某大型抽水蓄能电站水泵水轮机转轮强度及模态分析

抽水蓄能电站中由于机组工况转换频繁、正反转运行,因此对于水泵水轮机转轮结构强度及性能具有较常规机组更高的要求。本文以国内某大型抽水蓄能电站转轮为研究对象,建立了水轮机全流道三维模型,并基于ANSYS Workbench平台对不同工况下的水泵水轮机转轮进行了单向流固耦合计算,得到水轮机工况及水泵工况下转轮的静应力分布及分布情况,并展开两种运行工况下转轮的模态分析。计算结果表明：机组在相同水头的水轮机工况下运行时,随着导叶开度的增大,转轮的最大静应力及位移均呈现减小趋势;但水轮机工况与水泵工况下,叶片的最大静应力普遍发生于叶片外缘,可采取适当加厚、检查圆滑过渡等措施予以预防和避免应力集中。通过模态分析,发现转轮流固耦合第一阶振动固有频率与导叶出口的不均匀流脉动频率接近,需调整转轮固有频率以避免共振现象的发生。     

可逆式水泵水轮机多目标优化设计及流动研究

传统水泵水轮机设计方法设计周期长、成本高,且十分依赖于设计经验。为此,介绍了一套适用于水泵水轮机设计的多目标优化设计系统,利用该优化设计系统,以叶片载荷和叶片倾角为优化变量,以水泵额定工况点的机组效率、水泵空化性能、水轮机额定工况点的机组效率及水轮机最优工况机组效率为优化目标,对某抽水蓄能电站的水泵水轮机转轮进行了优化设计,得到了优化转轮。结果表明,该系统非常适用于转轮多目标开发设计,相比于初始转轮,优化后转轮4个优化目标均得到不同程度的提升;在水轮机额定工况下转轮流线分布明显改善,有效提高了转轮叶片最低压力值。     

水平轴潮流水轮机转轮尾流特性数值分析

针对潮流水轮机转轮尾流对机组之间水力性能的干扰问题,利用CFD分析软件Fluent对单个水平轴潮流水轮机转轮模型和10倍转轮直径间距下的两台机组模型在额定流速条件下进行三维流场的数值模拟。结果表明,在水轮机转轮旋转平面内不同半径位置处的尾流流速恢复情况明显不同,离旋转轴线越远,尾流流速恢复越快,其流速亏损也越少;当水轮机组之间串列布置,且来流方向与旋转平面垂直情况下,下游机组运行受上游机组转轮的尾流影响较大,应尽量避免该布置方式。     

水泵水轮机转轮加装短叶片前后的流动特性对比

为对比高水头水泵水轮机的转轮加装短叶片前后的能量特性及流动特性,基于SST湍流模型,选取4个具有代表性的水泵及水轮机工况,对有/无短叶片的水泵水轮机进行全流道三维定常计算。数值模拟结果表明,以水泵运行时加装短叶片可抑制脱流与漩涡等二次流现象,降低单个叶片承受的水力载荷,提高转轮进出口、导叶区及蜗壳静压,使泵获得更高的扬程。水轮机运行时添加短叶片可减小转轮出口环量,改善在尾水管内形成的复杂漩涡流,提高其水力效率。相同边界条件下,长短叶片转轮改善了转轮区的流动条件,从而提升了机组的能量特性及水力稳定性。     

Auto CAD在水轮机设计中的应用

本文将水轮机过流部件的水力设计与ＡｕｔｏＣＡＤ软件相结合进行水轮机设计计算机绘图，建立了计算分析与优化、数据库系统和水轮机设计计算机辅助绘图于一体的现代水轮机设计的ＣＡＤ系统，它可用于水轮机蜗壳、导叶、转轮、尾水管等过流部件和水力机械结构设计。     

导叶不同开度下抽水蓄能机组水轮机工况内流特性分析

为了解抽蓄机组水轮机工况下活动导叶不同开度下的内流特性,以某抽水蓄能电站水泵水轮机为研究对象,基于SST k-ω湍流模型,进行活动导叶不同开度下全流道三维非定常数值模拟和分析,探讨活动导叶开度对过流部件内部流场的影响.结果表明:随着导叶开度的增加,水泵水轮机的流量增大,转轮力矩增大但增幅降低,效率先增大后降低.蜗壳整体上的压力沿周向分布比较均匀,从蜗壳进口到蜗壳出口均匀降低,水力损失较小;固定导叶形状及安放角与活动导叶搭配影响较大,小开度和大开度工况下活动导叶和固定导叶进口处水力损失大;压力变化线与进出口是否平行影响转轮内部流态,中开度转轮叶片做功最好;小开度工况下易产生偏心涡带,降低机组效率,不利于尾水管能量的回收,中开度工况下尾水管流态最好.研究结论对抽水蓄能机组运行提供了理论参考.     

黄坛口水电站增容改造方案研究与应用

针对黄坛口水电站机组出力不足的问题,从设计参数、运行性能、试验检测等多角度深入分析了黄坛口水电站水轮机出力达不到设计值的原因,基于现有的水力条件下,采用CFD流场分析的人力优化设计方法开展优化转轮设计,选择合适的水轮机型以达到机组增容的目的。改造后,在电站工况不变情况下,新水轮机各项稳定性能指标均良好,最大出力较原转轮增加10%以上,机组效率提升明显,增容改造经济效益显著。     

九子溪电站水轮机增容改造

介绍了为九子溪电站水轮机增容研制的新型转轮。实际运行结果表明,在电站工况不变和未采取其他措施情况下,新转轮使原机组功率增容相对幅值达１５．３％。机组在不利的小负荷工况下运行近４０００ｈ,未见磨蚀痕迹,抗空蚀、抗磨蚀性能成于原转轮,新转轮完全可替代老的ＨＬ７０２型号水轮机转轮。     

提高潮汐电站水轮机性能的试验研究

利用江厦潮汐电站３号机组水轮机转轮更换叶片的机会，重新设计了两套转轮叶片，并分别进行了能量特性试验，根据试验结果确定Ａ型方案最佳，其能量特性和汽蚀特性均达到预期效果。     

水斗式水轮机启动过程CFD模拟分析

水斗式水轮机启动过程中转轮所受冲击力较大,研究其流态和受力规律对优化启动步骤、保证机组安全与稳定有重要意义。采用三维CFD方法模拟分析了给定开度变化规律条件下的水斗式水轮机转速逐渐增大的过程,分析了力矩、流态、水斗叶片上压力值的变化规律。结果表明,启动初期,转轮节圆处所受冲击力最大,随着转速逐渐增大,脉冲压力幅值减小但频率增高。研究成果为进一步研究转轮结构动力特性奠定了基础。     

不对称二重叶栅对水轮机性能影响的探讨

对某水电站D75—35型水轮机的蜗壳、固定导叶、活动导叶内部的流动进行了解析计算，结果表明：受固定导叶不对称分布的影响，固定导叶和活动导叶内部的压力和速度分布不均匀，尾流较为明显，能量损失较大；压力和速度的脉动变化以及不均匀分布进一步延伸至转轮，将会造成转轮运行的不稳定，进而影响整个水轮机组的稳定运行。     

间隙模拟技术在贯流水轮机数值分析中的应用

介绍了间隙模拟技术,应用间隙模拟技术模拟桨叶轮缘与轮毂间隙的实际形状,并对贯流式水轮机桨叶间隙流动进行了模拟数值计算.以某电站为例,对电站转轮水力性能进行了数值计算和分析.与实况比较表明,间隙模拟技术能有效模拟内流道流动,并能准确计算协联工况点.     

基于CFD混流式水轮机上冠转轮泵结构优化研究

为研究中高水头混流式水轮机上冠转轮泵工作特性及优化可行性,以红山嘴一级电站3号水轮机为例,建立现转轮泵及11种结构优化模型,利用CFD商业软件,基于SST湍流模型对不同结构转轮泵在9种流量工况下展开数值模拟。将上冠流道泄漏水流动特性、主轴密封真空度及转轮泵效率作为研究指标,结果表明：上冠流道泄漏水流动特性依赖于转轮泵的结构类型;减小转轮泵“泵盖高度比”或斜置动泵叶对提高主轴密封真空度均有显著效果(最佳结构可提高66.9%),同时须兼顾其工作效率;额定工况下,转轮泵工作效率较低,建议转轮上冠开设合适的泄水孔补给流量提高其效率;该电站可将泵叶斜置45°、泵盖高度比H_p=0.0543的转轮泵作为最佳改进方案。     

Influence of setting condition on characteristics of Savonius hydraulic turbine with a shield plate

The aim of this investigation was to improve power performance of Savonius hydraulic turbine utilizing small stream for electric generation.An attempt was made to increase the power coefficient of runner by the use of flat shield plate placed upstream of the runner.The difference of the power coefficient is discussed in relation to clearance between the runner and the bottom wall and the rotation direction of the runner.The flow field around the runner was also examined visually to clarify influences of set...     

Floating type ocean wave power station equipped with hydroelectric unit

The authors have invented the unique ocean wave power station,which is composed of the floating type platform with a pair of the floats lining up at the interval of one wave pitch and the counter-rotating type wave power unit,its runners are submerged in the seawater at the middle position of the platform.Such profiles make the flow velocity at the runner is twice faster than that of the traditional fixed/caisson type OWC,on the ideal flow conditions.Besides,the runners counter-rotate the inner and the outer armatures of the peculiar generator,respectively,and the relative rotational speed is also twice faster than the speed of the single runner/armature.Such characteristics make the runner diameter large,namely the output higher,as requested,because the torque of the power unit never act on the floating type platform.At the preliminary reseach,this paper verifies to get the power using a Wells type single runner installed in the model station.The runner takes the output which is affected by the oscillating amplitude of the platform,the rotational speed and the inertia force of the runner,etc.     

小木岭二级站顶盖压力过高的成因分析及技改措施

针对小木岭二级水电站高水头混流式机组顶盖水压过高的问题,通过对机组实际运行数据和转轮结构的分析并结合理论分析,提出了改变转轮上冠止漏环型式并适当减小止漏环间隙以增强止水效果的技术改造方案,结果表明技改方案是成功的。     

导叶开度对混流式水轮机转轮内部流态的影响

基于数值模拟方法,以梯级水光蓄互补联合发电系统示范工程中的猛固桥电站混流式水轮机为研究对象,对水轮机在不同特征水头、不同导叶开度工况下转轮叶片表面受力及流道内流场特性进行研究,分析导叶开度改变对水轮机转轮内流态的影响规律。结果表明：导叶开度对于混流式转轮进口流态的影响较大,导叶开度越小入流速度波动程度越大,来流对叶片头部冲击越大,在进口处产生严重的冲击损失;随导叶开度减小,转轮叶片表面等压线与进口边夹角增大,在上冠交接区域产生小三角区低压,使转轮流道出口更易产生空化损失。     

灯泡贯流式水轮机在小流量工况下的内流特性分析

为了研究灯泡贯流式水轮机在小流量工况下的内流特性,以某水电站贯流式水轮机为研究对象,利用RNG k-ε湍流模型对全流道进行数值计算,分析在小流量工况下尾水管恢复系数和全流道流动情况,并定量分析水轮机部分过流部件的压力脉动情况。结果表明：在小流量工况下当电站水头和导叶开度不匹配时,尾水管的恢复系数减小,当尾水管恢复系数减小2%~3%时,机组效率降低1%;受转轮主流区和尾水管死水区的相互作用,在尾水管边壁会形成漩涡结构,有明显的回流且在边壁存在高速流体;在小流量工况下,机组主要受低频压力脉动影响,转轮进口处的主频是由在转轮转动和导叶提供机组环量时产生的,在尾水管中主要受频率为0.2 Hz的低频压力脉动影响,压力脉动系数沿尾水管出口方向依次增大,最大为1.75%。     

汽轮机结构元件的损伤和寿命评估

提出了汽轮机转子在高应力疲劳与高温蠕变变互作用下的损伤本构模型与寿命评估方法,以及用于汽轮机转子结构分析的基本方程与变分原理,利用“间置加载”型荷载谱的特点,提出两个基本假设,并根据初始循环应力应变场对损过程中的循环应力应变场进行了有效描述,可对汽轮机转子结构寿命进行评估。