鞍钢重机成为国内水电行业特大铸锻件制造基地

2007年6月26日，由鞍钢重机生产的国产第一件三峡发电机组下环、第三片叶片从鞍钢装车启运，不久将被安装在三峡发电机组水轮机上。三峡水轮机下环、叶片铸造成功，标志着鞍钢已具备生产大型先进水轮机转轮铸件的能力，此举打破了我国对此类铸件长期依赖进口的局面，为实现我国水电行业重大装备国产化迈出了重要一步。     

水轮机转轮下环精加工防变形技术

水轮机转轮下环的材料为马氏体不锈钢,下环是水轮机中技术含量最高,制造难度最大,制造周期最长的部件。由于下环吨位重、直径大、壁薄,在加工过程中极易变形,通过多方面的分析与确认,下环防变形的措施有装卡防变形、加工过程热应力释放放变形、吊运防变形、翻转防变形等。     

水力机械中多部件作用下轴对称流动的有限元解

本文给出水力机械中多个部件联合作用时轴对称流动的计算方法.该方法可以在同时计及转轮、转轮前后部件、轴面流道形状及工况变化等因素的条件下,给出机器内的流场特性.其中转轮前的流场特性,即轴面速度和环量分布作为整个流场中的一部分被解出.避免了转轮计算中来流特性给定时的不确定性,从而保证了转轮流场计算的准确性.这对于转轮前具有导叶、诱导轮或其它叶片式部件等情况下的计算有重要意义.计算以理想流体的欧拉方程和叶轮机械计算的准三元法为基础.方程利用有限单元法求解.给出了算例及其与试验结果的比较.     

三峡右岸电站转轮下环铸造防变形研究

为了解决三峡电站转轮下环的椭圆变形问题.分析了下环铸件生产过程中椭圆变形的原因,采用有限元分析方法对铸造过程进行有限元分析,制定了相应的工艺改善措施。研究结果表明:转轮下环的椭圆变形问题得到了很好的控制,满足了加工要求,铸件的质量达到了三峡电站转轮下环的技术标准要求。研究结论为大型电站转轮设备的国产化奠定了基础。     

基于涡动力学的可逆转轮双向流动诊断及优化设计

为了诊断可逆转轮的三维流场,引入局部涡动力学诊断方法,从叶片对流体做功能力分析过流部件的设计状况。通过对沿流线的截面上总压流的分解,找到对总压流产生不良影响的动力学根源和位置。根据诊断结果,通过在设计中改变叶片的环量分布,对可逆转轮进行了改进,提高了转轮的效率和气蚀性能。可逆转轮数值实验结果表明:在水泵工况,改进前后的转轮效率分别为91.3%和92.1%;在水轮机工况,改进前后的转轮效率分别为91.9%和92.4%;改进后气蚀系数降低了0.012。     

基于涡动力学的可逆转轮双向流动诊断及优化设计

为了诊断可逆转轮的三维流场,引入局部涡动力学诊断方法,从叶片对流体做功能力分析过流部件的设计状况。通过对沿流线的截面上总压流的分解,找到对总压流产生不良影响的动力学根源和位置。根据诊断结果,通过在设计中改变叶片的环量分布,对可逆转轮进行了改进,提高了转轮的效率和气蚀性能。可逆转轮数值实验结果表明:在水泵工况,改进前后的转轮效率分别为91.3%和92.1%;在水轮机工况,改进前后的转轮效率分别为91.9%和92.4%;改进后气蚀因数降低了0.012。     

混流式水轮机导叶与转轮的匹配关系

基于N—S方程和标准k-ε紊流模型，用数值模拟的方法分析了混流式水轮机活动导叶和转轮的匹配关系。计算了3种不同比转速水轮机对应导叶高度下的导叶和转轮的耦合流动，分析了活动导叶出流角与转轮进水角的匹配关系，活动导叶出流角和转轮进水角与活动导叶几何出水角的关系。结果表明，转轮从上冠到下环进水角不同，导叶沿高度方向出口轴面速度和转轮沿高度方向进口轴面速度是不均匀的，导叶沿高度方向出口速度矩和转轮沿高度方向进口速度矩也是不均匀的。用数值模拟的方法计算了水力损失，并通过与试验结果的比较，提出了水力设计或改型优化设计时的注意事项。     

混流式水轮机转轮磨蚀处理与防护

水轮机转轮是整个水轮发电机组的核心工作部件，含抄水流中的转轮容易遭受磨蚀破坏，是一个普遍存在的问题，并且也是一直困扰多泥沙河流水电站的难题。长期的研究与实践表明，恰当的选型与良好的水力性能、合适的材质与优良的制造工艺是水轮机抗磨蚀的最根本方法。但对已建成的水电站而言，采用合理的运行方式和一定的检修措施，可延缓或减轻水轮机的磨蚀。     

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。     

水轮机转轮桨叶截面展开图的样条(Spline)插值计算

转轮是水轮机的心脏,是水流能量转换为机械能的地方.桨叶是转轮上产生“升力”的重要部件,从流体力学性能和机械强度要求出发,桨叶的制造力求谁确.浆叶呈空间扭曲叶型,为加工与检验的方便起见,水轮机制造厂在生产桨叶时事先需制作“样板”.样板实际     

三峡模型水轮机转轮前后的流动特性

水轮机转轮前后流动特性的测试对于了解流动型态、改进水轮机的水力设计有重要意义。用五孔球测量三峡水电站模型水轮机转轮前后液动特性的结果,并对在最优工况及偏离工况下的测试结果作了初步分析。测试结果表明,最优工况的轴面速度分布规律介于一元理论及二元理论假设之间,数值偏大,沿转轮进、出口边的环量分布均为自上冠至下环逐渐增大。     

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。     

颗粒在水轮机转轮内的运动轨迹研究

根据颗粒在流场中的受力公式,推导出了低Re下颗粒在水轮机各通流部件上绝对运动的运动轨迹通解方程及高Re下的轨迹计算方程.在采用相对坐标的基础上,推导出了颗粒在水轮机转轮内的运动轨迹方程.还计算了不同颗粒在水轮机转轮内的运动轨迹.     

基于多路径传递的水电站厂房流激振动分析

为研究水电站厂房流激振动传导机制,对振动传递路径进行了分析,采用重整化群(RNG)k-ε模型对混流式水轮机蜗壳、导叶、转轮及尾水管全流道进行了三维非定常湍流计算.基于湍流计算结果对转轮部件上的脉动压力进行了积分计算,给出了解析计算和数值模拟相结合的轴向水推力脉动特性计算方法,并沿着蜗壳/尾水管→厂房结构、转轮→轴系→机架基础→厂房结构这两条振动传递路径对厂房振动进行了计算分析.结果表明:整个流道内压力脉动程度较大的区域主要集中在尾水管直锥段以及弯肘段,频率主要为0.83和1.02 Hz,即转频的1/5和1/4,受尾水管低频涡带向上游传播影响,蜗壳区也出现了低频脉动压力;轴向水推力是机组垂直动荷载的重要部分,具有明显的脉动特性,转轮上冠与顶盖、转轮下环与基础环之间的空腔压力是形成轴向水推力的主要组成部分;蜗壳/尾水管→厂房结构这条振动传递路径是最直接也是作用最明显的,是厂房振动的主要诱因.     

三维湍流流动计算方法在中小型混流式转轮增容改造中的应用

针对新疆某电站水轮机转轮增容改造 ,基于 k-ε模型的全三维湍流计算技术在流动计算中的应用 ,给出了混流式转轮在贴体坐标系下的湍流计算的基本方程组 .应用该方法编制的程序对该电站水轮机转轮进行了优化后的主要流动计算 ,并设计制造出了新转轮 .经实际运行验证 ,达到了预期性能 ,效果很好 .     

高水头混流式水轮机的选择及应用

小白河二级水电站最大水头333m,为目前国内在建电站高水头高转速混流式机组之一。电站首次应用目前国内各项性能指标比好的转轮混流HL715—52到实际中,并对主要部件转轮、过流部件材料及加工工艺作了要求,对坑防汽蚀也采取了一定的措施。     

某电站大型混流式水轮机转轮止漏环加固工艺

介绍转轮上止漏环出现脱落的情况,结合现场处理经验总结加固工艺和方法,降低同类型机组转轮上止漏环出现脱落的风险。     

水平轴风力机转轮气动性能的数值解法

以有限叶片数的旋涡气动模型为依据，用有限差分法求解描述该模型的积分微分方程，可建立一种确定水平轴风力机转轮气动性能的计算方法．该方法不只用于转轮气动正问题的求解，同时还可作为转轮气动优化设计的依据．本文先着重介绍了Ｈ．Ｅ．茹可夫斯基所提出的转轮旋涡气动模型和他所推导的求解诱导速度的表达式以及求环量分布的积分微分方程．之后，作者将积分方程已有的解法进行了改进，从而得到该方程的数值解，并提出两种求解转轮气动性能的数值解法．最后给出了转轮气动性能的几种算法的比较．     

大型水轮机转轮的结构优化设计

本文以水轮机转轮重量为目标函数,对转轮进行优化设计,将既满足工程要求又能描述转轮上冠、下环厚度变化的参数选为设计变量.为了节省机时和减少数据输入,文中还提出了一种能更简便、直观地处理周期性对称约束的直接伪单元,并采用了自动网格划分等技术.文中编制的程序,可直接应用于实际工程设计.     

水轮机转轮优化设计与制造

水轮机转轮是水电站水轮发电机组的心脏 ,其性能决定了电站的经济效益。从 80年代中期西安理工大学便开展了水电站水轮发电机组增容改造、转轮测绘整形、水轮机优化设计等科研工作。 90年代在国家自然科学基金、机械部科学基金和陕西省水利厅科研基金的资助下 ,逐步开发与完善了基于准三维和全三维的水轮机转轮优化设计方法和技术。 1 995年研制成功了国内第一个多功能水轮机转轮优化设计与性能预估大型软件包 ,并用该软件包先后为有关电站、多家水轮机厂和有关研究单位的 1 0 0多台老型水轮机转轮进行了改型设计和制造 ,这些转轮已全部用于…