全油压控制水轮机调压阀的快速设计方法

为保证全油压控制水轮机调压阀产品的质量,提高设计制造效率,在分析调压阀液压原理和工作特点的基础上,提出调压阀的设计应充分利用通用液压元件、应用计算机仿真手段加快设计进程。另外,讨论了水轮机调压阀液压系统设计应用通用液压元件的必要性和可能性,引入了基于ADAMS仿真工具的水轮机调压阀快速设计方法。     

水轮机调压阀对水轮机稳定性的影响

为确定在水轮机蜗壳之上安装调压阀对于机组稳定性的影响,以老挝某电站额定工况下运行为依据,分析在水轮机尾水管与蜗壳之间增设调压阀时水轮机发电机组的运行稳定性情况。使用三维建模软件UG建立水轮机全流场模型,模拟流场分布情况;利用CFD流固耦合将流场数据导入结构场,分析在额定工况下调压阀对水轮机的稳定性影响。     

具有长引水系统的转桨式水轮机过渡过程计算

在水电站设计中,以新型调压阀及其控制系统替代传统调压井具有显著经济效益。基于自行研制的带调压阀的水轮机调速器实时仿真系统和包含水轮机、发电机、引水系统、水轮机调速器等环节在内的水轮机调节系统过渡过程计算软件,采用水轮机流量、力矩特性矩阵法表征水轮机动态特性,建立了刚性水击条件下一洞多机输水系统的数学模型;对带有主配压阀非线性特性的PID调速器,建立了带调压阀的转桨式水轮机调节系统数学模型。研究表明：通过计算只要保证水轮发电机组启动、空载扰动、带负荷、甩负荷自动调节工况下,水轮机调节系统过渡过程满足稳定运行要求,水电站就可以采用调压阀而不设调压井。最后,计算了某具有长引水系统的转浆式水轮机过渡过程,该电站水流惯性时间常数高达27 s,装有2台转桨水轮机、1台定桨式水轮机。计算结果表明,以调压阀代替调压井后,该水轮机调节系统稳定,满足调节保证要求。     

毛家河水电站水轮机调压方案比选

本文结合毛家河水电站实际情况,根据水轮机调压阀流量与时间关系的假设,计算各工况下调节特性、流量与时间变化,机组最大压力上升率和最大转速上升率等参数,并对调压井工程量及投资进行了估算,经过水轮机调压阀和调压井两种方案比选,确定采用水轮机调压阀方案经济、合理。     

活塞式调流调压阀水力特性测试

为保证调流调压阀运行安全稳定，从阀门水力设计、安装高程确定及运行调度等方面提出阀门水力特性的 优化措施。分析调流调压阀临界汽蚀系数及汽蚀装置系数确定方法，借鉴水轮机汽蚀力学判据的概念，推导出阀 门安装高程的计算公式。采集在线调流调压阀运行数据，绘制真机流量系数与开度特性曲线，对阀门水力设计进 行验证和校核。结果表明：阀门开度大于 45.3% 时流量系数实测值与设计曲线基本一致，但在小开度段偏差稍大； 现场试验过程中阀门运行平稳，噪声在 90?dB（A）以下，振动幅度也在较小范围内，进一步验证了调流调压阀水力 特性优化设计及安装高程确定方法的合理性。     

一洞三机条件下带调压阀的混流式水轮机调节系统过渡过程计算

为编制有关技术标准和推广采用调压阀代替调压井工程措施,开展了水轮机调节系统通用仿真程序的开发：研发了描述水轮机的非线性特性的数据文件;考虑了水击模型对水轮机调节系统过渡过程的影响;计算分析时认真考虑了水轮机调速器主配压阀非线性特性的影响;特别给出了一有压隧洞向三台水轮发电机供水时的水压力数学模型。通过计算证明：水轮发电机组自动启动、空载扰动自动调节、带负荷自动调节、甩负荷自动调节工况下,只要能满足水轮机发电机组稳定运行要求,就可以采用调压阀替代调压井。     

乌兹别克斯坦某水电站以调压阀代替调压井的研究

采用的以调压阀代替调压井技术,解决了乌兹别克斯坦卡姆奇克水电站因地质环境等因素不利于建造调压井的困难,同时节省了土建建设投资。通过对调压阀的选型计算和带有调压阀系统的过渡过程计算的综合对比分析,机组转速上升、水压上升、稳态转速摆动值及调节时间均满足GB/T9652和IEC60308《水轮机调速系统试验国际规程》中的有关规定要求。完全可以使用调压阀来代替调压井对水轮发电机组进行调节,并从各个方面都具有明显的优势。     

卡丘埃拉(Cachuela)水电站水轮机安装高程计算分析

对卡丘埃拉(Cachuela)水电站采用中、美两种设计标准计算水轮机安装高程,计算结果相差较大。对计算过程及结果分析表明:在进行国际项目设计中,应选择与转轮模型试验空化系数相同标准的安装高程计算方法,才能满足水轮发电机组经济稳定运行的条件。     

KYET水电站调压方式设计优化及关键技术

在KYET水电站早期设计阶段,针对长7 100 m的发电引水系统水力过渡过程,研究比较了调压井、气垫式调压室、调压阀等型式,初步推荐采用调压井作为调压方式。随着工作的深入,认识到采用调压阀替代调压井是可行的。利用水力过渡过程计算分析了带有调压阀的水轮机调节系统在一次调频、大/小波动工况的表现,并采用带调压阀的机组调节仿真试验系统进行了复核研究。基于计算和试验成果,进行了调压阀选型、布置和防抬机复核,并开展了优化方案效益分析。结果表明,该水电站采用调压阀方案能够解决机组转速和水道压力上升问题,满足机电设备和水工建筑物的运行和安全要求,以调压阀替代调压井是可行的,其经济、社会和生态效益显著。     

水轮机调压阀特殊主配控制替代性方案研究

论述了水轮机调压阀的控制原理和安全保障机理,指出带调压阀控制的水轮机调速器中导叶接力器和调压阀接力器的控制必须采用同一套液压控制元件-特殊主配来实现串联控制,2套控制机构分别控制导叶和调压阀的各种替代方案均在不同程度上降低了调压阀控制的基本安全性标准,不应该加以推广应用。     

超低水头竖井贯流式水轮机三维湍流数值模拟

针对竖井贯流式水轮机导叶叶片数对其性能的影响,结合淮安市古黄河水利枢纽工程水轮机模型试验,在一定导叶开度下,对不同导叶数的竖井贯流式水轮机进行了基于CFD的数值模拟,并获得了设计点工况下配置不同导叶数量时水轮机的水力性能。将不同方案在水头损失以及流道和转轮效率上进行了对比。结果表明：随着导叶数的增加,流道效率和转轮效率逐渐提高,水头损失随之减小。通过分析贯流式水轮机内流场并结合外特性计算结果,最终确定了最佳导叶数方案;数值模拟得到的效率与试验数据的平均误差相当小,证明了数值模拟的准确性。该方法可以为超低水头竖井贯流式水轮机设计及其水力性能优化提供参考。     

稳态流固耦合分析转轮叶片变形对转化效率的影响

转轮是水轮机能量转化的核心部件,其转化效率的多少不仅与转轮叶片设计的优良情况有关,动水与转轮叶片之间流固耦合作用也是影响转轮转化能量效率的因素。采用稳态双向流固耦合分析方法,对混流式水轮机转轮性能进行分析。结果表明,混流式水轮机转轮的叶片在与动水相互作用中的变形较小,对转轮流域流场影响很小,对转轮转化效率的影响也很小。因此,在利用数值方法进行混流式转轮能量性能研究时,推荐采用简单的、仅计算流场的数值方法,可提高计算效率。     

用于水厂微水头发电的灯泡贯流式水轮机开发

在自来水供水过程中,存在着一些依靠水位差进行自流供水的环节。随着常规水能资源逐渐被开发殆尽,利用这部分微水头进行发电受到了关注。由于水厂工况基本不变、装置场地复杂多样等原因,常规水轮机并不适用,因此,开发新型水轮机就势在必行。结合某自来水厂安装灯泡贯流式水轮机进行发电的案例,通过传统水轮机设计理论对其进行设计,并运用计算流体动力学软件,选择SIMPLEC算法,采用基于雷诺平均N-S方程的Spalart-Allmaras湍流模型对该水轮机进行数值模拟和优化,得出在不影响水厂原有水处理工艺的前提下,在水厂安装水轮发电机组利用微水头进行发电从而达到节能减排目的的较优方案。     

偏工况下混流式水轮机压力脉动数值仿真及其改善措施研究

某电站混流式水轮机组在部分负荷时机组出力大幅摆动,真机试验结果显示尾水管涡带频率与发电机低频振荡频率接近,二者产生共振导致功率波动。本文采用CFD方法对该电站混流式水轮机进行了三维非定常数值模拟,对包括电站现用泄水锥、加长型泄水锥、在尾水管内安装阻尼栅、在尾水管内安装导流板等4种方案下水轮机内部非定常流动进行了仿真,对比分析了各种方案对尾水管内涡带形状和压力脉动的影响。计算结果表明:加长泄水锥能降低压力脉动的幅值,但不能改变压力脉动频率;相比于阻尼栅,在尾水管中安装导流板能更有效地改变尾水管水压力脉动的主频并减小压力脉动的幅值,且对水轮机效率的影响较小。     

水轮机补气改善机组稳定运行实例

水轮机补气可改善转轮空蚀、机组稳定和减小尾水压力脉动,我国水电机组不少设计安装有水轮机补气装置,有的投运后加装补气装置。水轮机模型试验对机组出力、效率有较好的相似性,而空蚀、压力脉动性能模型     

车口溪水电站进行低负荷运行的实践

汽蚀对水轮机运行是个主要限制因素,汽蚀严重,除对机组出力及效率影响较大外,还伴有巨大噪声和振动。为了减轻汽蚀,对电站的要求,首先是将水轮机安装在允许的吸出高程之内,其次是不允许水轮机在偏离设计工况太多的条件下运行(如规定混流     

浅析反击式水轮机吸出高度H_S的影响因素

针对确定反击式水轮机吸出高度HS这样一个综合的技术经济指标的影响因素进行了研究分析,提出了改进吸出高度HS计算方法的途径。其研究结果对在实际工程中确定反击式水轮机吸出高度HS和安装高程具有一定的参考价值。     

重力场对贯流式水轮机性能的影响预测

以湖南长沙综合枢纽工程水电站灯泡贯流式水轮机为研究对象建立了几何模型,采用SST k-ω湍流模型对全流道进行了数值模拟。通过对加入重力场前后的计算结果进行对比,分析了重力场对预估灯泡贯流式水轮机性能的影响。分析结果表明：当计算目标为效率、出力等水轮机的外特性时,可以忽略重力场造成的影响;当计算目的是为了预测水轮机的空化性能及结构的计算时,则需要考虑重力场产生的影响。     

小型水电站调压室的取代措施

本文通过对河北省小型水电站的建设及运行情况的分析,总结出了小型水电站调压室的几种取代措施:(1)充分利用水工建筑物及机组强度,合理选择水轮机导叶的关闭时间;(2)安装调压阀;(3)采用调压阀——爆破膜系统;(4)安装双室爆破膜;(5)采用水电阻。本文从系统压力升高和水轮机转数升高两个主要技术方面对上述取代措施的可行性进行了分析,并用已经采用上述取代措施的小型水电站的多年运行情况加以证明,同时文中也指出了上述各取代措施的优越性及其适条件。河北省小型水电站的建设及运行实践表明,采用上述措施以取代调压室,在技术上是可行的,在经济上是合理的,可节省大量资金,一般可提前工期一年左右。     

大藤峡水利枢纽左岸厂房巨型轴流转桨式水轮机设计

大藤峡水利枢纽左岸厂房安装3台单机容量200MW轴流转桨式水轮发电机组,是目前我国自主研发世界单机容量最大的轴流转桨式机组,国内同类型的工程经验较少,设计、制造和安装难度大。为确保机组安全稳定运行,做好水轮机设计极为重要。在总结分析历史上大型轴流转桨式水轮机设计、制造、安装和运行中曾经出现各种问题的基础上,采取经典计算和有限元分析相结合进行强度计算,对水轮机进行了初步模型试验、同台复核试验以及模型验收试验,进一步验证了设备性能符合合同要求,克服了威胁机组安全稳定运行的主要问题。