水轮机蜗壳和固定导叶内部三维紊流流场数值研究

The spiral casing and stay vanes are important through flow parts of a hydraulic turbine.Their internal flows have significant influence upon the hydraulic efficiency and performance of the turbine. Based on the solution of Navier-Stokes equations and the standard k-εturbulence model, the numerical simulation on internal flows through the spiral casing and stay vanes of a model hydraulic turbine applied for the Sanxia (Three-Gorge) hydro power project has been carried out by using the body-fitted coordinates, the staggered grid system and the SIMPLEC algorithm in the present work. Calculated results are presented at the design operating condition for the spiral casing and stay vanes, which give a valuable referenceto improve their design.

全蜗壳的非圆形断面水力设计及其CFD分析验证

针对水轮机全蜗壳常规水力设计方法中存在的不足,对蜗壳中水流遵循速度矩为常数规律运动的非圆形断面水力设计进行分析,利用数值计算方法,使蜗壳尾部圆断面内的水流遵循速度矩为常数的运动规律,而无需转换成椭圆断面,从而完善蜗壳非圆形断面的水力设计方法.经实例设计与CFD流场模拟分析验证表明,采用文中所提出的非圆断面设计方法设计出的蜗壳,水流运动基本符合设计假定,其流场分布与理论分析相符合,设计出的蜗壳流道平顺光滑,流态分布良好.

水电站充水预压蜗壳结构的应力仿真算法研究

应用三维有限元程序仿真模拟充水预压蜗壳结构的施工及运行全过程,得出的钢衬和外围混凝土的应力、应变状态与传统的简化算法结果相比较,其应力分布规律基本一致。但由于简化算法忽略了预压水头及预压施工缝隙对整个结构的影响,因此简化算法的外围混凝土的应力值要小于仿真算法,其相对误差一般在8％以下。

水能回收装置蜗壳内流场的CFD分析

基于叶片式流体机械的工作原理研究开发出一种无活动导叶卧式轴流式水能回收装置.为了优化结构、保证性能和提高水能回收效率,采用CFD技术对其蜗壳的内部复杂紊流流场进行三维黏性流动的数值模拟,以取代模型试验和缩短研制周期.通过对该装置流场的CFD数值模拟和可视化分析结果表明,圆形断面的蜗壳进水均匀,形成的速度环量比矩形断面的更好,为水能回收装置引水部件的结构优化设计提供了依据.

不同HD值下软垫层蜗壳结构优化分析

应用有限元模型分别对高低两种HD值下的水电站蜗壳结构进行分析,研究了软垫层材料的弹性模量、厚度以及铺设范围对蜗壳结构强度和变形的影响。通过不同HD值下垫层蜗壳的结构分析,得到水电站垫层蜗壳优化设计的规律性认识,进而明确了高HD值下垫层蜗壳结构设计的难点和重点,以及通过垫层优化设计的解决途径,从而进一步说明了高HD值蜗壳采用软垫层结构方案的可行性。

大型水电站厂房蜗壳结构形式研究

以某大型水电站厂房蜗壳结构形式研究为背景分别从静力、动力2个方面论述了不同形式的蜗壳结构对电站结构的影响。得出结论认为不同的蜗壳结构形式对电站厂房结构的影响差别主要集中在静力方面,垫层蜗壳方案下,蜗壳周边应力分布不均,对于蜗壳下部混凝土应力状况改变不大,打压蜗壳更有利于减小蜗壳周边混凝土应力,而各种蜗壳结构形式对厂房整体结构的自振特性与动力响应影响较小。

设有垫层的水电站蜗壳结构联合承载分析

本文分析了带有垫层的蜗壳及其外围钢筋混凝土联合承载结构，设定了一个计算模型，用三维有限元方法对某一工程蜗壳与外围混凝土结构进行了计算，计算结果和观测值较为一致。

三峡右岸电站蜗壳直埋方案研究

机组蜗壳埋入混凝土的方式通常有3种,即垫层埋入法、保压埋入法和直接埋入法。三峡电站机组蜗壳在技术设计阶段研究了保压方案和垫层方案,直埋方案研究是在先期按保压方案设计的基础上进行的。三维线性和非线性有限元模型计算与物理仿真模型试验分析研究,成果表明:直埋方案是合理的,可控制结构应力和基础上抬的变形量,蜗壳外围混凝土有足够的超载能力。

三峡水电站蜗壳充水加压模型试验研究

本文采用模型试验的方法对三峡水电站蜗壳及外包混凝土结构进行研究 ,主要研究蜗壳在充水加压条件下浇筑混凝土后结构的受力状态和破坏规律。通过试验 ,初步弄清了蜗壳、混凝土和钢筋三者之间的受力关系。试验结果表明 :在设计荷载下 ,蜗壳与外包混凝土可以共同受力 ,配置的钢筋起的作用较小 ,结构的安全性可以得到保证。

水电站蜗壳盘型阀锈蚀原因分析及解决方案

由于鲁地拉电厂蜗壳盘型排水阀锈蚀原因,检修周期频次也随之增加,影响蜗壳盘型阀的运行稳定性。通过对锈蚀原因分析,得出蜗壳盘型阀上部渗水及所处环境相对湿度大是其主要原因,通过改善蜗壳盘型阀工作环境对空气进行循环除湿并设计出1款新型的蜗壳盘型阀抽屉式挡排水装置,彻底消除了蜗壳盘型阀锈蚀现象,降低了蜗壳盘型阀的生产成本,提高了运行的可靠性。

液力透平轴对称旋拧尾水涡的计算与分析

尾水涡的存在会引起液力透平水力损失增加和出水管路的不稳定流动脉动.通过理论分析透平尾水涡的解析解,并采用CFD数值模拟,揭示了液力透平出水管内轴对称旋拧涡的运动形态,研究了不同工况尾水涡的变化规律,阐释了尾水涡对液力透平外特性的影响.研究发现:液力透平出水管存在与叶轮旋向相同的近似轴对称旋拧涡,并呈现出小流量旋涡强度大,而大流量旋涡强度小的特点.出水管中由于圆周速度引起的动能损失对液力透平水力效率的影响不可忽略,该损失随流量的增大而降低,这也是液力透平大流量时效率较高的原因之一.

卡门涡共振诱发水轮机固定导叶裂纹案例分析

针对龚嘴水电站水轮机卡门涡共振诱发固定导叶裂纹,综合各过流部件卡门涡频率、固定导叶固有频率、机组特殊流道结构等因素,分析了诱发固定导叶卡门涡共振的原因,认为本案例是因增容改造后流量增大、导叶开限不合理、特殊流道结构等因素共同作用下出现了卡门涡共振诱发固定导叶裂纹,并提出了有效的防范措施。结果可供在运电站分析解决机组异常振动噪音、过流部件裂纹等问题参考。

导叶不同步装置降低蜗壳进口压力的机理研究

利用基于特征线原理的蜗壳进口压力的表达式 ,结合含导叶不同步装置的水泵水轮机的全特性曲线 ,对高水头抽水蓄能电站中 ,低比转速水泵水轮机甩负荷时 ,导叶不同步装置降低蜗壳进口压力的机理进行了理论分析和探讨。导叶不同步装置的及时投入 ,增大了流量特性曲线在“S”特性影响区内的正斜率 ,减小了水轮机甩负荷时每一时间步长内的蜗壳进口压力的上升幅值 ,从而在一定程度上降低了蜗壳进口压力的最大值 ,但并不改变蜗壳进口压力的双峰特性。另外 ,在水轮机甩负荷工况的同时 ,MGV装置的延时投入时间越短 ,预开启导叶的附加开度的增加速率越快 ,蜗壳进口压力的最大值就降低的越多。

蜗壳结构形式与新施工工艺研究

对某水电站水轮机蜗壳三种结构形式的静力分析表明,充水保压蜗壳具有混凝土内应力均匀、拉应力值较小等优点,有利于机组的安全稳定运行。提出了一种新的保温浇筑混凝土的施工工艺,该工艺可以和充水保压蜗壳一样在钢蜗壳周围产生预留缝隙,达到减小混凝土应力的效果。通过与充水保压方案相比较,探索了保温浇筑混凝土施工工艺的可行性。

混流可逆式水泵—水轮机泵工况蜗壳损失理论研究

本文在以实验资料为依据的假设下,由动量方程和能通量的连续方程推出了蜗壳损失的一般计算公式。结果表明:在Q/Q_0≥0.9的流量范围内,理论计算和实验结果很符合。在实测和计算的基础之上,文中还对蜗壳内的能量损失构成进行了初步分析。

导叶关闭规律及初始开度对蜗壳动水压力的影响

讨论不同折线关闭规律对蜗壳最大动水压力的影响,揭示了蜗壳最大动水压力的大小与导叶初始开度间的某些规律,指明流量梯度变化最大的工作点恰好是发生蜗壳最大动水压力的极值点这一过渡过程本质。

泵蜗壳的一种优化设计方法

以水力损失为目标函数，以断面面积为寻优变量，建立了泵蜗壳第８断面和所有断面优化的数学模型，并对一混流泵蜗壳进行了优化设计，实例计算结果表明，对泵蜗壳进行优化设计可使其水力损失大为减小．

直埋式蜗壳结构动力响应特性真机测试分析研究

水电站直埋式蜗壳的钢衬和外围混凝土完全联合承载,蜗壳内部的静动态内水压力很大的比例可以外传至外围混凝土结构,从而引起蜗壳结构较大的振动反应。采用数学统计和Welch法的功率谱估计分析方法,针对机组升负荷运行时蜗壳振动测试信号进行分析处理。结果表明,在升负荷运行时,尾水管脉动压力为主要水力振源;蜗壳内部脉动压力、蜗壳外围加速度与尾水管脉动压力变化趋势基本相同;同时揭示了直埋式蜗壳脉动压力振动能量的衰减、传递规律。可为直埋式蜗壳的机组与厂房的振动评估及动力反馈分析提供可靠的依据。

不同弹性垫层材料对水轮机蜗壳结构的影响研究

本文利用有限元理论，选取适用于混凝土材料的非线性本构关系．在蜗壳上部有关荷载、结构自重和内水压力联合作用情况下，对蜗壳钢衬、不同材料垫层和外包钢筋混凝土的联合作用结构进行计算分析．给出了结构控制部位各种材料的承载比与垫层弹模的关系．为工程建设提供了设计依据．

预应力混凝土蜗壳三维有限元结构分析

采用三维有限元法对预应力混凝土蜗壳进行结构分析，以清江高坝洲水电站为例，表明对蜗壳施加预应力后，能够减少蜗壳内部的拉应力，调整蜗壳的应力分布。