双转轮对旋式鱼类友好水轮机：概念及转轮优化

水电工程在产生巨大正效益的同时,也存在影响鱼类洄游的生态负效应;鱼类友好型水轮机因能助鱼下行过坝,近年备受关注。针对河床式水电站,以减小鱼类损伤为主要目标,通过加长流道减小压力梯度,提出一种新型转轮：螺旋叶片,流道长、叶片少,降低鱼类撞击概率;双转轮对旋,既加长流道,又提高效率;叶片进出口均满足最优速度三角形条件。CFD模拟优化结果表明,最高发电效率达80.4 %,压力梯度小于鱼类友好水轮机的国际推荐标准,兼顾了发电效率和过鱼特性。     

潮汐能亲鱼型水轮机研发与数模验证EI北大核心CSCD

超低水头水力发电机组是国内外学者研发难点所在,潮汐能电站水轮机对生态的影响备受关注。针对鱼类经过水轮机时容易遭受以机械撞击、压力变化为诱因的损伤,提出一种结构简单、过流能力强、运行性能高的变螺距螺旋叶片式亲鱼型水轮机。以不同叶片数、螺距等结构参数为优化目标,以不同运行工况为研究主线,基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)三维数模探究鱼类经流水轮机内环境特性。研究表明,双叶型变螺距转轮相对传统多叶片转轮鱼类过机率高(螺距变比1.2:0.9),适当加长转轮流道有益于降低流场压力梯度(3.9倍叶片区长),从而进一步减小鱼类过机机械损伤与压力损伤。综合理论设计与数模分析得到亲鱼型水轮机设计工况的效率为83.43%,流道内流最大压力梯度为-31kPa/s(<遭受压力梯度损伤阈值-50kPa/s),负压区鱼类低压损伤概率为0.02%。     

家鱼幼鱼对水轮机流道水力剪切响应实验研究

水力剪切是鱼类通过水轮机流道下行时遭受损伤的主要原因之一。发展鱼类友好型水轮机,提高水轮机的过鱼效率,需首先明确鱼类对水轮机流道内水力剪切作用的响应关系。本研究以四大家鱼幼鱼为研究对象,设计模拟水轮机流道因流道狭窄或固体表面边界引起的水力剪切环境实验装置,对四大家鱼幼鱼分别进行承受水力剪切的响应实验。实验结果表明,四种家鱼幼鱼在受到流速应变率大于或等于2179 m?s-1m-1的射流冲击时,均出现不同程度的损伤,损伤程度随流速应变率的增大而加强。另外,鱼体受流速应变率引起的水力剪切造成的损伤程度不但与家鱼种类有关,还与射流作用于鱼体的方位有关。实验结果可作为四大家鱼幼鱼通过水轮机流道下行是否受到流速应变率引起的水力剪切损伤的判别依据,为优化水轮机亲鱼型设计和运行,有效保护四大家鱼资源提供有效支撑。     

轴流转桨式水轮机若干结构问题浅析

本文通过对国内运行的轴流式水轮机的实际调查,针对目前轴流式电站运行中出现的一些结构问题,进行了归纳与浅析,并提出了相应的改进措施。着重叙述了转轮叶片密封结构和操作机构、泄水锥丢失、机组抬机、转轮叶片和转轮室的汽蚀与磨损等问题。     

泄水锥形式对混流式水轮机压力脉动的影响分析

本文采用Transition SST湍流模型对模型混流式水轮机三维全流道非定常湍流进行模拟。在实验验证的基础上,针对五个导叶开度工况,分析了原型泄水锥、加长型泄水锥、加长加槽型泄水锥和圆头型泄水锥对水轮机压力脉动的影响,分析结果表明：三种改型泄水锥均能改变尾水涡带的形态,使得特殊压力脉动带变窄;泄水锥改型对水力效率、尾水管压力脉动的影响与导叶开度有关,圆头型泄水锥对减小压力脉动振幅的综合效果最好;泄水锥改型只对由尾水涡带引起的低频压力脉动有效,对动静干扰引起的叶片频率压力脉动影响不明显。     

水轮机转轮不同泄水锥的特性研究

本文用同一转轮对不同泄水锥进行了模型试验。试验表明,不同形状的泄水锥不仅影响水轮机的效率,而且改变尾浙江省这的水压力脉动频率及幅值,由此可以推论更换合理的泄水锥,有可能达到改善水轮机水力稳定性的目的。     

降低混流式水轮机高部分负荷压力脉动方法探讨

针对混流式模型水轮机研发中有关降低高部分负荷压力脉动的方法进行了探讨．通过不同转轮多个方案的模型试验和深入比较,掌握了不同形式泄水锥对混流式水轮机高部分负荷压力脉动的影响规律以及不同补气位置对长泄水锥混流式水轮机转轮压力脉动的影响,为电站运行中降低高部分负荷压力脉动提供了科学依据.     

降低高部分负荷压力脉动方法探讨

本文针对混流式模型水轮机研发中有关降低高部分负荷压力脉动的方法进行了探讨。通过不同转轮多个方案的模型试验和深入比较,掌握了不同形式泄水锥对混流式水轮机高部分负荷压力脉动的影响规律以及不同补气位置对长泄水锥混流式水轮机转轮压力脉动的影响。为电站运行中降低高部分负荷压力脉动提供了科学依据。     

水轮机导叶出口流速分布规律的试验研究

本文从混流式水轮机导叶出口及轴流式水轮机转轮进口测流试验结果的分析入手,总结了导叶出口环量及流速分布的规律,分析了从导叶到转轮所经流道几何参数及形状对流速分布的影响,并进而提出了改变流道参数以改变流速及环量分布,改变叶片参数以适应该分布的新设计思路。     

基于流固耦合的混流式水轮机转轮静应力特性分析

近年来，国内外一系列大型水轮发电机组频繁发生转轮叶片投产后短期内出现穿透性裂纹问题，对机组安全稳定运行构成了威胁。长期以来人们一直在寻找由于水力激励引起转轮叶片应力特性的计算方法。本文首先对混流式水轮机全流道内流场进行了多工况的CFD计算，得到不同工况下转轮叶片表面水压力载荷，并利用顺序流固耦合方法对转轮在各种工况下的应力特性进行计算。结果表明在大部分工况下该转轮叶片最大静应力基本上与水轮机功率成线性关系。本文计算结果可为其它水轮机转轮的应力特性分析及转轮疲劳裂纹分析提供参考。     

基于全流道非定常流动计算的轴流式水轮机尾水管压力脉动分析

以轴流式水轮机全流道三维非定常湍流数值模拟为基础,对轴流式水轮机尾水管内的非定常流场进行了分析,研究了尾水管内涡带的形态,对尾水管压力脉动的幅值和频率特点进行了分析.结果表明,大流量工况时,在尾水管内形成了一个与转轮旋转方向相反低压涡带,引发了低频压力脉动,这种低频压力脉动是水轮机中压力脉动的主要脉动源之一.     

轴流式水轮机轮缘间隙三维紊流数值模拟

应用雷诺应力模型对轴流式水轮机轮缘间隙的三维紊流流动进行了雷诺平均N-S方程的数值计算与分析.对转轮直径为340 mm的5叶片轴流式水轮机在轮缘间隙为0mm、0.25 mm、0.5 mm、1 mm时分别进行了分析计算,分析了轴流式水轮机轮缘问隙对叶片压力分布、速度矢量、数值效率和间隙漏水量的影响,研究了轴流式水轮机轮缘间隙内流动规律,提出了轴流式水轮机轮缘间隙对轴流式水轮机优化设计的重要性.实例表明,用三维紊流数值模拟方法研究轴流式水轮机轮缘间隙是改进和优化轴流式水轮机设计的一个重要过程.     

数控加工大型轴流式水轮机叶片轴肩

介绍了大型轴流式水轮机叶片,在无转轮体（或研肩工具）的情况下,采用数控镗床编程加工的工艺方法。     

混流式水轮机减压管对密封间隙及其周围流场的影响

混流式水轮机转轮上冠和顶盖间的压力腔中所产生的压力脉动会影响机组运行的稳定性。本文以某电站机组为例,通过含减压管的原型水轮机三维全流道湍流计算,分析了压力腔及转轮密封间隙中的压力脉动的形成过程,以及减压管数目对其影响,并且分析了减压管与转轮密封间隙泄漏量的关系。     

基于CFD分析的轴流式叶片动应力问题研究

以轴流式水轮机全流道三维非定常湍流数值计算结果为基础,采用弹性力学非稳态有限元法开展了轴流式叶片的动应力问题研究.计算结果表明,水轮机内部随时间变化的压力场导致叶片结构承受了较大的动态应力,叶片上的最大等效应力点与实际叶片破坏的位置一致;各工况相比叶片转角越小,叶片应力波动越剧烈;叶片上各点的动应力频率成分与流道内的水压力脉动频率基本一致,叶片上的高幅动应力是引起叶片裂纹,导致结构破坏的主要原因.     

《东方电机》2005年总目次

水轮机作者期数页码贯流式机组的类型及东电大型竖井贯流式机组的开发钱昌燕孙媛媛11～12防止混流式水轮机转轮叶片产生裂纹的措施陶喜群113～18水轮机活动导叶计算机辅助配重计算方法付丰旗周文凯119～22,28龚嘴电厂水轮机改造压力脉动试验研究徐巍巍123～28主泵的全流道CFD分     

水轮机转轮工作过程中的流固耦合分析

本文分析了某型混流式水轮机工作过程中水流与转轮的单向流固耦合作用及响应。在分析单向流固耦合作用基本原理的基础上,分别建立了表示水轮机流体域的各个过流部件的三维模型和转轮模型,并装配这些部件得到了水轮机的全流道三维模型;应用ANSYS CFX软件进行了全流道CFD计算,并将计算得到的流体-转轮交界面冲击压力数据导入至转轮力学分析模块,计算得到了转轮在工作过程中的总体变形、应力及应变响应数据。结果表明,叶片侧缘切水刃边及出水边、叶片根部是失效危险位置,制造过程中宜对这些部位做特殊耐磨及强化处理,并在运行监测过程中对这些部位进行有针对性的重点关注与检查。     

水轮机转轮裂纹的原因及预防措施

笔者结合近年来水轮机转轮叶片发生的裂纹事件,分别阐述了混流式水轮机、轴流式水轮机、冲击式水轮机和贯流式水轮机的转轮叶片发生裂纹的主要原因,尤其对混流式水轮机转轮产生裂纹的原因从水力方面、设计方面、铸造缺陷、制造工艺、运行工况及共振等多因素综合作用进行了探讨,并通过实例分析,提出了裂纹处理和预防措施。     

基于CFD的长短叶片水轮机压力脉动研究

以长短叶片混流式水轮机三维定常湍流计算结果作为非定常湍流计算初始条件,结合混流式水轮机湍流流动进行全流道三维非定常模拟研究。通过在蜗壳进口、固定导叶及活动导叶前、转轮前和尾水管截面测点压力脉动及频谱分析,得出长短叶片混流式水轮机内压力脉动产生和传播的部分规律。     

基于模型试验解决某电站满负荷工况异常振动问题

本文介绍了混流式水轮机满负荷工况异常振动的一种处理方法。相比传统的优化泄水锥方案,本文基于模型试验和模型转轮修型以及原型机现场测量对混流式水轮机满负荷工况稳定性迚行研究。通过对比模型及相似原型机尾水管压力脉动幅值,模型和原型在满负荷区域相似性较好,为本方法的使用奠定基础。通过不同方案结果的比较,尾水管压力脉动陡升可能是导致原型机满负荷工况异常振动的一个重要原因,优化转轮叶片出口靠上冠区域的型线是解决该问题的一个重要手段。