水轮机导叶抗泥沙磨损的水力研究

本文介绍了减轻低比速混流式水轮机导叶泥沙磨损水力型式的物理模拟试验及数值模拟计算的成果；揭示了叶绕流，导叶与转线配水力设计，对泥沙磨损的影响，为较圆满解决该类导叶的泥沙快速损坏提供了新的途径。     

水轮机导对抗泥沙磨损的水力研究

本文介绍了减轻低比速（ｎｓ＝１００ｍ－ｋＷ）混流式水轮机导叶泥沙磨损水力型式的物理模拟试验及数值模拟计算的成果；揭示了导对绕流、导对与转轮互配水力设计，对泥沙磨损的影响，为较圆满解决该类导叶的泥沙快速损坏提供了新的途径。     

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。     

导叶端面间隙泥沙磨损数值预测研究

高水头混流式水轮机导叶间隙是泥沙磨损破坏最为严重的部分之一。泥沙磨损破坏问题与固液两相流动特征关系密切,为了揭示导叶端面间隙内含沙水的流动规律,本文应用固液两相流模型,通过求解雷诺时均N-S方程和RNG k-ε湍流方程,对泥沙介质条件下水轮机导叶端面间隙流动进行数值研究。研究结果表明,含沙水在压差的驱动下从导叶间隙的压力侧向吸力侧方向流动,间隙内部泥沙浓度低于主流;导叶间隙尺度增大会导致间隙内部含沙水速度增加,含沙水对导叶的磨损强度增大。     

白鹤滩电站水轮机泥沙磨损评估研究

为预估白鹤滩电站水轮机的泥沙磨损,为水轮机选材、大修及防护方案的制定提供数据支撑,本文利用水力机械磨蚀测试系统中的旋转圆盘磨蚀测试工位,根据白鹤滩电站的过机泥沙条件及过流部件过流条件,对相应泥沙和过流条件下过流部件备选材料的磨损规律及磨损性能进行了实验研究。通过试验研究获得不同含沙浓度、过流速度磨损条件下不同材料表面的磨损深度,并通过多元线性回归法拟合试验数据获得不同材料的磨损率公式。利用磨损率公式及磨损率-粒径关系式,对一定运行时间范围内真机主要过流部件转轮及导叶区的磨损深度进行了预估,结果表明磨损较严重的部位为活动导叶下端面及转轮叶片出口靠近下环处。机组运行10年后,水轮机上述区域的磨损量分别为2.66 mm、1.75 mm。依据国家标准《反击式水轮机磨损技术导则》,两个过流区域的磨损量均较小,对机组正常运行影响较小,满足10年大修周期要求。     

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。     

应日本东芝公司邀请我院派员访日

经国家科委批准,我院段昌国付教授承担了日本东芝公司委托的研究项目:《水力机械耐泥沙磨损材料研究》,并按时完成了该项研究工作。今年十月十五日至二十一日,应日本东芝公司的邀请,我院派南新旭付院长与段昌国付教授出访日木,向东芝公司提交了该项研究报告。为此日本东芝公司重型电机部召集了专业讨论会,会上由段昌国作了题为“水利机械耐泥沙磨损材料研究及实验方法”的报告和有关课题的讲学,南新旭作了“我国部份水力机械专家对《水力机械耐泥沙磨损材料研究》课题     

水轮机导叶区固液两相流动数值研究

为了揭示泥沙介质在水轮机导叶区的流动及分布规律,本文应用固液两流体多相流模型,充分考虑固液两相间的相互作用,通过求解雷诺时均N-S方程和RNG k??方程,对不同泥沙介质条件下水轮机导叶区的流动进行数值研究。研究结果表明,导叶表面压力随着来流泥沙含量的增大逐渐增加,随来流泥沙粒径的增大变化很小;小粒径泥沙在导叶表面分布均匀且含量低,大粒径泥沙会集中分布在导叶前缘高压区。     

可调导叶式轴流泵水力特性数值模拟

为了减小轴流泵导叶段水力损失,提高轴流泵性能,本文提出一种新型后置导叶--可调式导叶.通过理论推导,得出了可调式导叶的调整规律,在实验结果验证的基础上,采用数值模拟方法,对固定导叶和可调式导叶两种模型下轴流泵内的水力特性进行了分析.分析结果表明:导叶进口冲角和尾部脱流是导致导叶段水力损失的两大主要因素;可调式导叶可以通...     

水轮机抗磨蚀新材料研究取得成果

水轮机抗磨蚀新材料研究取得成果水力机械过流部件的泥沙磨损和空蚀破坏是严重影响其运行寿命的重大关键课题之一，半个世纪以来始终是在世界重点科研项目，但是至今为止无统一说法：有的认为空蚀（以前称为汽蚀）为主要原因，有的认为泥沙磨损是主要原因，现在则多数趋向...     

导叶双列叶栅CFD数值计算及结果分析方法研究

双列叶栅对水轮机和水泵水轮机水力性能有着重要影响。本文从工程应用的角度,对导叶双列叶栅的CFD计算方法和结果分析进行了研究,论述了CFD数值结果的分析内容及方法,明确了导叶双列叶栅水力优化的主要参数目标,和对设计结果评判的主要依据。并结合仙居项目水泵水轮机研发工程实例,说明本文所述的方法在导叶双列叶栅水力优化设计中的实用性和对水力性能评判的准确性。     

混流式水轮机导叶相对位置对其水力性能的影响

含沙水中水轮机的水力性能受多种因素影响,本文采用RNG k-ε湍流模型,对竖轴混流式水轮机三维全流道导水机构内部流动迚行了数值模拟。适当选取若干种导叶开度,通过数值模拟得到了不同导叶开度、固定导叶与活动导叶周向不同相对位置下,导水机构内部流场的压力分布、速度分布以及能量损失。计算结果表明固定导叶与活动导叶的周向位置对水流的流态的影响,活动导叶头部的内侧更容易受到冲击破坏,合理地匹配它们的位置关系可以较大地减少水力损失。确定固定导叶与活动导叶在不同开度下最优匹配角,导叶开度及相对位置对水轮机水力性能联合影响关系。     

水轮机抗泥沙磨损技术分析

为了解决水电站水轮机泥沙磨损的问题,笔者根据国内外科研人员在水轮机抗泥沙磨损技术研究成果,分析了影响水轮机泥沙磨损的因素,提出了在水轮机抗泥沙磨蚀的设计制造,以及表面防护技术方面采取的措施,即水轮机选型、水力设计、结构设计和加工制造,以及焊条堆焊技术、环氧金刚砂涂层技术、聚氨酯涂层技术和高速燃氧碳化钨涂层技术。实践表明,水轮机泥沙磨损同泥沙的含量、泥沙颗粒属性、水轮机材料、水流的速度及流态等因素有关。水轮机设计时应选用较低的比转速和水流速度,并根据水轮机机型及水头范围选择相应的防护涂层技术。     

三门峡水电站2#机导水机构改造

介绍了三门峡电站2#机导水机构的磨损情况及改造方案的修复措施，详细叙述了导叶修复过程中采用的主要工艺及加工方法，提出了本次改造的创造性和先进性，以及通过导叶改造获得的效益。     

轴流式水轮机过流部件修复方法的探讨研究

<正>轴流式水轮机在含有泥沙的河流中长期运行,其转轮、顶盖、底环、导叶等过流部件均会因为泥沙磨损和磨蚀产生不同程度的损坏。尼日利亚凯恩吉水电站目前装机8台轴流式水轮机组,总装机容量872 MW,其中12#机为轴流转浆式机组,单机容量100 MW,于1978年发电,2012年拆机进行全面修复。机组主要相关参数见表1。从拆机后材料化学分析结果看,机组除转轮叶片采用马氏体不锈钢材料以外,转轮体、顶盖、底环、导叶等过流面均为抗磨蚀能力较差的普通碳素结构钢,因此尽管尼日尔河泥沙含量不高,但     

南桠河电站水轮机导水机构改造的CFD分析

南桠河电站水轮机自 20世纪 80年代投运以来,泥沙磨损严重,电站提出了改造要求.这里以计算流体力学的方法 (CFD)为基础,对水轮机导水机构的改造进行计算分析,提出方案,达到减轻泥沙磨损的目的.图4表2参3     

映秀湾电站一号水轮机改造分析

映秀湾电站水轮机能量参数、效率设计值偏低,不利于水力资源的有效利用。水轮机导水机构过流部件磨损严重,导叶漏水大。转轮经过长期修复补焊叶片变形严重,已多处出现裂纹,机组稳定性变差,水力振动区大,急需对水轮机进行改造。针对1G机组水轮机运行中的问题对其改造方案进行详细分析。     

一种活动导叶立面间隙调整的改进方法

在水轮发电机组长时间运行中,受到水力、机械、时间等因素的影响,活动导叶立面间隙偏大,活动导叶漏水量偏大.为此结合芒里水电站水力设备实际布置情况,通过在传动部分中加装偏心销连板结构,增设偏心销,增大偏心量,使全部活动导叶具备可调节能力,达到调节活动导叶立面间隙的目的.实践结果表明,该方法效果较好,能有效解决活动导叶立面间...     

泥沙直径和浓度对水斗式水轮机转轮的磨损特性

含沙水流会对高水头水斗式水轮机转轮造成磨损,影响机组检修和高效安全运行。文采用流体体积模型(volume of fluid,VOF)、SST k-w湍流模型和离散相模型(discrete phase model,DPM)对含沙水流进行了固–液–气三相非定常数值模拟,研究了泥沙颗粒的直径、浓度与斗叶内表面磨损量、磨损位置的关系。研究表明:随着射流能量的传递,水膜的高压力区逐渐从缺口后移到斗叶根部;分水刃和缺口位置是最容易受到泥沙磨损的部位,与现场电站转轮水斗磨损位置一致;泥沙直径、浓度的增加与磨损率呈正相关;小颗粒泥沙更易对靠近斗叶根部的出水边造成磨损,而大颗粒泥沙更易对靠近分水刃的进水边造成磨损。本文研究的目的是为水斗式水轮机的制造加工、维护检修提供一定的理论基础。     

水轮机抗泥沙磨损用高速喷镀新技术的试验研究

1泥沙磨损现状 我国河流含沙量大，年平均1000万t以上，有115条河流，直接入海泥沙19．4t，黄河及其支流水轮机都受到磨蚀。我国大中型机组有132台水轮机泥沙磨损严重，共计1200万kW，中小型有2200万kw，10万台，约340万kW，在黄河上泥沙含量最大的流段，长期平均含沙量是16kg，每立方米，高峰期高达800kg。泥沙的矿物成分相当复杂，轻矿物，石英，长石，云母等占90％以上。石英颗粒以其尖角或半尖角磨损水力设备，这是磨蚀的主要原因。大部分磨蚀发生在转轮下环和叶片出水边。河南三门峡1号机改造前检修平均间隔是1000h（包括汛期），因被迫停机导致损失每年高达300GWh。难以接受的电量损失，运行15000h就必须检修。