行的效果有着直接的影响。研究结果对于分析水电机组动态特性有着积极的意义。     

尾水管水力稳定性受直锥段高度影响的性能预测

本文选取了一个弯肘形尾水管,保持肘管和扩散段尺寸不变,分别增加和减少尾水管直锥段的高度,形成3种高度的原尾水管、深尾水管和浅尾水管.结果表明,在典型部分负荷工况,浅尾水管使转轮出口与直锥段内的回流区增加,尾水管内的二次流强烈,力矩脉动较大,同时尾水管内流态紊乱,能量损失大,不易形成稳定的涡带,因此,尾水管管壁附近压力脉动幅值相对较小,频率成分丰富,但尾水管的回能效果差;深尾水管和原尾水管都表现出偏心涡明显,涡带运动稳定,尾水管压力脉动频率稳定等特点.但深尾水管的压力脉动幅值和对转轮力矩的影响都较原尾水管小.     

基于全流道非定常流动计算的轴流式水轮机尾水管压力脉动分析

以轴流式水轮机全流道三维非定常湍流数值模拟为基础,对轴流式水轮机尾水管内的非定常流场进行了分析,研究了尾水管内涡带的形态,对尾水管压力脉动的幅值和频率特点进行了分析.结果表明,大流量工况时,在尾水管内形成了一个与转轮旋转方向相反低压涡带,引发了低频压力脉动,这种低频压力脉动是水轮机中压力脉动的主要脉动源之一.     

混流式水轮机改造前后内部流动特性对比分析

为探究将某高水头电站原常规混流式水轮机转轮改造为长短叶片式转轮后的能量性能、空化性能以及水力稳定性的改变,采用流场数值模拟的计算方法对改造前后水轮机运行在典型工况(小开度工况、额定工况、大开度工况)下进行全流道三维定常空化湍流计算以及全流道三维非定常湍流计算分析。计算结果表明,改造后的水轮机效率在小开度工况处提高了6.7%,额定工况处提高了6.2%,大开度工况处效率提高了6.8%;改造后水轮机空化性能在大流量工况处得到了大幅度提高;改造后水轮机压力脉动幅值在小开度工况处降低了20.9%,额定工况处降低了21.5%,大开度工况处效率降低了13.8%(监测点1处)。研究结果对类似混流式水轮机的改造有一定的指导作用。     

水力计算在预测水轮机压力脉动中的应用初探

水轮机的稳定性是评价水轮机性能的三项重要指标之一，到目前为止稳定性的研究还驻足在试验阶段，本文通过建立起尾水管压力脉动分频幅值与转轮出口环量之间的某种联系，对利用水力计算来预测水轮机的压力脉动进行了初步的探索。     

混流式水轮机尾水管涡带及其改善措施研究

尾水管中的偏心回转涡带是引起机组振动的重要原因之一。为了降低尾水管内的压力脉动,对一混流式水轮机进行三维非定常数值模拟,分析水轮机在部分负荷工况下压力脉动的幅值及频率特性。同时对加长泄水锥、0.03Q水力干扰、加长泄水锥与水力干扰共同作用的3种改进方案进行数值模拟,对比分析改进后尾水管的压力脉动特性。研究结果表明:3种改善措施均能有效改善尾水管内的压力脉动。加长泄水锥对降低尾水管直锥管段的压力脉动比较明显,相对于仅添加水力干扰,水力干扰与加长泄水锥方法联合能更有效的改变尾水管内的压力脉动的幅值和频率。3种改进措施均会降低水轮机效率,其中加长泄水锥与水力干扰结合方案的水轮机效率下降最大。     

低水头下水泵水轮机水轮机工况压力脉动研究

基于Realizable k-ε湍流模型,对某蓄能电站模型水泵水轮机进行几何建模,设定压力脉动监测点,进行三维全流道水轮机工况非定常数值计算,分析导叶开度为29mm,33mm,37mm和41mm四个工况下各监测点的压力变化,并与模型试验结果进行对比,研究水泵水轮机在低水头下的压力脉动特性。结果表明:Realizable k-ε湍流模型对低水头下水泵水轮机压力脉动的数值模拟可行,在大开度工况时更加精确;导叶开度为29mm时水泵水轮机内部监测点压力脉动最强,随着导叶开度的增加压力脉动在逐渐的减弱;转轮旋转形成的"活动导叶-转轮-尾水管"两级动静干涉,使活动导叶与转轮之间无叶区内监测点的压力脉动时域图呈现周期性变化规律,对应主频为叶频,尾水管锥管段时域图也呈现周期性变化,并在其频域图叶频处出现一个峰值;肘管内监测点压力脉动由于尾水涡带的影响主频为0.17~0.56倍转频的低频分量。     

不同步导叶对混流式水轮机压力脉动的影响分析

采用Realizable k-ε模型,对混流式模型水轮机三维全流道非定常湍流进行模拟,在实验验证的基础上,对不同步导叶(MGV)作用下的压力脉动进行了分析.选择部分负荷工况,分别研究MGV在5种不同开度下水轮机各过流部件的压力脉动特征.计算和实验结果表明:MGV不改变尾水涡带的旋转频率,随着MGV开度的变化,尾水管内主频和非主频的变化规律不同,甚至可能相反;转轮内的脉动主频为转轮转频与尾水涡带的旋转频率之差,其幅值变化规律与尾水管内脉动主频相同;MGV使转轮上出现了新的压力脉动频率,其值为转频与MGV数量的乘积,不同步导叶的开度偏离同步导叶开度越大,该频率的振动越强;在MGV作用下,各点主频脉动变化规律与采用同步导叶调节反映的规律是相似的,使用MGV装置可以在保证机组出力的条件下避开有害的压力脉动区.     

防止转轮叶片产生裂纹的开发与制造

本文根据已运行的一批大中型混流式水轮机转轮裂纹情况,分析了其产生的原因,提出了在设计制造过程中预防裂纹产生的办法,以及东方电机近年来设计制造转轮时采取的措施及目前取得的效果。丈中还根据混流式水轮机的运行特点,提出在水轮机运行过程中尽量避免在高尾水管压力脉动区运行以及在压力脉动较大的区域采取补气等措施,以减轻不稳定流对转轮的交变脉动的作用,减少转轮的疲劳损坏。     

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。     

大型混流式水轮机尾水管振动数值模拟及应用

大型混流式水轮机的水压力脉动值不能直接从模型试验值进行换算,给解决真机振动问题增加了不少困难.为此利用CFD数值模拟技术研究了真机尾水管压力脉动的频率和幅值,文中采用3-DCFD对一个大型混流式水轮机的尾水管流态进行了计算,并分析了计算结果;模拟结果与真机实测值相接近,证明了此研究方法的可行性.利用该方法可以在设计阶段预测真机振动性能.