水泵水轮机在水轮机工况下转轮内不稳定流动及其演化

为了揭示水泵水轮机水轮机工况转轮内的不稳定流动及其演化过程,以模型混流式水泵水轮机为研究对象,对选定导叶开度下水轮机S特性区附近工况进行数值模拟研究,捕捉该开度下的转轮内不稳定流动并进一步揭示其产生机理。结果表明：沿等开度线,转轮内部出现了非定常涡以及旋转失速。其中,旋转失速表现出稳定的周期性特征,失速团造成通道严重阻塞,并以亚同步转速在叶片通道内传播。进一步分析表明,旋转失速由转轮内的非定常涡发展而来,涡结构发展造成的部分叶片通道阻塞促使了这一转化过程。     

基于小波变换的离心风机弱失速特征分析

结合实验室4—73Nd8D风机进行了旋转失速试验,将谐波小波变换引入旋转失速的研究,通过对弱失速阶段机壳压力信号的时频分析,确定了弱失速阶段的失速能量间歇现象、频率特征以及在弱失速阶段对调节作用的敏感性,从而说明离心风机的弱失速阶段是一个应该引起运行、维修人员足够重视的重要区域,这也为离心风机旋转失速的深入开展研究莫定了基础。     

满负荷工况下水泵水轮机动静干涉效应研究

动静干涉引起的压力脉动主要是叶片通过频率及其倍频。这些频率的压力脉动在无叶区、活动导叶和固定导叶以及流道上游传播和反射,极大地影响机组的安全稳定运行。本文基于可压缩计算方法,获得某高水头水泵水轮机满负荷工况下1倍和2倍叶片通过频率压力脉动,通过分析其幅值和相位的分布特征,探索了压力脉动传播特性。     

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。     

混流式水轮机功率异常波动成因分析

石门坎水电站混流式水轮机组在部分负荷下运行时,机组有功功率波动过大导致该电站无法并网发电。采用SST湍流模型对该电站水轮机在偏工况下的三维不稳定流动进行了仿真计算,重点分析了尾水内部压力脉动特性,研究发现：尾水管空腔涡带振动频率与发电机自振频率发生共振是引起机组有功功率摆动过大的主要原因。     

龙首二级(西流水)水电站水轮机能量特性检验

机组的能量特性检验对水电站的安全运行有着非常重要的意义。国内的检验方法普遍不够先进,本文中的特性检验采用的是拥有世界上最先进的水轮机CFD计算技术的KV-ERNER公司的技术,通过对黑河龙首二级(西流水)水电站4#机组的现场能量特性试验检验,证明了该技术在水轮机能量特性检验上效果突出。通过检验不仅对电站今后运行有一定的参考意义,而且对同类机组在今后国内的设计、制造以及研究提供了可借鉴的特性参数。     

涡流发生器对潮流能水轮机叶片流动分离特性影响研究

当来流速度过大或在大攻角来流工况下,潮流能水轮机叶片边界层会发生流动分离,导致获能效率降低,甚至会使叶片发生失速破坏。针对上述问题,该文将涡流发生器（VGs）理论与水轮机叶片设计相结合,开展VGs对潮流能水轮机叶片流动分离现象的抑制机理研究。以NACA63418翼型设计的潮流能水轮机叶片为研究对象,分别建立带和不带VGs的叶片三维模型,应用CFD方法研究VGs对潮流能水轮机叶片的流动分离特性影响。结果表明：水轮机叶片流动分离主要发生在吸力侧表面叶根部分,随着流速的增大会沿叶根向叶尖径向扩展;VGs能有效减小水轮机叶片吸力侧表面分离区域,抑制流动分离现象发生;在该研究中,安装VGs后水轮机叶片整体获能性能提升明显,获能系数增加0.5%~5.0%,且能增加潮流能水轮机运行稳定性。     

大型风电场电网三相短路故障暂态分析

采用计算机仿真的方法,对大型风电场在电网发生三相短路故障时的暂态特性进行了研究.在首先建立了主动失速型风力发电机数学模型和仿真模型的基础上,研究了当装有失速型风力发电机组的风电场的外部电网发生三相短路故障时,风电场以及机组主要参数的暂态响应,深入分析了风力发电机组和配套的设备在电网故障时的动态特性.研究结果表明,三相短路故障引起的电压振荡为机组和电网的正常运行带来不利影响,常常会引起机组保护动作.     

水泵水轮机甩负荷瞬态过程叶间流场分析

为研究甩负荷过渡过程水泵水轮机内流场特性,以某抽水蓄能电站水泵水轮机模型为例,采用网格壁面滑移技术与DES湍流模型对机组甩负荷过程进行三维瞬态数值模拟,基于湍动能、压力等信号提取叶间流场演变特征。结果表明,后1/3导叶域及其后流道内压力脉动剧烈,50%导叶关闭后,无叶区内形成带圆周速度的水环阻碍水流进入转轮;66.7%导叶关闭后,转轮叶间流道内出现涡旋,在较大压力梯度作用下旋转失速涡带扩散加剧流动分离,阻塞转轮流道。甩负荷过程尾水管内先充满与转轮同向的旋流,紧接着靠近内壁侧出现空腔且外壁侧旋流量减小,然后内壁侧出现与外壁侧旋向相反的回流。研究结果为良好运行性能的机组设计奠定了基础。     

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。     

基于GSA的水轮机调速系统非线性PID控制参数优化方法研究

水轮机调速系统是水电机组的核心控制系统,调速器控制参数优化与机组的安全稳定高效运行直接相关。针对现有研究的不足,建立了非线性调速系统模型,采用综合特性曲线描述水轮机模型,采用弹性水击模型描述压力引水系统特性;在此基础上,结合引力搜索算法(GSA)的优点,提出了基于GSA的非线性PID控制参数优化方法,并以我国某实际水电机组数据建立仿真模型,比较了不同优化方法和不同PID控制规律的组合控制效果。结果表明,基于GSA的水轮机调速系统非线性PID控制参数优化方法,能有效提高孤网运行条件下机组的动态品质。     

喜河水力发电厂自动复中调速器概述

介绍了喜河水力发电厂三台机组水轮机调速器技术规范、功能特点、工作原理、运行状态转换、主要电气元器件特性以及开停机特性。     

水泵水轮机调相运行水环内部流动分析

水泵水轮机调相运行是抽水蓄能机组转换工况的一个重要过程,在泵工况下压水起动过程中,转轮腔体内注入压缩空气以降低泵启动所需功率。以中比转速水泵水轮机的模型为例,基于RNGκ-ε湍流模型,采用VOF多相流模型对水泵水轮机运行在泵工况压水起动阶段的水环现象进行非定常流动分析,探讨水环现象下不同冷却水流量对无叶区内部流动的影响。结果表明,空气与水在无叶区内形成明显的交界面,构成一定厚度的水环,该水环可有效阻止空气从转轮腔体内泄露至蜗壳内,起到对空气的密封作用。同时在不同冷却水流量下,无叶区内的压力脉动均呈动静干涉现象,其主频为叶片通过频率。     

基于谐波小波变换的4_73风机压力侧失速特性分析

在对离心风机压力侧失速的形成机理定性分析的基础上,通过对4-73风机的实验研究,发现4-73风机存在压力侧失速现象,并采用谐波小波变换对于压力侧失速的时频特性进行了分析。在分析中,对于时域定位能力较差的正交谐波小波进行频域光滑处理,在旋转失速的分析中引入非正交谐波小波变换,分析结果证明了谐波小波变换对于离心风机旋转失速特性分析的有效性。     

压气机近失速点的性能仿真及可转导叶的影响

压气机的不稳定边界包括失速边界和喘振边界,对压气机工作特性有着重大的影响,甚至会对其造成严重损害,所以研究清楚近失速点的流场有着重要的意义。本文以某2.5级跨音速轴流压气机为研究对象,运用CFX计算其在全工况七种转速下的特性线;重点研究近失速点的内部流场,对比近设计点与近堵塞点流场状态,探究多级轴流压气机的失速特性与失速机理。对可转导叶的角度进行调整,将叶片向着叶片前缘吸力面方向和相反方向旋转相同的角度,计算50%,80%,100%转速下的特性线,发现在中高转速下流量压比特性线向左下平移,效率压比特性线向左平移更为明显,说明将叶片向着叶片前缘吸力面方向旋转可以起到推迟失速发生的作用。     

冷却塔水轮机与风机匹配解决方案

在冷却塔的节能改造中,水轮机替代电机直接驱动风机的模式已经得到了越来越广泛的应用。但是由于循环水系统的余能并不能简单确定,同时水轮机-风机机组与常规的水轮发电机组运行特性有很大的不同,在工程应用中,由于缺乏科学分析和技术指导而盲目上马造成改造失败的情况时有发生。为了确保达到要求的性能指标,在改造之前全面分析循环水系统的特征以及水轮机、风机特性,进行水轮机-风机联动关系的计算,并进行水轮机的合理选型并与风机进行最佳匹配,进而精确预算出机组的运行工况,得到改造后机组的转速以及系统流量、压力等关键参数,这样便提前预知了机组运行的效果,避免改造失败带来的经济损失和社会影响。     

叶片前缘偏转对H型垂直轴水轮机性能的影响

为提高传统直叶片升力型（H型）垂直轴水轮机的获能效率,提出一种带前缘可偏转叶片的新型垂直轴水轮机,利用计算流体力学（CFD）方法,结合重叠网格和动网格技术对这种新型垂直轴水轮机叶轮的水动力性能进行系统的数值模拟计算,分析不同叶尖速比下带前缘偏转叶片的垂直轴水轮机绕流流场,从而探究前缘偏转角度和偏转长度对这种水轮机动力性能和获能效率的影响规律。结果表明,根据叶片旋转到不同位置时实施前缘偏转可改变来流攻角从而减缓或抑制叶片吸力面的流动分离,有效改善其动态失速特性,进而使H型垂直轴水轮机的水动力性能和获能效率得到明显提升。研究发现,低叶尖速比下这种改善效果最为显著,可拓宽H型垂直轴水轮机高效运行的工作范围。     

旋向对竖轴潮流能水轮机阵列特性的影响分析

应用竖轴水轮机阵列水动力性能预报程序研究潮流能水轮机阵列水动力干扰现象。分析单体的相对旋转方向对其自身水动力响应以及对阵列整体获能效率的影响方式、影响程度和影响规律。研究表明:反向旋转水轮机组整体获能效率明显比同向旋转对应值高,水轮机间距越小,反向旋转的优势越明显。和同向旋转相比,反向旋转转子力矩系数均值大,对应的峰值高。较之于同向旋转情况,反向旋转情况下水轮机叶片合力均值略大。     

水平轴风力机静态失速特性

采用叶片表面边界层理论分析,三维旋转流场的数值模拟以及实验风力机模型的流动测量方法对水平轴风力机的静态失速特性进行了较为系统的研究。研究表明,旋转速度使得实际三维旋转风轮翼型表面的静压分布与二维非旋转条件下翼型表面静压分布产生较大差别,这是造成静态失速的原因之一。     

中低比转速混流式水轮机空化与水力振动分析

针对中低比转速水轮机空化、振动问题比较突出的现象,以大桥电站水轮机为例,采用分离涡模型(DES)对其进行了三维CFD计算,得到了活动导叶、转轮和尾水管内的压力分布、速度分布及压力脉动特性。结果表明,转轮空化发生在叶片出水边靠近下环的区域,与实际情况相符;机组在高水头、大开度工况下,振动更突出,振动频率为机组旋转频率的整数倍,表明振动主要由转轮造成,而非尾水管涡带引起的。