基于转轮换型的水轮机增容改造及数值模拟

从青海铁吾电站HL160-WJ-84水轮机运行中的实际问题出发,在明确了水轮机改造的方向和目标后,对新旧型谱系列模型转轮的性能进行了对比分析。基于对比结果,初选出了D06A转轮用于技术改造试验。对改造前后的水轮机全流道进行三维湍流数值计算,给出了水轮机改造前后的水动力学特性差异。同时,对改造前后的水轮机蜗壳、转轮叶片的流态分布状况进行了分析比较,对改造后的水轮机整体水力性能进行预估。分析认为,对于小型卧式HL160机组而言,更换转轮后还需对上冠泄水孔实施改造,以防止对流场造成扰动,降低机组的效率。     

襟翼长度对混流式水轮机空化性能的影响

为了研究襟翼结构尺寸对水轮机空化性能的影响,以HLX180-LJ-145混流式水轮机为原型,应用UG建立在原型转轮进口靠近下环处两叶片中间位置增加襟翼结构的加襟翼转轮模型为研究对象,利用ANSYS CFX软件对0.8Q_d小流量和1.0Q_d设计流量工况点清水和含沙水介质下的转轮空化现象进行数值分析,分别采用长度在60 mm、80 mm和100 mm的3种襟翼,对比两种流量工况下加入襟翼前后混流式水轮机转轮内部流动形态,研究襟翼长度对水轮机空化性能的影响。结果表明：转轮叶片吸力面靠近转轮出口处易产生空化,增加襟翼后,转轮内总受压面积增大,空泡体积分数减小,转轮进口来流得到充分分流,带襟翼转轮过流通道的叶栅稠密度增加,叶片表面流动分离延迟,水流流线变得顺畅,水流流态变好,含沙水对转轮的磨蚀冲击减弱,空化性能得到明显的改善。该研究对不同水流介质下的水轮机改造设计与优化具有一定的参考作用。     

基于CFD的HL129转轮改造研究

基于改型优化方法,以某电站混流式水轮机模型机为基础,对HL129转轮进行改造。并建立从蜗壳进口到尾水管出口的全流道计算模型,采用CFD方法对其内部流动进行三维黏性数值计算,以获得水轮机内部流动特性。结果表明:优化后的转轮能够较好改善叶片表面压力分布,提高了低压区的压力值。优化后,尾水管内水力损失减小,流态顺畅,因而能量特性和空化性能都得到了改善。     

HL240型水轮机叶片出水边切削对增容的影响

本文在奇点分布法计算叶片周围流场的前提下,利用CFD软件对混流式叶片切割后的水力性能进行了计算,得出该简便方法对HL240-WJ50型水轮机出力的最优量和该措施对流场的影响:当切削叶片切割量为9.4mm时该转轮出力增加5.7%,同时气蚀性能无明显恶化。将改进后的水轮机叶片应用到小电站的增容改造中,取切割量为叶片上冠边和下环边平均值的5%,切削后测试转轮功率由232kW提高到了253kW,出力达到电站要求。可见切削叶片出水边能以较小的经济代价得到较好的改造目标,适合小型水电站转轮改型的实施。     

HL240型水轮机叶片出水边切削对增容的影响

本文在奇点分布法计算叶片周围流场的前提下,利用CFD软件对混流式叶片切割后的水力性能进行了计算,得出该简便方法对HL240-WJ50型水轮机出力的最优量和该措施对流场的影响：当切削叶片切割量为9.4mm时该转轮出力增加5.7%,同时气蚀性能无明显恶化。将改进后的水轮机叶片应用到小电站的增容改造中,取切割量为叶片上冠边和下环边平均值的5%,切削后测试转轮功率由232kW提高到了253kW,出力达到电站要求。可见切削叶片出水边能以较小的经济代价得到较好的改造目标,适合小型水电站转轮改型的实施。     

混流式水轮机改造前后转轮内固液两相流数值分析

为了探究混流式水轮机改造前后转轮泥沙磨损情况,采用固液两相流模型对某电站改造前后的混流式水轮机进行全流道数值模拟,分析不同工况下转轮叶片表面泥沙分布,转轮叶片表面固液两相速度差,以及水轮机效率。结果表明:小流量工况下泥沙磨损最严重;水轮机改造后,叶片表面泥沙体积分数下降,固液两相速度差减少,泥沙磨损减弱,水轮机效率较改造前提升了5.5%。该研究可为水轮机改造提供一定的参考。     

HL160型水轮机的增容改造技术

在理论计算的基础上，结合水轮机转轮实测与实践经验，确定了叶片出水边的切割量，使HL160－84水轮机增容25％；对新旧型谱系列模型转轮性能分析结果表明，D06A转轮能量特性及空化特性都优于HL160转轮，经流道对比得出两种转轮互换性很强，用D06A转轮替代HL160转轮可增容20％。这两个结合在青海曲库水电站1号机的增容改造中得到验证。     

龙颈水电厂下库电站水轮机增容技术改造研究

应用水轮机转轮水力设计理论,采用二元计算方法,针对龙颈电厂下库电站存在的问题,对原能量指标较差的HL263转轮进行改造,提高了下库电站机组的出力和效率,并提高了水轮机的抗气蚀性能。     

太平哨水电厂HL240型水轮机转轮改型研究

现代计算机数值模拟技术的不断进步，为水轮机转轮的改型设计创造了条件。HL240型水轮机能量指标低、过流能力差，国内相当一部分中小型水电站是套用此转轮。应用考虑转轮来流有旋、叶片有限厚及转轮叶片力作用的转轮与导叶联合作用的基于S1流面的准三维设计模型，研究出HL240的改进型转轮，并通过相对效率法效率试验对比，鉴定了改型转轮的效率特性。结果表明，水轮机效率特性明显增加，在高负荷区表现尤为明显。     

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。     

水轮机转轮三维粘性流动数值计算

对水轮机转轮内部三维素流计算的基本方法进行了简要介绍,并采用贴体坐标下的有限体积法和K-ε模型,对丰满水电站7号水轮机转轮内部的三维粘性流动进行数值模拟,确定了转轮叶片的切割量,从而对7号水轮机转轮进行割边增容,收到了较好的效果,为老旧水轮机增容改造探索出一条新的道路.     

基于CFD的水轮机叶片优化设计研究

以某水电站轴流转桨式水轮机为研究对象,对机组引水管道、蜗壳、固定导叶、活动导叶、水轮机转轮以及尾水管等过流部件进行实际尺寸三维建模,对水轮机进行全流道三维数值模拟,根据模拟计算结果对转轮叶片进行改型设计,并利用CFD以及转轮效率计算,验证了新叶片性能的提升。     

混流式水轮机组技术改造前后性能分析

针对目前中小型水电站运行及改造中存在的问题,为探究混流式水轮发电机组改造前后的水力稳定性,基于CFD性能预测方法,以某电站的实际改造情况为例,对该电站改造前后的水轮机内部流场进行全流道三维数值模拟分析,探讨水轮机内部流场的速度分布、压力分布等情况,并做了对比分析。结果表明:更新改造后的电站机组活动导叶头部撞击损失减少,转轮的内部流态得到改善,流动更加均匀;且转轮在高水头、大流量运行区域叶片速度和压力分布更加均匀,提高了水轮机水力效率,机组运行更加稳定,检修周期延长。研究结果可为中小型水轮发电机组的增效扩容技术改造提供一定参考。     

南湾水电站机组的增容改造

信阳南湾水电站HL260-LJ-126水轮机技改设计为HL275-LJ-260，并对原水轮机结构作了优化处理，充分利用高效率大过流能力转轮，取得了很好的成果。     

国际水电新闻

加拿大在电子计算机上应用CAD/CAM专用程序设计算水轮机转机转轮过流部件形状,分析过流部水流状态,确定转轮内应力状态,取得成效。该专用程序可用于计算任一种反击型水轮机的转轮,能给出必需的图形方案。利用该程序可计算出叶片的厚度,绘出叶片的整个叶形和任一截面;快速确定转轮几何形状(叶片倾斜角和厚度,表面曲率)的变化对过流     

运西水电站竖井贯流式水轮机性能优化

采用雷诺时均方程(RANS),选择S-A湍流模型,运用SIMPLEC算法,利用CFD数值模拟技术,数值模拟了不同方案的运西水电站水轮机流道内流场,分析了转轮直径、叶片翼型、叶片个数、叶片安放角、转轮轮毂、转轮转速、导叶翼型、导叶轴线与机组中心线夹角、导叶个数、叶片及导叶安装位置、导叶开度对水轮机性能的影响,叶片数为3时水轮机装置性能较优,机组最高效率点分别在转速为187.5r/min、导叶个数为15时出现。对原有流道可改变部件做适当优化后,将优化后的转轮应用于电站进行数值计算,根据全流道的数值模拟结果,预测电站改造后机组的水力性能。根据数值计算的结果制作模型水轮机和真机进行模型试验和真机测试。结果表明,数值模拟结果与模型实验以及现场运行结果曲线的变化趋势一致,数值模拟结果基本能够准确反映电站的外特性和内部流场特征。     

新型H型叶片潮流能水轮机不同翼型水动力性能分析

为了探究垂直轴潮流能水轮机转轮叶片翼型对其水动力性能的影响,在保持水轮机密实度相同的条件下,采用Fluent软件对4种不同翼型的H型直叶片潮流能水轮机进行了三维流场非定长数值模拟。通过4种H型叶片翼型对转轮动力扭矩特性和水能利用系数的影响,分析了潮流能水轮机水动力性能。结果表明,NACA0015翼型的水轮机单叶片动力扭矩最大值明显高于其他3种翼型;而整体转轮扭矩最大值取决于其不同的来流速度等运行工况。从整体上看,不对称翼型NACA4415的水轮机水能利用效率优于其他3种翼型。本研究为新型潮流水轮机的设计和翼型的选择应用提供了依据。     

基于转轮换型的水轮机增容改造

对新旧型谱系列模型转轮的性能进行分析，结果表明：D06A转轮过流能力远大于HL160转轮，能量特性及空化特性同样优于HL160转轮，但对同一导水机构D06A水轮机导叶，最大开度比HL160要大。由流道对比可得出，两种转轮互换性很强。实践证明，用D06A转轮替代HL160转轮可增容20％。     

含沙河流中混流式水轮机转轮优化设计的研究及其软件包的开发

通过对水轮机泥沙磨损机理和磨损条件的分析 ,提出了改善水轮机磨损条件的措施 ,在二元理论基础上 ,对含沙河流中混流式转轮叶片设计方法进行了研究。采用稳定可靠的数值计算方法 ,进行了转轮流场计算、叶片数值积分、叶片加厚等工作。对初步设计的转轮进行了效率和磨损预测。开发了一套实用的含沙河流中混流式转轮叶片水力设计计算机辅助设计系统 ,并给出了一个运用该软件的设计实例。     

含沙河流中混流式水轮机转轮优化设计的研究及其软件包的开发

通过对水轮机泥沙磨损机理和磨损条件的分析,提出了改善水轮机磨损条件的措施,在二元理论基础上,对含沙河流中混流式转轮叶片设计方法进行了研究.采用稳定可靠的数值计算方法,进行了转轮流场计算、叶片数值积分、叶片加厚等工作.对初步设计的转轮进行了效率和磨损预测.开发了一套实用的含沙河流中混流式转轮叶片水力设计计算机辅助设计系统,并给出了一个运用该软件的设计实例.