冷却塔水轮机转轮结构优化及模态分析

基于AnsysWorkbench平台,考虑不同工况及不同水轮机材料,对某冷却塔水轮机转轮进行流固耦合分析.通过对转轮过流面及叶片的水压力分布计算,将得到的水压力载荷加载到转轮叶片上,进行转轮体结构分析,得出不同工况和材料下转轮的应力分布及变形情况.对转轮进行干湿模态分析,得到转轮在两种情况下的固有频率和振型,并用试验验...     

HL638-WJ-84型水轮机增容改造及数值预测

在无合适的新型转轮替代老转轮的情况下,可以采用减少叶片数以及切割叶片出水边的方法得到易于实施的改型转轮,从而达到增容改造目的.运用三维建模软件Pro/E进行建模,ICEM进行网格划分(非结构化网格),选用标准k-ω流模型以及SIMPLEC算法,Fluent 14.5进行水轮机全流道定常模拟计算,可以得到比较准确的水轮机外特性预测结果.水轮机全流动数值模拟计算可以为增容改造方案的可行性提供依据.以HL638-WJ-84型水轮机为研究对象,以减少转轮叶片数且切割出水边为改型方案,数值模拟了不同工况下改型前后水轮机的内部流动.外特性结果表明:改造后水轮机的最优效率区向大流量区域偏移,当转轮运行在限制工况时,改型后转轮出力比改造前增加16.35%.据此方案改造转轮,机组实际增容23%.     

混流式机组转轮的有限元计算及裂纹成因分析

利用ＩＤＥＡＳ软件对大型混注式水轮机组转进行有限元计算,求得转轮叶片的应力分布情况和转轮的固有频率。将计算结果与转轮叶片出现裂纹的实际情况对比发现较大应力区与实际裂纹出现的部大体上是一致的。     

转轮叶片裂纹分析，检测及处理

转轮是水轮机核心部件，转轮的叶片出现裂纹会严重威胁水电厂的安全运行。通过对水轮机转轮叶片进行有限元计算分析，得出应力过于集中通常是叶片裂纹产生的主要原因，此外，叶片也存在设计、制造、运行方面的问题，为此，介绍了水轮机转轮叶片裂纹无损检测的常用方法和一般工艺。     

混流式水轮机转轮动载荷作用下的应力特性

许多大型水轮机投产后短期内都出现了不同程度的裂纹问题,研究表明动应力值较大是引起转轮叶片产生疲劳裂纹的主要原因之一。该文对万家寨二号机组转轮进行了流固耦合计算,发现较大应力区与实际裂纹出现的部位基本一致。接着进行了动载荷作用下转轮的瞬态动力分析,采用Newmark算法得出了导叶开度变化时转轮的应力分布,当动载荷变化频率较大时,算出动应力大致在15～20MPa左右,与经验值比较接近。这些结果印证了动应力值过大是叶片产生裂纹的主要原因,从而为水轮机在设计阶段就进行优化提供了可能。     

变工况下贯流式水轮机叶片形变分析

针对贯流式水轮机在变工况下的叶片变形,基于RNGk-ε湍流模型和SIMPLEC算法,应用流场仿真软件CFX对贯流式水轮机三维全流场进行多工况定常数值计算,将计算结果通过ANSYS软件下的WORKBENCH结合流固耦合特性对叶片的静应力和形变总量进行分析.结果表明,在协联工况下,相同水头下的叶片应力和水轮机出力成正比,最大等效应力出现在叶片与轮毂相交处,最大形变量出现在叶片轮缘处;在非协联工况下叶片的形变量大于协联工况下的变形量,而且叶片上的应力分布也不均匀.     

带分流叶片水泵水轮机特殊工况内部流场特性

基于国内某抽水蓄能电站建立的水力模型并结合该模型试验报告,采用SSTk-ω模型计算带分流叶片水泵水轮机7.5°导叶开度下零流量工况附近的制动工况和反水泵工况,进行定常和非定常数值模拟,研究其内部流场压力分布、速度流线分布及径向力分布规律.结果表明:计算流体动力学数值计算可以很好地模拟分析带分流叶片水泵水轮机的内部流场特性;制动工况下的流态很差,涡结构充满整个流道引起水流拥堵且成不对称分布;反水泵工况导叶和转轮出现了严重的流动分离,水流在叶片中上游发生冲击;分流叶片的存在减小了负压区域,降低了汽蚀现象发生的可能性,有助于水轮机内部水流流动更加平稳;带分流叶片水泵水轮机的径向力在一个周期内的变化规律与转轮叶片数强关联,峰谷值个数与叶片数相对应.     

混流式水泵水轮机密封间隙流动分析

基于N-S方程和RNGk-ε湍流模型,利用CFD软件CFX对含减压管和转轮上冠密封间隙的某水电站原型水泵水轮机进行三维定常全流道数值模拟.分别对上冠密封间隙值为1.5、3.0、4.5 mm时,出力为60%、70%、80%、90%、100%额定出力工况下的原型水轮机进行全流道数值计算,探讨不同转轮上冠密封间隙值对混流式水泵水轮机转轮上冠密封间隙腔、顶盖与上冠间的压力腔流场的影响;分析上冠密封间隙值的大小对机组稳定性的影响.结果表明:在出力相同的工况下,顶盖下压力腔中平均压力随上冠密封间隙值增大而增大;在不同出力工况下,压力腔中平均压力随间隙值变化的程度不同,随着出力的增加变化的程度会增大,而轴向力也会随着密封间隙的增大发生变化.     

水泵水轮机内部压力脉动特性研究

为了研究水泵水轮机内部不同部位处的压力脉动特性,采用计算流体动力学软件对设计工况点下水泵水轮机三维全流道内部流动进行了非定常数值计算,同时监测了蜗壳隔舌附近、顶盖处、转轮与活动导叶之间以及尾水管锥管处的压力脉动。通过分析计算所得的压力脉动结果表明:机组顶盖区域压力脉动相对较为明显,水轮机工况下的脉动频率以2倍叶倍频为主,水泵工况时脉动频率以1倍的叶倍频为主;对于转轮与导叶间的无叶区域,水泵工况和水轮机工况脉动频率均为1倍叶倍频,且该处的监测点的压力脉动频率主要由于转轮与活动导叶之间的动静干涉产生;在转轮内水轮机工况时的压力脉动频率呈现多样性,水泵工况时则都以转频的倍数为主;尾水管直锥段的主频率在最优工况下等于1倍叶倍频,振动幅值较小。     

基于CFD的转轮叶片对虹吸式水轮机水力性能的影响分析

为了更加高效地利用超低水头水力资源,设计了一种采用虹吸式出水流道的轴流式水轮机。针对这一形式的水轮机,在设计水头和额定转速下采用CFD进行三维数值模拟,计算各过流部件的水力损失,研究水轮机的水力性能。通过改变转轮叶片出水边翼形,对比分析转轮出口水流流态与虹吸式出水流道水头损失的关系,研究不同叶片对虹吸式水轮机水力性能的影响。结果表明,在水头、转速和导叶开度相同的情况下,各修改方案中叶片3使得出水流道水头损失较小,其对应的平均涡角为13.26°,出水流道水头损失为0.135 m,水轮机的效率也较高(为89.33%)。此外,选取效率较高的叶片,改变叶片数量,分析其对虹吸式水轮机水力性能的影响。     

混流式水轮机转轮应力场的有限元分析

混流式水轮机是大型水电站的重要设备之一,在运转中,水轮机转轮的叶片上常常有疲劳裂纹发生,本文借助于有限元法给出了叶片中的应力场,并提出了产生疲劳裂纹的原因,同时还讨论了叶片的工作载荷,为研究混流式水轮机转轮叶片的疲劳强度提供了有用的资料。     

确定大型混流式水轮机转轮设计应力谱的新方法

本文给出了由水轮机的出力确定叶片应力的简便方法。根据现场采集的出力数据,经过统计分析,可获得叶片上任何一点的应力分布函数,这就是设计用的载荷谱,它是转轮疲劳强度计算的重要数据资料。     

红山嘴电厂三级电站1#机组振动原因分析及处理

2001年大修期间,对1#机组进行重点检查后,我们分析振动原因主要有以下几点：(1)水轮机的水力不平衡。经检查,发现1#机组转轮14个叶片有不同的汽蚀现象,每个叶片进出水边均呈蜂窝和沟槽状,其中有4个相邻叶片出水边己全部被汽蚀,固定和活动叶片也有不同程度的汽蚀,水流流态紊乱,水流失去轴对称,在转轮上产生了一个不平衡的横向力,造成机组受力不均,产生振动;     

水轮机叶片制造技术发展综述

水轮机转轮是水轮机的心脏,承受着长时间强烈的动载荷作用,是传递能量的主要部件,叶片的形状复杂,扭转程度大,翼型是三维空间不可展曲面,且进出水边厚度变化大,制造十分困难。本文主要介绍了几种水轮机叶片制造技术,并对水轮机叶片制造技术进行了展望。     

轴流转浆式水轮机桨叶的动应力特性

通过对轴流式水轮机全流道内流场进行13个稳定运行工况的非定常流场计算,得到不同工况下转轮桨叶表面非定常水压力载荷,并利用顺序流固耦合方法对桨叶在各种工况下的动应力特性进行计算分析。结果表明:在下游水位下降、机组水头升高时,机组在小功率工况下水力稳定性变差;同时表明机组长期在高水头小功率条件下运行时,由于水压力脉动引起的较大动应力是造成桨叶微裂纹的主要原因。计算结果可为水轮机其他零部件的应力特性及疲劳裂纹分析提供参考。     

浅谈水轮机转轮裂纹修复

水轮机转轮是水轮机重要的组成部分,水轮机转轮轮毂与叶片间过渡区在力学性能上是整个转轮的薄弱环节,通过研究表明,此区域在转轮工作运行中比较容易发生裂纹。这一问题是对水轮机的工作产生了很大的不利影响,本文主要通过自己的工作经验提出了一些合理修复水轮机裂纹的办法,希望能为水轮机研究提供一些帮助。     

含减压管的混流式水轮机转轮密封数值模拟

为了分析混流式水轮机中的减压管对水力发电机组稳定性的影响,通过对含减压管和转轮上冠密封间隙的水轮机进行三维全流道数值计算,分析了减压管和转轮上冠密封的建模过程,并且依据计算模型和相应的边界及工况条件,分析了减压管的存在对转轮上冠密封间隙、顶盖和转轮上冠之间压力腔的流场的影响作用.模拟计算结果表明,顶盖和转轮上冠之间的压力腔中压力自外缘至旋转中心呈抛物线趋势变化;在机组设计和运行时要考虑减压管的设置以预防弓状回旋振动的发生;减压管中水流流入尾水管后不对尾水管流场产生影响.     

某型火箭发动机涡轮转子流热固耦合强度及疲劳寿命分析

针对某国产型号液体火箭发动机涡轮泵在试车时转子叶片产生裂纹的问题，采用ANSYS流热固耦合方法，对叶片进行三维有限元仿真计算，提出了叶片顶部加围带的改型设计方案。对原始模型进行强度计算时考虑了启停工况各关键时间点的流动、传热、瞬态温度场、转速的影响，计算出叶片运行过程中的应力分布，确定产生裂纹的原因是启动过程中部分进气的气流冲击应力过高，且叶片型底前缘应力集中区域的高周疲劳安全系数过低。对改型设计方案进行仿真计算，结果表明：稳态综合加载时改型方案叶片最大等效应力比原模型下降了2 MPa,位置是叶片的型底背弧处；启动0.35 s时改进模型叶片最大等效应力下降2.73%,停机过程中最大等效应力降幅为0.53%;改型方案叶片高周疲劳安全系数均大于1.4的要求，叶片低周疲劳循环次数为22次，与原始模型相比降低了1次，仍满足要求。改型后发动机已安全飞行数次，证明改型方案符合设计要求。     

基于长短叶片混流式水轮机压力脉动分析

为了探讨长短叶片混流式水轮机的压力脉动规律,采用SST模型,探讨多种工况下水轮机的速度分布、压力变化以及多监测点的压力脉动情况。研究结果表明:转轮出口处流动过程极为复杂,蜗壳与转轮存在动静干涉,且随着流量的增加,蜗壳与转轮的动静干涉效应越明显。转轮区域压力脉动的产生是因为导叶出口水流流动不均匀,造成导叶及转轮间动静干扰。     

基于小波神经网络的水轮机叶片裂纹源的定位技术

针对水轮机结构复杂等特点,传统的时差定位及模态定位方法不能满足其裂纹水轮机叶片定位要求,提出利用小波神经网络对水轮机转轮叶片的裂纹进行定位.训练采用标度共轭梯度算法(SCG),并对输出结果采用竞争处理方式.结果表明,与BP网络相比,小波神经网络提高了定位的准确度,所确定的裂纹位置最大误差仅为4.2%,是一种适合复杂结构的定位方法.