基于CFD的不同曲率导叶对水轮机内流场影响分析

水轮机导水机构的构造对水轮机运行状态具有重要的影响,针对不同的机组选择合适的导叶翼型是水轮机设计中不可缺少的步骤。在以往的设计中,利用经验和模型试验的方式确定活动导叶的形式具有一定的弊端。建立HL160模型水轮机全流道模型,并利用有限元分析软件,分别针对正曲率导叶和对称导叶进行了流体动力学计算与分析,并进行了导叶的应变分析。分析得出,该水轮机在最优工况下且使用对称导叶的情况下,流场稳定性优于使用正曲率导叶。实验结果证明,利用有限元分析方法可以方便地获取不同导叶翼型对水轮机内流场的影响,从而选择出合适的导叶翼型,提高水轮机的工作效率与稳定性。     

大型混流式水轮机止漏环径向间隙设计研究

为避免水轮机止漏环与固定部件摩擦、碰撞迹象,止漏环间隙设计中应高度重视以下几点:(1)在水轮机模型开发阶段需要结合原型实际情况合理设计模型止漏环间隙;(2)在机组结构设计阶段应系统考虑各旋转部件、各支承部件及其基础的刚度与强度;(3)飞逸工况可按实际运行中考虑导叶开度限制时的最大飞逸转速考虑,保守设计亦可按最大水头导叶最大开口时的最恶劣工况考虑;(4)应校核发电机半数磁极短路或多个导叶剪断销剪断等单一特殊异常工况发生时水轮机止漏环间隙运行安全可靠性;(5)建议飞逸工况下水轮机止漏环与固定部件具有一定安全间隙,如水轮机止漏环与固定部件存在接触,需要考虑水轮机止漏环在接触、受力过程中对轴系稳定性影响,以及相应机械部件的形变、磨损等问题。     

混流式水轮机转轮叶片防裂控制与研究

在水电站机组运行中水轮机转轮常常出现不同程度叶片与上下冠焊缝开裂情况,水轮机转轮产生裂纹的原因是多方面的。对材质、焊接工艺、无损探伤、热处理、残余应力测试等方面进行了研究。结果表明:水轮机转轮叶片出现裂纹是综合作用的结果,其原因涉及设计、材料、制造工艺、工艺管理和生产运行等方面。可通过改善水轮机结构,合理选择材料,制定合理的焊接工艺和热处理工艺,有效控制残余应力,提高转轮制造质量,合理控制运行工况等,有效预防水轮机转轮叶片连接焊缝出现裂纹。     

可逆式水泵水轮机的试验研究

通过对目前国内外水泵水轮机模型效率水平的对比分析，针对改善提高水泵水轮机效率及其他水力性能的途径和效果进行了试验研究，借鉴国外高水平水泵水轮机通流部件几何形状和设计方法进行了水力模型与转轮的设计，介绍转轮叶片高低压边的修型、导叶和固定导叶双列叶栅中的固定导叶安放角对水轮机和水泵性能影响的试验研究结果．     

基于三维技术的轴流水轮机模型设计及制造

在水轮机模型设计及制造领域,三维技术作为一种新的设计理念和先进的设计手段,其优势越来越显著.基于三维设计和数控加工技术,研究了轴流转桨式水轮机模型各个部件的结构设计方法、制造工艺要求和压力测点布置,对水轮机模型蜗壳内腔体、导叶、转轮叶片等关键过流部件进行了三维参数化设计;并采用三维模型生成IGS格式文件直接进行编程数控...     

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。     

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。     

水泵水轮机导叶间不同周向偏距对水力效率的影响研究

通过三维定常数值模拟方法,分析混流式水泵水轮机导叶间不同周向偏距RCP对水力效率的影响研究。选取9种不同的周向偏距RCP,对4种不同工况的计算,得到周向偏距RCP对水泵水轮机各工况效率影响规律。考虑机组设计工况和非设计工况下机组性能,周向偏距RCP在0-4/18之间比较合理。周向偏距RCP的变化引起水力效率下降的因素为:造成活动导叶出口处速度分布不均匀,进而活动导叶出口后的过流部件流速分布不均匀使得损失增大,导致水力效率降低。     

卧轴混流水轮机通流部件的创新设计

卧轴混流式水轮机的通流部件包括进水管道、蜗壳、前／后盖板、导叶、转轮和尾水管。水轮机的设计原则要求原型水轮机通流部件与模型水轮机应保持几何相似,但在卧轴水轮机的设计过程中,全几何相似不仅不可能实现,而且没有必要。传统的设计方法为了简化结构和方便生产制造,只有以牺牲水力性能为代价。     

高水头混流式水轮机的发展趋势及水力特点

高水头混流式水轮机是当前较为先进的水轮机设备,具有尺寸小、重量轻、水力效率高等优点。在设程中,考虑了不同部件对水力效率的影响,设计开发了长短叶片转轮和带翼大端面大轴颈偏心导叶,了高水头机组在运行中效率损失、空蚀和磨损等诸多难题。适合多泥沙河流电站开发使用。     

龚嘴水电站水轮机过流部件抗磨蚀改造综述

位于多泥沙河流大渡河上的龚嘴水电站始建于上世纪60年代,受当时国内材料与科技水平制约,水轮机过流部件抗磨蚀、锈蚀性能差,磨损严重且无法修复,严重影响安全运行和效益。在对水轮机改造扩容中,大部过流部件采用各种不锈钢新材料。以2号机为例,2008年4月份完成其水轮机相关过流部件改造更换后,经过10年的运行,转轮、顶盖、导叶等均未见明显磨蚀,表明改造后的水轮机过流部件整体抗磨蚀性能良好,满足设计要求。     

长短叶片混流式水轮机三维非定常流数值模拟

为探究长短叶片混流式水轮机在不同导叶开度下运行时内部水流流动的特点,基于流场数值模拟的计算方法对长短叶片混流式水轮机进行了全流道三维非定常湍流计算。结果表明,在不同开度下,转轮与导叶交界面处压力脉动主频皆为转轮转频与叶片数的乘积,且在小流量工况下主频振幅最大。当水轮机在小流量工况下运行时,尾水管涡带呈螺旋形,且绕转轮转轴顺时针旋转,与转轮旋转方向相同;当水轮机在额定工况下运行时,尾水管无涡带产生;当水轮机在大流量工况下运行时,尾水管涡带呈细长的圆锥形。     

不同湍流模型在水泵水轮机内的适用性比较

随着抽水蓄能电站的兴建,水泵水轮机得到了广泛的应用.为了更加合理的探究水泵水轮机在不同工况下的水流运动状况,分别采用标准k-ε、RNG k-ε、SST k-ω及标准k-ω四种湍流模型进行数值模拟计算,主要对水泵水轮机在水泵工况下导叶开度为16 mm的运行工况进行全特性分析.通过对水泵水轮机进行扬程、效率、轴功率等计算,...     

混流式蓄能机组水轮机工况全流道流动数值模拟研究

利用ANSYS CFX14.5软件,对某一抽水蓄能电站的混流式水泵水轮机全流道应用RNG k-ε湍流模型,进行了68.9%、51.5%、19.5%等3个不同导叶开度下水轮机工况的三维定常湍流数值模拟。通过与现场试验数据进行对比,可知:(1)不同导叶开度下,压力的模拟值与试验值最大误差不超过7.5%;(2)在设计开度下,水泵水轮机内部流动比较平稳,流体流经各过流部件间过渡顺畅,没有明显的撞击发生,整个流道水力损失较小;随着导叶开度减小,水泵水轮机流道内流动变紊乱,稳定性变差;(3)随着导叶开度减小,活动导叶及转轮进口的撞击现象变严重,转轮内和尾水管内的涡带逐渐扩散到整个流道。     

水泵水轮机"S"特性区危害及解决对策

高水头、大容量单级水泵水轮机一般在水轮机工况空载开度运行时具有较为明显的"S"特性."S"特性使机组在难以正常并网并造成由调相工况转发电运行以及水轮机工况的甩负荷停机过程中产生不稳定运行区.预开启部分导叶法、加装导叶不同步装置(MGV)和使用单元式接力器可以较好地避开水泵水轮机的"S"特性运行区域,获得较理想的运行效果.     

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。     

二滩水电站水轮机埋件及导水机构安装

二滩水电站水轮机埋件及导水机构由GE公司制造 ,安装工艺由GE公司制定。埋件主要部件均为分瓣件 ,需现场组焊 ,埋件材质多为含碳量较高的高强钢 ,厚度大 ,焊接时对线能量、焊道宽度、预热温度、层间温度、后热温度、后热时间均有严格的要求。埋件安装后 ,经 3 46MPa水压试验。同时二滩电站的水轮机埋件和导水机构中还采用了一些独特结构 ,如座环止裂孔 ,与座环、基础环焊接相连的连接板 ,现场焊接的座环密封环 ,呈搭接结构的凑合节 ,导叶金属密封和导叶轴止推等结构 ,安装简便 ,运行效果良好     

转轮不锈钢几种不同的精炼工艺及效果比较

论述了水轮机转轮使用的马氏体不锈钢采用不同的精炼方法有着不同的材料效果,从精炼工艺到材料试验结果作了一些对比,以期对从事钢水冶炼工作的同行有所帮助。     

减轻绿水河水轮机导水机构严重损坏的措施和建议

绿水河电厂是我国多泥砂河流上装有目前水头最高的混流式水轮机的电站,其损坏的严重程度是罕见的,必须每年一次扩大性检修,方能运行。实践表明,水轮机的损坏主要在球阀、导水机构、转轮及空放阀(即调压阀)等通流部件上。多年来在制造厂、设计院、科研单位和大专院校的帮助和指导下,电厂在球阀结构和操作方式、导叶接力器容量等方面的改造,已有效地减轻了球阀和空放阀的损坏,提高了使用     

混流式水轮机蜗壳座环强度的主要影响因素分析

从拓扑结构、几何形状、板厚尺寸三个方面，系统地阐述了影响混流式水轮机蜗壳座环强度的主要因素．通过对水轮机蜗壳座环强度影响因素分析，得到以下结论：(1)影响蜗壳座环强度的主要因素是蜗壳与固定导叶的相对位置、蜗壳过渡段的形状和位置、蜗壳断面圆半径、固定导叶数以及各主要板件的厚度．(2)一个强度性能好、合理的水轮机蜗壳座环结构型式应该是，蜗壳断面圆或其延长线与座环环板的交点应落在固定导叶内，到固定导叶外切圆的距离一般占固定导叶径向长度的28％-47％；蜗壳过渡段最好为蜗壳断面圆的圆弧，其次是弦或靠近该弦的斜线；要有足够数量的固定导叶．