大型离心泵空化性能与驼峰不稳定特性相关性分析

空化现象和驼峰不稳定特性是影响离心泵机组安全稳定运行的主要因素。基于某大型离心泵两种叶轮方案的数值计算和模型试验结果对空化性能和驼峰不稳定特性进行比较分析,以探究两者之间的相关性,同时,分析了驼峰产生机理及空化性能在其中发挥的作用。数值结果表明,由于空化特性的影响,在数值计算结果中离心泵H-Q性能曲线上出现了驼峰不稳定现象。此外,在小流量区域叶片表面压力分布均匀,最低压力分布合理的空化性能优异叶轮,其驼峰不稳定特性得到显著改善。模型试验结果表明,在泵站正常运行条件下,提升小流量区域装置空化系数与初生空化系数的比值,在叶轮空化性能提升时驼峰裕度增加。研究结果表明,离心泵空化性能与驼峰不稳定特性存在正向相关关系,小流量区域叶轮空化性能提升后可以降低空化现象的发生程度,叶轮流道内部流态改善,整体水力效率提高,相应的驼峰不稳定特性得到提升。研究成果将对大型离心泵机组安全稳定运行提供设计参考。

混流式水轮机水力设计技术的研究和应用

混流式水轮机是水电站中应用最广泛的机型,其内部通流部件的水力设计影响整座电站的发电效益和稳定运行。本文介绍了近30年来中国水科院水力机电研究所混流式水轮机水力设计技术的研究和应用情况:在国内率先开展混流式水轮机内部流态观测试验研究,建立了水轮机水力稳定性表征形式;创新提出了叶片环量分布模型、叶片翼型计算方法和叶片积叠成型技术;实现了混流式水轮机"量体裁衣"式定制;提出的"丰枯水期双转轮配置"技术攻克了径流式水电站丰枯水期流量差别大、水轮机难以兼顾运行的技术难题;系统总结归纳了水电站技术改造的解决方案和流程。研究成果成功应用于国内外200余座新建和改造电站,取得了巨大的社会经济效益,极大地推动了行业的技术进步。

三峡模型水轮机转轮的流态观测及过流通道内水压脉动试验研究

针对三峡机组运行水头变幅大、机组偏离最优工况运行时间长等特点，在开发的三峡模型水轮机组上进行了流态观测与水压脉动试验．本次试验选取了三峡电站运行范围内不同水头、不同负荷下的55个工况，对该选定工进行了如下工，即利用光导内窥镜和闪光测频仅对模型转轮叶片进出口流态进行了不同空化系数下的观测及描绘；对过流通道上布置的8个水压脉动测点，进行了电站装置空化系数下的水压脉动试验；以及在同一工况的不同空化系数下，不同测压点的水压脉动试验；并将电站装置空化系数下转轮叶片进口正背面空化临界线、转轮内叶道涡临界线、转轮出口无涡区临界线绘于模型综合特性曲线上，这在国内尚属首次．

南丰水电站HL263LJ235型水轮机提效增容技术改造

中国水利水电科学研究院机电所运用自行开发的高性能混流式水轮机转轮水力优化设计程序、流场计算及性能评估等计算机软件成果， 并参考一批优秀水轮机转轮， 与海南松涛水库管理局的有关管理、技术人员合作， 在充分调查研究了南丰水电站的实际水力、机组流道、原ＨＬ２６３ 机组结构、特性及存在的主要问题后，针对南丰水电站的特点， 在保持原水电站水工建筑、引水管道、蜗壳、固定导叶、导叶、尾水管、主轴等大件基本不改变的条件下， 重新设计、研制水轮机新转轮， 实现了提效增容技改的改造目标。

爽岛水电站水轮机技术改造

因选型不当或自然水力条件的改变,爽岛水电站水轮机长期在远离最优工况区运行,不仅运行效率低,而且转轮气蚀破坏严重,机组稳定性差,严重时甚至危及到机组的安全运行.为此,应用现代计算机转轮优化设计技术对机组进行了技术改造,使水轮机的水力最优工况区与实际运行区相一致,有效地提高了水轮机的效率和出力,改善了气蚀性能,提高了机组运行稳定性,取得了显著的经济效益.

JF205系列新型水轮机模型的开发研究

JF205系列混流式水轮机模型是中国水利水电科学研究院水力机电研究所新近开发的，适用于150～200m水头段．在试验中，首先对蜗壳、固定导叶与活动导叶、尾水管、转轮等通流部件进行了设计与加工．试验内容有效率试验、空化试验、水压脉动试验、飞逸试验等．通过将试验成果与我国中小型混流式水轮机转轮系列型谱中的相应转轮进行比较可看出，JF205系列水轮机模型具有高效区范围宽、空化性能好、最大单位飞逸转速低等优点，部分转轮的模型最优效率在国内首次突破94％大关．

中小型水电站水轮机增效扩容改造研究

针对中小型水电站水轮机主要存在的问题,提出了水轮机增效扩容改造的基本步骤和优化设计方法,为中小型水电站的增效扩容改造提供了技术支持。

中小水电站增效扩容改造的主要问题及解决方案

我国早期建设的农村中小型水电站,很多存在着技术水平落后、设备设施老化严重、发电效能逐年降低等问题,不仅造成了水能资源的极大浪费,还存在着很多安全隐患。通过总结中国水科院近20a来完成的水电站增效扩容改造项目,将中小型水电站的改造工作按照具体问题进行了分类研究,分析了不同改造类型中存在的问题并给出相应的解决方案。改造实例表明,通过对水轮机的合理技术改造,可以有效改进水轮机的运行,达到提高效率、增加出力、减少或消除空蚀、减轻泥沙磨损以及提高运行稳定性等目的,具有显著的经济效益和社会效益。

水力机械研究领域的发展

60年来,中国水利水电科学研究院水力机械专业经过几代人的艰苦努力,研发能力得到极大的提高。在研发平台建设、水力模型开发、测试技术和相关基础理论研究等方面取得了显著的进展,目前是我国唯一专门从事水力机械应用基础和关键技术研究的国内外知名科研机构。本文从测试技术、CFD数值模拟及优化技术、状态监测和空化、空蚀及泥沙磨损等四个方面,回顾了我院60年来在水力机械研究领域的发展过程,重点介绍了近10年主要成果,最后简要阐述了水力机械研究领域今后的研究重点和发展方向。

混流式水轮机转轮叶片出口水压脉动试验研究

由于混流式水轮机在高水头部分负荷区域运行时内部流态非常复杂,可能会出现叶道涡及尾水管涡带等水力不稳定现象．为了探讨在转轮叶片间存在不同水流状态时叶片出口处的水压脉动情况，专门在JF1055模型水轮机上进行了10个工况、3个测点位置的水压脉动试验研究．试验是在高精度水力机械模型通用试验台上进行的．试验分两步进行，第一步为不带小铜管试验，第二步为带小铜管试验．试验结果表明，紧靠转轮下环叶片出口处的水压脉动幅值约为尾水锥管上常规测点处水压脉动幅值的3～5倍．

超宽水头变幅水泵水轮机参数选择及优化设计研究

针对某蓄能电站超宽水头变幅的特点,探讨了水泵水轮机设计参数的选择。以CFD技术为手段展开优化设计,使优化后的水泵水轮机在保证水泵扬程超大变幅的前提下,既能满足高扬程对抽水量和效率的要求,又能将低扬程工况的空化性能控制在合理的范围内,同时还可兼顾水泵与水轮机工况的能量匹配关系。研究成果可为水泵水轮机的优化设计提供参考。

超常规水头变幅电站的水轮机选型研究

我国有大量水电站所在河流泥沙含量高,在夏季丰水期需降低水库水位作排沙运行,导致电站在丰、枯水期运行时水头变幅很大。"超常规水头变幅电站"即是指最高水头与额定水头之比超过1.4的水电站。为满足灌溉需要,部分超常规水头变幅电站水库各旬放水量极不均匀,又会导致过机流量变化也很悬殊,常规的水轮机选型原则无法满足类似电站的选型需求。通过分析新疆某超常规水头变幅电站的运行参数,划定了高、低水头段,使水轮机组分别配置相应的水轮机转轮,以实现在不同水力参数下运行时,水轮机均处于较高效率运行范围,同时提升了水轮机的运行稳定性。

水力机械研发平台的建设和应用

中国水科院水力机械研发平台是以建设水力机械新模型试验台为核心,结合CFD数值模拟技术的开发和应用,利用现代计算机技术和测试技术搭建的研究开发平台。该平台的建设在同台对比试验、贯流式水轮机力矩测试、浑水浓度及水头测量、固液两相流CFD数值模拟及磨损预估等方面提出了创新的方法及技术,使试验台试验能力和测试精度均达国际领先水平。通过该平台,开发和设计出一大批优秀的水力机械模型转轮、抗磨材料和稳定性技术,广泛应用于水利、水电的建设与改造中,并进行了三峡右岸、溪洛渡、向家坝等巨型水电站的水轮机及江苏溧阳抽水蓄能电站、浙江仙居抽水蓄能电站的水泵水轮机同台对比试验,为锦屏一级水电站、土耳其OBRUK水电站、老挝南立水电站等国内外十几个大、中型水电站的水轮机和水泵水轮机进行了模型验收,推动了水轮机、水泵水轮机性能水平的提高和水力机械模型测试技术的进步。

水府庙水电站水轮机选型方案

水府庙水电站机组原HL365-LH-230水轮机为低水头混流式,在水力设计与性能方面存在缺陷。水电站在增效扩容改造工作中,根据现有水力条件,确定了水轮机组改造的基本技术要求,确定了水轮机技术改造方案。实际运行效果显示,技改后水轮机出力及运行稳定性得到了显著提高。

满拉水电站水轮机抗磨性能分析

满拉电站总装机20MW，在电网系统中担任调峰、调频任务。年楚河含沙量较大，同时由于电站所处的位置自然环境条件恶劣，交通不便，为确保机组安全可靠运行，延长机组大修周期，水轮机的抗泥沙磨损能力应予以足够的重视。本文针对水轮机的导叶区、转轮区等进行了抗磨性能分析，并提出了降低泥沙磨损应采取的措施。