高比转速混流式水轮机叶道涡工况下转轮的动力特性分析北大核心CSCD

为了探讨叶道涡对混流式转轮叶片的作用机理,以某高比转速混流式水轮机为研究对象,选取出现严重叶道涡的小流量工况点开展转轮的瞬态动应力数值模拟。首先基于Navier-Stokes方程和RNG k-ε湍流模型进行了全流道定常和非定常流动计算,得出了转轮内部叶道涡的形态及分布,与实际观测现象非常吻合;然后采用有限元方法对转轮进行了模态分析,获得了转轮在水中的固有频率及振型;最后采用流固耦合方法对转轮进行瞬态动力学分析。研究结果表明:叶片危险部位的动应力的频率为转轮频率的倍频,分布于转轮叶片出口靠近上冠处的局部叶道涡对转轮的作用强度最大,导致叶片出口与上冠连接处的最大动应力值高于一般水轮机转轮的许用应力值,引起转轮该位置发生破坏甚至产生裂纹。     

高比转速混流式水轮机叶道涡工况下转轮的动力特性分析

为了探讨叶道涡对混流式转轮叶片的作用机理,以某高比转速混流式水轮机为研究对象,选取出现严重叶道涡的小流量工况点开展转轮的瞬态动应力数值模拟。首先基于Navier-Stokes方程和RNG k-ε湍流模型进行了全流道定常和非定常流动计算,得出了转轮内部叶道涡的形态及分布,与实际观测现象非常吻合;然后采用有限元方法对转轮进行了模态分析,获得了转轮在水中的固有频率及振型;最后采用流固耦合方法对转轮进行瞬态动力学分析。研究结果表明:叶片危险部位的动应力的频率为转轮频率的倍频,分布于转轮叶片出口靠近上冠处的局部叶道涡对转轮的作用强度最大,导致叶片出口与上冠连接处的最大动应力值高于一般水轮机转轮的许用应力值,引起转轮该位置发生破坏甚至产生裂纹。     

甩负荷过程水泵水轮机流激振动数值模拟研究

抽水蓄能电站甩负荷过渡过程中机组振动剧烈,有导致转轮疲劳破坏风险。为探究转轮流激振动特性,对水泵水轮机在甩负荷中的典型工况（时刻）进行CFD-FEM数值模拟,分析了压力脉动、转轮动应力和振动模态。结果表明：转速是影响转轮压力脉动和动应力的最重要因素,最大转速工况最危险,转轮内压力脉动最剧烈,叶片动应力值和振幅均大于其他工况;压力脉动导致转轮动应力波动,两者频谱特征一致;转轮最大动应力出现在叶片进口与上冠“T型”连接处,过渡过程中最大值均超过材料许用应力;水力激励力频率与转轮固有频率相差较大,转轮在计算工况发生共振的可能性较小。     

涡带工况下混流式水轮机转轮动应力特性分析

近年来，国内一些大型混流式转轮出现了不同程度的裂纹问题，对机组安全运行构成了威胁。研究表明，水力激励引起的混流式水轮机转轮叶片动应力是引起叶片疲劳破坏的主要原因之一。文中首先对高水头小负荷的涡带工况下混流式水轮机内流场进行非定常CFD计算，得到涡带工况下叶片表面不同时刻的水压力载荷，并利用流固耦合方法对转轮进行结构场瞬态特性计算，分析转轮叶片的动应力特性。结果表明由于水压力脉动引起的转轮叶片上的振动交变动应力是混流式水轮机疲劳破坏的主要原因之一。计算结果可为其它水轮机转轮的动应力特性分析和疲劳分析提供参考。     

轴流式水轮机叶片刚强度计算方法研究

本文通过总结分析国内外轴流式水轮机叶片试验资料，应用有关理论知识，归纳了一种近似的叶片通用压力场分布及其换算方法，并套用于各种水头段的叶片进行有限元计算，找到了轴流式叶片应力、静位移和固有频率计算方法。通过理论分析得出了叶片应力、静位移及固有频率相似准则，应用这些准则，不用进行繁琐的重复计算，利用现有成果就可很快得到所需数据。在上述成果基础上，对叶片结构优化进行了初步探讨。     

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.     

水轮机转轮结构与过机幼鱼受压强损伤相关性研究

大坝阻隔了洄游性鱼类的洄游通道,鱼类通过水轮机下行或误入水轮机流道将遭受水轮机流道复杂水动力特性及水轮机结构的影响,导致过机鱼体的损伤甚至死亡。为有效保护鱼类资源,本文在对大型轴流式水轮机进行全流道三维数值模拟的基础上,以鱼类受压强和压强梯度损伤阈值作为评价指标,对水轮机流道转轮叶片数目及转轮泄水锥尺寸进行降低幼鱼损伤概率的优化研究。研究结果表明,在满足水轮机出力要求的前提下,大型轴流式水轮机转轮叶片数目增多将增大下行幼鱼受压力及压力梯度损伤的概率,转轮泄水锥相对高度的减小将增加幼鱼受压力及压力梯度损伤的概率。该研究成果可为减小鱼体损伤的环境友好型水轮机优化设计提供参考。     

轴流式原型和模型水轮机的压力脉动相似性分析

本文利用RNG κ-epsilon湍流模型对轴流式原型和模型水轮机进行了全流道三维非定常湍流计算,预测原型和模型水轮机的压力脉动性能.在此基础上,本文通过对原型水轮机与模型水轮机压力脉动结果的比较,探讨两者在压力脉动性能方面可能存在的相似关系.结果表明,原型水轮机和模型水轮机的压力脉动具有相似的频率特征,但是振幅上并没有明确的相似规律可循.     

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.     

不同结构活塞杆动应力分析

分析了水轮机全流道的流动特性;计算了作用在水口水电厂水轮机桨叶上的水力激励力,并按结构尺寸关系计算出活塞杆受到的水力激励力,进一步分析了水力激励作用下的活塞杆动应力。根据计算,采用螺栓与卡环这两种结构活塞杆的应力集中位置正是活塞杆断裂的位置。在4个工况下,两种结构的应力值都在90～150MPa范围内,而高水头小负荷工况下,卡环结构的动应力可达40MPa以上,总体看活塞杆安全系数偏小。     

透平叶片与流场系统的稳定性分析--非定常欧拉解法

将三维非定常流场与固体弹性叶片作为一个系统,通过三维欧拉非定常流场与叶片动态响应的迭代计算,来研究叶片－流场系统的稳定性,对某一蒸汽透平动叶片,在一定的流量范围内,求得叶片－流场系统的动态特性,判别其运行的稳定性范围。     

汽轮机低压叶片断裂原因分析

某台汽轮机低压叶片发生断裂,通过对叶片常规强度、动频、有限元强度的计算及有限元动响应的分析,结果表明:叶片断口位置均位于与轴向一阶及扭振一阶共振时所产生的最大动应力区域,在500～620Hz频率范围内的汽流激振是叶片低周疲劳断裂的根本原因。对此,提出了提高叶片材料抗腐蚀性能,采用自带冠成圈结构叶片,避免低负荷低真空运行等防治措施。     

非定常尾迹宽度对气膜冷却效果的影响

对非定常环境下动叶气膜冷却的流场进行数值模拟,研究非定常尾迹宽度对气膜冷却效果的影响。结果表明,对于动叶的气膜冷却来说,由非定常尾迹形成的低速区对冷却射流的压制作用减小,使冷却射流更多地进入主流并与其掺混,使得气膜孔下游叶片表面的冷却效果降低。当尾迹宽度增大时,叶片表面气膜冷却效果降低的程度增加。非定常尾迹对压力面上冷却效果的影响大于吸力面。压力面上在第1个冷却孔后面冷却效率降低了15％,而吸力面上的冷却效果变化不是很明显。     

三门峡电站水轮机叶片裂纹的分析及处理

三门峡水电站轴流转浆式机组水轮机叶片在运行中频繁出现裂纹,介绍了叶片裂纹的分析和处理,并针对叶片叶型设计对裂纹的影响,在机组增容改造中予以改善.     

利用Euler梁模型计算汽轮机叶片静频和动频的传递矩阵法

根据在定常轴向力作用下,均匀梁的横向振动方程,推导了其固有振动特 连续质量传递矩阵模型。通过对模型的修正,获得了在分布轴向力作用下梁振支睡传递矩阵模型,并使用该模型计算了在不同分布轴向力作用下悬 固有频率以及４３２型叶片的频和动频,结果表明悬臂梁的固有频率以及４３２型叶片的静频和动频,结果表明此方法不仅能精确地计算在分布轴向力作用下梁结构的振动特性还能比较准确地计算叶片的静态和动态振动特性。     

1200mm长叶片频率特性分析

汽轮机末级长叶片的设计研究是超超临界汽轮机关键技术之一,应用有限元方法建立1200mm长叶片模型．计算了1200mm长叶片组的动频,找出此叶轮的三重点共振转速。计算结果表明,叶片振动是安全的。     

叶片几何参数对水轮机稳定性的影响

本文主要从水力设计出发 ,根据叶片几何参数的变化 ,在不同工况下 ,利用CFD技术对叶片的压力分布、速度矢量变化、流线分布和叶片出水边环量变化的情况进行了分析。并将CFD分析的结果与模型试验中转轮涡带、叶片脱流情况及叶片应力计算结果进行了对比。探讨了叶片进口冲角对叶片头部脱流的影响、叶片出水边环量变化对转轮出口涡带的影响和叶片形状对叶片应力分布情况的影响。最后总结了叶片几何参数的变化对水轮机稳定性的影响     

大型轴流式叶片曲面的反求与重构建模

数字化模型是叶片式流体机械数字化设计与制造的基础,根据大型轴流式水轮机叶片的特点,提出了基于反求技术的大型轴流式水轮机叶片曲面重构方法。采用三坐标测量机测得叶片实体模型的表面数据,通过对点云数据进行平滑、精简处理,使用点云网格化、曲面特征提取,曲面分割及拟合曲面片的曲面重构技术,快速、精确地拟合出叶片曲面模型,提高了建模的精度和效率,为后续数字化设计与制造研究奠定了基础。     

迪什林水电站转轮动应力测试及裂纹原因分析

开展水轮机转轮动应力现场测试是叶片裂纹原因分析的重要手段之一。由于轴流转桨式水轮机转轮结构复杂,开展转轮叶片动应力现场测试的难度也相对较大。本文针对Tishrin水电站轴流转桨式水轮机转轮叶片裂纹问题,对其2号机进行了全面的转轮动应力和机组稳定性试验研究,介绍了Tishrin水电站轴流转桨式水轮机转轮动应力现场试验的试验方法及有关试验结果,对转轮叶片产生裂纹的原因进行了分析探讨。本文是国内外首次成功开展大型轴流转桨式水轮机转轮叶片动应力测试,具有一定的科研和应用价值。     

大型汽轮发电机风扇静叶改型分析

采用轴向-径向通风的大型汽轮发电机多级轴流风扇静动叶片皆采用不锈钢材料,为进一步优化发电机结构,将静叶材料改为锻铝。受锻铝材料刚度和叶片生产工艺的影响,按原叶型生产的静叶容易发生变形,需对静叶叶型进行改型。采用NUMECA软件对叶片加厚和宽度减小两种静叶叶型的4级风扇气动性能进行了数值模拟,并与原风扇性能进行了比较。计算表明:叶片加厚方案气动性能更优,与原风扇相比,静压升只降低0.95%,对风扇在设计工作点的气动性能影响很小,改型方案可行。