我国研制出世界最大容量水轮机导水机构

中国长江三峡集团公司专家组3月22日在哈尔滨宣布，哈电集团哈尔滨电机厂有限责任公司为三峡工程自主研发的世界最大容量800兆瓦水轮机导水机构，经专家组反复检查确认，装配的各项技术参数均满足设计规范要求，标志着一直困扰我国水电事业发展的大型混流式水轮机核心部件制造瓶颈被成功突破，进一步提升了我国电力装备制造行业巨型机组的国产化能力和水平。     

论水电站导水机构的安装技术

导水机构的主要功能是使水流在进入转轮前形成环量,并根据机组的功率要求调节流量,水轮机停止运行时导叶关闭切断水流,针对水轮发电机组导水机构安装过程中极易发生吊装变形问题,结合工程实例,对水电站导水机构的安装作浅述。     

混流式水轮机导水机构二重叶栅的流动

阐述了用计算流体动力学CFD（Computational Fluid Dynamics）技术研究水轮机导水机构二重叶栅内部流场性能变化的方法,研究了不同工况流场的速度、压力及二重叶栅能量损失的变化规律,数值解析结果与实验结果吻合。研究表明,导水机构内部流场的变化直接影响到转轮进口流动条件和水轮机运行的稳定性,数值解析结果对优化设计及安全运行具有指导作用。     

高坑水电站机组过速保护的探索

1水电阻容量的确定 根据已设置了水电阻的高坑水电站实际运行经验,以及水轮机涮保计算标准（要求小型机组在甩100％负荷时,机组的速率上升β值必须小于或等于60％）进行分析计算,可知当水轮机导水叶（或针阀）由全开位置,关闭至空载开启位置,其操作时间控制在25～30s（手动操作）以内时,水电阻必须能够吸收机组额定功率的60％才能满足要求。也就是说,水电阻的容量可按机组额定容量的60％进行选定。     

水轮机导水机构力学特性测试研究

提出一种实测方法分析水轮机导水机构的力学特性，并指出压紧特性的测试不仅能提供导水机构闭紧时的载荷条件，而且对了解并改善它的受力状态均有意义。上述结果在某厂的实测中得到了验证。     

基于CFD的水轮机导叶翼型数值模拟及分析

基于RNGk-ε湍流模型和三维雷诺时均N-S方程,采用SIMPLEC算法对一个高水头、低比转速混流式水轮机进行全流道三维定常湍流计算,分析活动导叶翼型对水轮机性能的影响.数值计算结果表明,采用对称型和负曲度活动导叶可减少高水头低比转速水轮机导水机构中的漩涡、撞击和叶道涡,可使转轮的效率和出力增加,叶片背面的汽蚀得到改善.     

水电站导水机构安装方法分析——糯扎渡水电站导水机构安装为例

根据糯扎渡水电站水轮机导水机构的结构形式、设计特点,以及该系统在安装过程中出现的问题及处理措施,简述对导水机构安装工序、质量控制要求及技术控制措施,并对关键工序的技术要点做了详细论述,为后续机组的设计加工以及施工提供借鉴。糯扎渡水电站导水机构主要由下止漏环、底环、导叶、顶盖、控制环、筒阀及相关附件组成。下止漏环在工地进行定位、加工;顶盖分为4瓣,工地进行组装;筒阀分为2瓣工地组圆后与顶盖一起调整并吊入水机室导水机构预装工作完成。     

贯流式水轮机导水机构流场分析及数控加工

利用Unigraphics 及Fluent软件对贯流式水轮机锥形导水机构进行三维造型设计和流场分析，并利用UG/CAM对导叶进行干涉检查以及模拟仿真加工，生成刀位加工代码，配合机床有效地加工，更好地解决了锥形导叶全关时的空间密合问题.     

基于转轮换型的水轮机增容改造

对新旧型谱系列模型转轮的性能进行分析，结果表明： Ｄ０６ Ａ 转轮过流能力远大于 Ｈ Ｌ１６０ 转轮，能量特性及空化特性同时优于 Ｈ Ｌ１６０ 转轮，但对同一导水机构 Ｄ０６ Ａ 水轮机导叶最大开度比 Ｈ Ｌ１６０ 要大．由流道对比得出两种转轮互换性很强．实践证明用 Ｄ０６ Ａ 转轮替代 Ｈ Ｌ１６０ 转轮可增容 ２０％ ．     

谈电站中水泵水轮机安装技术分析处理

本文叙述了水轮机的安装特点,分析座环与蜗壳的组焊、球阀及上下游延伸段的装配,导水机构的安装等施工中遇到的问题及处理,为设计和制造提出改进性的方案作参考。     

低比转速径流式水轮机的流动研究及设计

非常规水轮机通常采用低比转速径流式，这种型式水轮机在国民经济建设各领域的应用越来越多，但人们对这种水轮机的研究还很少．因而针对这种水轮机如何确定流量很小等特殊条件下的导水部件型式，以及如何正确地认识导水部件内部及其到转轮前的流动状况等关系到设计参数的实现和能量性能优劣的问题，进行了理论分析、流动模型假设、结构设计，并选择了若干种方案进行能量试验验证．试验结果表明：作者采用的导水部件及流动模型是合理的，设计方案是正确的，为同类水轮机的研究、设计作了有益的探讨．     

基于LBM的贯流式水轮机甩负荷特性研究

基于格子Boltzmann方法(LBM),采用壁面自适应局部涡黏模型,对原型贯流式水轮机甩额定负荷的瞬态过程进行了大涡模拟,获得了在活动导叶两段关闭方式下水轮机甩负荷过程中转轮转速、水力矩、轴向力等工作参数的变化规律,探讨了贯流式水轮机在甩负荷过程中导叶和转轮前后的水压变化.计算得到甩负荷过程中转轮最大转速上升率为36.7%,满足电站甩负荷调节的要求.较慢的导叶关闭速率可以降低水压力波动的幅度.对甩负荷过程中水轮机各过流部件内的瞬态流场进行了分析,结果表明:在水轮机甩负荷过程中,水流冲角的变化使得叶片表面产生低压区从而引起空化空蚀,在转轮和尾水管内部存在湍流涡及复杂的二次流动,影响系统的运行稳定性.     

含沙水水轮机导水部件模型实验装置

叙述了新研制的含沙水水轮机导水部件模型实验装置的设计、功能及测试方法。该装置简单、功能多,可用于水轮机引水、导水部件的流场研究与方案对比,也可用于含沙水流在管路及阀门中的流动及水泵工作特性研究;提出的含沙水时流场测压的内外平衡法,解决了测压孔易堵塞的难题。     

不同固相体积分数下水轮机内部两相流动的数值模拟

基于N-S方程,运用k-ε-Ap模型,采用笛卡尔坐标系、混合四面体非结构网格和SIMPLE算法,将混流式水轮机蜗壳、固定导叶和活动导叶作为耦合整体,对引水、导水部件在不同固相体积分数的含沙水两相流介质流动时的内部流场进行数值模拟计算.探讨不同固相体积分数下引水、导水部件内部流场两相流动机理,分析和预测不同体积分数的泥沙两相流动时蜗壳、固定导叶、活动导叶等部件的泥沙磨损状况.研究结果表明,不同固相体积分数时水轮机引水、导水部件内部流动特性具有明显差异,各部位磨蚀状况也各不相同,这与电站的实际磨损情况基本吻合.     

混流式水轮机引水、导水部件内部固液两相流动的数值分析

基于N-S方程,运用k-ε-Ap模型,采用直角坐标系、混合四面体非结构网格和SIMPLE算法,将混流式水轮机蜗壳、固定导叶和活动导叶作为耦合整体,对引水、导水部件在含沙水两相流介质流动时的内部流场进行数值模拟计算.分析水轮机引水、导水部件内部流场两相流动的机理,对泥沙两相流动时蜗壳、固定导叶和活动导叶等部件的泥沙磨损进行分析和预测.研究结果表明,蜗壳包角从0°～320°的外侧壁、特殊固定导叶的头部及工作面靠近头部位置、活动导叶头部及工作面靠近头尾部的区域,属于磨损严重区域,与水电站的实际磨损情况基本吻合.     

基于大型水电站水轮机导水机构主要结构特点及安装标准的研究与探讨

本文以三峡大型水电站ALSTOM/HEC水轮机导水机构为研究对象,从其结构特点分析与安装工艺技术标准探讨这两个方面入手,对其进行了较为详细的分析与阐述,并据此论证了做好这一研究工作在推动整个水电站处理系统安全、高效运行过程中所起到的至关重要的作用与意义。     

微水头灯泡贯流式水轮机支撑及导叶联合设计

为了研究在1m左右的微水头的工况下,不同导流结构对灯泡贯流式水轮机内部流态及能量特性产生的影响,通过数值模拟方法,对无活动导叶的原方案进行优化,结合两种不同的支撑及两种不同宽度导叶下共六种不同方案的水轮机进行内部流场分析及性能研究.结果表明:水轮机增加导叶后,使水流在进入转轮前产生环量,但也增大了转轮前流道的水头损失;宽导叶导流后水流的切向速度及动量矩最大,但在圆周方向水流分布不均匀;窄导叶对水流的影响小于宽导叶;弯曲型支撑则将支撑和窄导叶结合起来,也结合了两者的优点,结构简单,转轮前水头损失较小,转轮进出口动量矩不是最大的,但水流对转轮的作用力矩最大,效率提高了5.8%,达82.7%,叶片表面压力变化梯度较小,空化性能良好.     

对水轮机导叶最优关闭规律的探讨

水电站运行的大波动过渡过程中,为了最大限度地减少水压上升值与转速上升值,通过导叶关闭规律来解决大波动过渡过程中水电站的运行安全问题是最经济的有效措施之一.目前,普遍采用导叶两段或三段关闭规律,实践表明,随着水轮发电机组容量的增大和水轮机工作水头范围的增大,这种固定的两段或三段导叶关闭方式不能有效地控制机组在大波动水力过渡过程中的稳定性.提出了根据水轮机工作参数的变化实时地改变导叶关闭方式的非固定模式的导叶关闭方式,能更有效地提高水电站运行的稳定性和安全性.     

并排水平轴潮流能水轮机组水动力特性研究

基于FLOW-3D软件平台建立三维水动力计算模型,研究水轮机横向间距、相对安装高度和来流速度对二台并排布置的水平轴潮流能水轮机组的水动力特性的影响。结果表明:随着横向间距的增大,水轮机组受到的与来流方向相同的最大水流作用力有一定减小,最大降幅达6.62%,尾流场中水流加速区域的最大流速也略有减小,最大降幅约1.21%;水轮机组相对安装高度和来流速度的改变,对其飞逸转速、最大水流作用力以及尾流场有显著影响。     

应用三维空间导叶的混流式水轮机流动

为减小混流式水轮机转轮内的叶道涡,设计了两种三维空间导叶,推导了流量调节方程,采用了全三维全流道的湍流计算方法,完成了从蜗壳进口到尾水管出口,包含所有流道在内的数值计算;并进行了模型对比试验。结果显示:应用三维空间导叶对水轮机能量性能没有太大的影响,但是增大了活动导叶上部的水流出口角,从而减小了转轮叶片进口处的冲击,尤其是在高水头、小开度情况下,上冠处的冲击和脱流比二维常规导叶有明显改善,降低了叶道涡发生的可能性,提高了水轮机的运行稳定性。