基于CFD混流式水轮机上冠流道降压结构优化研究

为探究中高水头混流式水轮机转轮不同上冠空腔结构的降压效果及优化可行性。以新疆红山嘴一级电站4号机为例，将3类不同上冠降压结构作为研究对象，基于CFD技术，采用SST湍流模型对7种泄漏流量下的3类上冠降压结构进行稳态数值模拟，计算工况共计21种。研究指标为泄漏水流态特性、泄水孔泄水能力、主轴密封下侧压力。结果表明：不同上冠降压结构内的泄漏水流态存在一定差异，尤其上冠顶部空腔及泄水孔位置最为明显；在中高水头混流式水轮机上采取含转轮泵的联合上冠降压结构，不仅能改善主轴密封工作性能还可在梳齿环出口形成稳定的局部压力，从根本上减少上冠间隙泄漏量；针对该电站主轴密封漏水问题，在机组上冠流道增设转轮泵可使泄水孔泄水能力提高17.12%、主轴密封压力降低15.98%，进一步提高电站的运行效益。该研究对单一型式的降压结构进行改进且实现优化目标，可为中高水头混流式水轮机设计改造及稳定运行提供一定参考依据。     

混流式水轮机转轮低水头低负荷运行时的空蚀

本文通过混流式水轮机转轮的流动分析、模型试验,并结合电站现场空蚀的调查结果,对低水头、低负荷工况运行混流式水轮机转轮的空蚀特性进行了研究。其结果表明低水头、低负荷工况运行混流式水轮机转轮的空蚀轻微。     

水轮机结构选择

水轮机结构选择长江水利委员会陆师敏邮编：４３００１０隔河岩电站水头变化范围为８０．７ｍ～１２５．５ｍ，在这种水头范围内，应用混流式水轮机是最合适的选择。因此，隔河岩电站选用了转轮直径为５．７４ｍ的混流式水轮机（技术数据参见第１０页表６）。为电站选择性...     

三峡水电机组选型建议

三峡电站水头变幅较大，最大水头与额定水头的比值高达１．４，单机容量大，机组台数多，汛期又有一定数量的泥沙过机，机组选型难度较大，本文根据三峡电站的特点，对机组主要技术数据（如转轮直径、转速、吸出高度、轴向水推力）的选择，总体布置、发电机冷却方式、推力轴承、水轮机转轮制造等问题，提出了一些建议。     

多泥沙电站高水头低出力水轮机水力设计策略

在多泥沙河流运行的水轮机,经常受到严重的泥沙磨损危害,机组的检修周期及运行寿命普遍较低。特别是对于高水头低出力要求的水轮机,机组磨损情况往往更为严重。为提高机组的抗磨损性能,水力设计阶段需专门考虑降低流道流速进而提高抗磨损性能的方法。本文以木扎提河三级水电站小水轮机的设计为例,综合考虑易磨损部位的相对流速及机组水力性能,确定了适用于高水头小流量多泥沙电站的水轮机水力设计策略。研究表明常规降低转速的方法对转轮及导叶出口流速、密封间隙内流动均有显著影响,转速降低的程度应通过流场对比分析合理确定。在高水头电站导叶尾部磨损更为严重,通过采取增大分度圆、优化导叶翼型及相对位置等可有效降低导叶后相对流速。采用长短叶片转轮,可大大降低转轮内部流速,提高在高含沙条件下机组的抗磨损性能,提升水轮机的运行稳定性及安全使用寿命。本文的研究可为多泥沙电站的水轮机设计策略提供有效参考。     

泥沙直径和浓度对混流式水轮机转轮内流场的影响

为了初步研究泥沙直径和浓度对混流式水轮机转轮内部流场与性能的影响,本文采用固液两相流模型对某电站的高水头混流式水轮机进行全流道数值模拟,通过控制变量法研究不同来流泥沙直径和浓度对转轮叶片表面泥沙分布、平均压力和水轮机效率的影响。结果表明:含沙水较清水会不同程度使叶片表面水压力载荷增加,效率下降,在相同工况下转轮叶片进水边和出水边与下环连接处泥沙浓度较高;随着泥沙直径的增加,泥沙分布更加集中,磨损加剧。该研究可为含沙水流中运行的水轮机转轮设计提供参考。     

高水头混流式水轮机转轮泥沙磨损特性模拟研究

泥沙磨损是导致混流式水轮机组失效的主要原因之一,特别在水头相对较高时,由于内部流速相对也较高,其磨损问题会更为严重。为研究混流式机组转轮磨损的形成机理,本文根据电站泥沙实测数据统计得到汛期的泥沙平均浓度和粒径,对高水头混流式水轮机在最优开度和小开度两种工况下的固液两相流特性进行数值计算,基于拉格朗日方法模拟颗粒的运动轨迹,选取Oka模型对转轮的磨损特性进行了预测。通过分析转轮内的流动特性、颗粒的运动轨迹和壁面冲击特性,对混流式机组转轮磨损形态的形成原因进行了探讨,并将计算结果与文献中的实际磨损情况进行对比分析。预测的结果表明：采用欧拉-拉格朗日方法可较好地对混流式水轮机转轮的主要磨损区域进行定性的预测;在小导叶开度的偏工况时,转轮内部的涡旋流特性会导致颗粒产生局部富集等现象,从而引起对应区域磨损速率的增加。     

浙江仙居电站水泵水轮机模型验收试验及水力性能分析研究

仙居电站水泵水轮机组是国内在建和已建的单机容量最大的抽水蓄能机组。电站水头高、变幅大、对水泵水轮机转轮的研収设计提出了很高的要求。本文详细介绍了仙居水泵水轮机的模型验收试验及结果,重点分析了仙居水泵水轮机转轮的能量特性、空化特性、压力脉动特性以及"S"形水力兲键特性等主要水力性能指标。结果表明仙居水泵水轮机各项指标突出、综合性能优秀。     

水头变幅大的混流式水轮机水力设计

水轮机稳定性问题一直是研究的难点，对水头高、水头变幅大的电站尤其受到关注，且目前已经投入运行的大型水电站都存在不同程度的振动问题，虽然产生的因素很多，但水力问题是重要因素之一。本文结合龙滩水电站水轮机参数优化及稳定性研究项目，通过CFD分析，对模型水轮机的蜗壳、固定导叶、活动导叶、转轮、尾水管进行了全面的优化设计，模型转轮共计算了22个工况点，经过优化的转轮延迟了小负荷区涡带的产生和叶片正背面脱流的产生。通过模型试验验证，龙滩水电站水轮机水力性能研究是成功的，研究成果达到了预期目标，CFD分析结果与模型试验结果基本吻合。     

南五水电站抬机现象的分析与处理

针对南五水电站发生的抬机现象，着重分析了在小型低水头电站的设计中，易被忽视的转反向水推力对抬机的影响；指在低水头小型电站的调保计算中，应综合考虑水轮机在导叶关闭时，尾水真空与转轮的反向水推力抬机的影响。     

混流式水轮机转轮叶片裂纹问题

空蚀、泥沙磨损和疲劳裂纹是影响水轮机寿命的三大主要因素,过去人们只是更加注意空蚀和泥沙磨损,而没有把裂纹摆在重要位置。近年来,由于水轮机材料和研制水平的提高,空蚀已不再是电站运行维护的主要难题。但随着使用参数的提高,单机容量和机组尺寸的增大,不锈钢转轮的广泛应用,混流式水轮机的稳定运行问题,或者说混流式水轮机转轮叶片裂纹和尾水管里衬钢板撕裂问题（以下简称“裂纹问题”）逐渐突出,并已引起国内外同行的普遍关注。本文列举了国内外一些电站水轮机转轮裂纹的实例,分析了引起裂纹问题的主要原因,提出了防止裂纹的一些建议。     

刘家峡电厂HLA430a转轮空蚀磨损状况探讨

刘家峡水电厂增容改造的HLA430a－LJ－550水轮机,1994年4月投运,4年后停机大修,共运行17055h。转轮空蚀状况有较大改善。本文介绍了改造过程中为提高转轮抗空蚀磨损能力进行的各项研究工作,新转轮运行工况、空蚀状况以及与1985年3月更换的不锈钢转轮的差别,对我国多泥沙河流电站提高水轮机抗空蚀磨损性能有着重要的参考价值。     

对家峡电厂HLA430a转轮空蚀磨损状况探讨

刘家峡水电厂增容改造的HLA430a－LF－550水轮机,1994年4月投运,4年后停机大修,共运行1755h。转轮空蚀状况有较大改善。本文介绍了改造过程中为提高转轮抗空蚀磨损能力进行的各项研究工作,新转轮运行工况、空蚀状况以及与1985年3月更换的不锈钢转轮的差别,对我国多泥沙河流电站提高水轮机抗空蚀磨损性能有重要的参考价值。     

500 m水头段冲击式转轮开发研究

高水头冲击式水轮机转轮在我国开发最少，影响了冲击式水电站的建设，文章着重介绍500m以下水头段使用的冲击式转轮的设计特点及利用先进的数值模拟技术与实验研究相结合的开发过程．最后介绍了所开发研究的冲击式转轮与传统转轮的性能对比及电站真机的试验测试结果。证明了本转轮是一个性能比较优良的新转轮。     

湖南镇电站3号水轮发电机组的增容改造

介绍了湖南镇电站3号水轮机组存在的问题,在发电机结构和水轮机固定通道基本不改变的条件下,适当修整尾水管形状,应用据实际情况新设计的转轮,提高转轮设计水头,既改善转轮流道中的水流工况,消除振动,又达到机组增容目的,获得可观的经济效益。     

烟岗电站水轮机机型选择

烟岗水电站属于高水头电站,在此水头段适合的水轮机机型有混流式和水斗式两种。通过对两种机型特点和两种转轮在国内外设计及生产制造难易程度的比较,以及参考国外厂家的选型意见,针对本电站地形条件、压力管道长等具体情况,选定烟岗水电站水轮机机型     

日本伊吹电站水轮机新结构

介绍四川东风电机厂有限公司承制的日本伊吹电站中高水头类混流式水轮机所采用的使设备简化并减少环境污染的新结构、新技术。     

大型混流式水轮机的参数选择与研究趋势

现代水轮机正在向大容量、大尺寸的方向发展,使用参数迅速提高。本文通过统计,分析,列举了一些国家的水轮机水头、模型和电站汽蚀系数与比转速的关系,并通过转轮汽蚀限和强度限的讨论,提出了我国混流式水轮机型谱若干主要参数的设想,可供水轮机工作者参考。     

高比速混流式水轮机的水力稳定性问题

混流式水轮机的水力稳定性与机组运行工况密切相关。当水轮机在远离设计工况(最高效率点)运行时，会产生脱流和涡带，引起机组甚至相邻混凝土构件振动，并可能产生疲劳破坏。近年来，随着单机容量和水轮机尺寸的增大，有些电站因水头变幅大、负荷调节范围宽、水轮机性能不完全适应电站运行条件、制造质量存在问题和补气不利，水轮机出现不同程度的水力振动，导致转轮叶片裂纹，尾水管壁撕裂，有的甚至引起厂房或相邻水工建筑物发生共振，危及电站安全运行。本文对混流式(特别是高比速混流式)水轮机的水力稳定性问题进行了初步分析和讨论。     

超低水头两叶片灯泡贯流式水轮机固液两相流研究

超低水头贯流式机组无论在电站增容改造方面,还是在超低水头开发方面,都具有巨大潜力。然而,水流中裹挟的泥沙会对机组运行产生不利影响,在汛期尤为严重,研究泥沙磨损问题对于机组的稳定运行具有重要意义。基于CFX平台,使用k-ε湍流模型,拉格朗日颗粒跟踪模型和Tabakoff and Grant磨损模型对2.1m超低水头下的两叶片灯泡贯流式水轮机进行了固液两相流数值模拟计算。通过实验验证数模计算的可靠性,对比单相及两相流工况下的涡流特性,探究不同泥沙浓度(Cv=1%～10%)、颗粒直径(D=0.1～1mm)对过流部件磨损位置、侵蚀率以及流动特性的影响。结论如下：在清水中加入泥沙颗粒后,泥沙颗粒对旋涡有增强作用;导叶凹面,叶片正面进水侧头部、叶片出水边、叶片轮缘,以及转轮室都是比较容易遭受磨损的部位;随着泥沙颗粒浓度、直径的增加,导叶、叶片及转轮室的磨损面积、磨损程度以及最大磨损率都呈上升趋势;相较于导叶,叶片和转轮室的磨损程度更为严重,在汛期运行时要更加注重磨损防护。