混流式水泵水轮机设计参数的确定

合理地确定混流式水泵水轮机的最佳参数比例关系,是直接影响到抽水蓄能机组的经济效益,本文通过理论上的分析推导出在最优工况下,水泵水轮机的参数匹配。监统计了国内外一些混流式水泵水轮机的资料,将主要参数绘制各种关系曲线,以便作为分析比较之需要。     

低水头混流式水泵水轮机过流能力近似计算

为了保证电力系统的稳定运行和能源的合理利用,在综合利用的多能源小电力系统中,一般通过低水头抽水蓄能电站水泵水轮机进行调节.低水头水泵水轮机过流特性直接影响其性能和效率,而自身流道参数是影响水泵水轮机过流能力的主要因素.从低水头抽水蓄能电站水泵水轮机的工作特点出发,根据水泵水轮机工作原理推导出过流能力近似计算公式.通过数值模拟方法计算了不同水头工况的流量,并与近似计算公式结果进行了对比分析.结果表明两者基本一致,且相对误差较小,在5%左右.     

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。     

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.     

混流式水轮机内部流动的整体解析及气蚀预测

采用计算流体力学方法,将整个水轮机划分为蜗壳、固定导叶叶栅、活动导叶叶栅、转轮和尾水管等几个域,对混流式水轮机进行整体解析,并根据各个域的残差履历,以转轮残差的充分收敛作为迭代计算是否收敛的判据.最后以某水电厂的混流式水轮机作为研究对象,得到了混流式水轮机的静态压力场,并利用压力场预测了转轮叶片出口负压面气蚀的发生时刻及发生部位,所得结果与实际转轮出口负压面气蚀结果一致,表明了文中方法的有效性.     

混流式水轮机转轮内部流场数值分析

从Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程出发,采用层流模型描述水流动状态,并在欧拉坐标系中用速度－压力修正法对模型进行求解,考虑到转轮内流道几何形状比较复杂,故采用有限元法进行数值离散,并将该解法用ＦＯＲＴＲＡＮ语言编制计算程序,对三峡工程混 式水轮机转轮内部的流场进行数值计算,分析了转轮内的速度和压力分布。     

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。     

叶型逼近求解水泵水轮机双向流动的方法

为了求解水泵水轮机转轮内部的双向流动,提出了基于全三维转轮叶片设计模型的叶型渐近方法.该方法从水轮机方向设计目标叶型,并得到水轮机方向流场.再利用设计程序,从水泵流动方向设计叶型,用单纯形加速法控制速度矩分布变量,使得该叶型逐步逼近目标叶型,并得到水泵方向的流场,即得到同一叶型的双向流场.根据计算出的流场可以预估转轮的双向能量性能与气蚀性能.对一高水头水泵水轮机进行了设计计算,结果表明,该方法是可行的.     

混流式水轮机进水管蝶阀活门裂纹分析

为探讨某电站水轮机进水管蝶阀活门筋板开裂的原因,利用ANSYS有限元软件,分别对蝶阀活门的强度及振动特性进行计算和分析。强度分析结果显示40 mm筋板位置的应力水平很低,筋板的开裂并非是应力过高造成的;蝶阀活门、筋板及盖板的模态分析表明,蝶阀活门的40 mm筋板及90 mm盖板出现了卡门涡。结合有限元分析结果,对电站蝶阀活门进行现场结构模态测试,测试结果与计算结果吻合。分析结果表明,该电站蝶阀活门出现的裂纹是由卡门涡引起的。     

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。     

灯泡贯流式水轮机轮缘间隙流动的数值模拟

通过对灯泡贯流式水轮机在不同工况、不同轮缘间隙的泄漏流动进行数值模拟,得到了不同协联工况下轮缘间隙泄漏流动和叶片表面的压力及流线的分布规律。分析了不同轮缘间隙值下的泄漏流动对主流和水轮机效率的影响,从而为灯泡贯流式水轮机的水力设计和轮缘间隙的合理确定提供了理论依据。     

基于空化流动计算的混流式水轮机尾水管的压力脉动

为了保证混流式水轮机运行安全,分析了尾水管内部的空化流场.假设气液混相均质,并考虑不可凝结气相,采用基于组份输运方程,求解了尾水管内气液混相均质流的雷诺平均N-S方程以及气相组分输运方程.结果表明:不同装置空化系数下尾水管压力脉动主频率变化不大,但在极低的装置空化系数下,削波现象导致更低频率成分的出现.在较大的装置空化系数下,空化涡带直径较小,压力脉动幅值随装置空化系数的变化不明显;换当装置空化系数小于某一临界值后,随装置空化系数的降低,压力脉动幅值增加并达到一个最大值.计算结果解释了模型试验现象.     

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。     

提高混流式水轮机稳定性的措施

介绍了混流式水轮机稳定性的区域划分方法,重点阐述了改善和提高机组稳定性的措施。     

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.     

混流式水轮机稳定运行的主要水力因素分析

随着科学技术的不断发展,水电事业也得到了很大的进步,混流式水轮机在水电站的应用,其稳定性直接影响着水电站的经济效益。随着混流式水轮机机组容量、尺寸与转速越来越大,其内部结构也越来越复杂,混流式水轮机的稳定性问题也日益突出。该文针对型号为HL100-LJ-100混流式水轮机稳定性在水力方面存在的问题进行分析,并提出有效对策。     

水泵水轮机制动工况内流特性分析

为研究水泵水轮机在制动工况运行时内部流动特性,在确定的等开度线上选取具有代表性的制动工况点,对其进行了全流道数值计算.选用SST k-ω湍流模型,采用SIMPLEC耦合算法,对选定工况点的机组整体流动域内的三维复杂流态进行了分析.结果表明:机组进入制动工况后流态总体上呈现出不稳定状态,多伴有大尺度漩涡的产生.其中蜗壳及固定导叶内流动较为平稳,自活动导叶进口处出现小尺度漩涡,在转轮中流态不稳定达到极致,叶道间出现大尺度漩涡;转轮进出口流动虽以水轮机工况流动方向为主,但受转轮内大尺度旋涡及离心力影响,回流严重流动紊乱,流态转入反水泵工况的趋势明显;尾水管内流动呈现显著的螺旋态,从进口开始流动回旋紧贴壁面,直锥段出现大幅回流反向进入转轮区域.此工况机组整体流域的复杂流动势必加剧机组的振动,对其稳定运行造成极大的影响.     

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。