混流式水泵水轮机泄漏量的计算及分析

为了确定混流式水泵水轮机泄漏量的大小,分别采用基于经验参数的理论公式法和基于N-S方程、RNG k-ε湍流模型、结构化网格技术的CFD数值模拟法,对某大型可逆式水泵水轮机分别在60%,70%,80%,90%的导叶开度下进行了泄漏量计算,并对2种方法的计算结果进行了对比分析.结果表明:理论公式法涉及经验参数的选取,对计算经验的依赖程度较大,具有一定的盲目性和不准确性,同时在对机组水轮机工况下的泄漏量进行计算时,由于各个工况点的水头相等,导致计算出的不同工况下机组泄漏量曲线是一条平行直线,并没有反映出泄漏量随工况变化的真实规律;将CFD数值模拟法计算的性能曲线与试验性能曲线进行比较,结果显示吻合度较高,验证了CFD数值模拟法的正确性及对间隙泄漏问题计算的可行性,可以较为准确地描述间隙泄漏问题,克服了理论公式法在计算时出现的弊端.

基于MATLAB技术的滑动轴承油膜压力分布的模拟

Roynolds方程是滑动轴承油膜压力计算的基础,传统计算方法将轴承简化成无限宽或无限窄的一维形式,计算结果不符合实际情况。基于有限差分法,采用MATLAB软件编程计算,求解了完整的二维流动Roynolds方程,得到了滑动轴承油膜压力空间分布图。以此方法指导某水电站水轮机水润滑橡胶轴承改造为稀油润滑轴承的工作,取得了良好的效果。

基于CFD的水轮机导叶翼型数值模拟及分析

基于RNGk-ε湍流模型和三维雷诺时均N-S方程,采用SIMPLEC算法对一个高水头、低比转速混流式水轮机进行全流道三维定常湍流计算,分析活动导叶翼型对水轮机性能的影响.数值计算结果表明,采用对称型和负曲度活动导叶可减少高水头低比转速水轮机导水机构中的漩涡、撞击和叶道涡,可使转轮的效率和出力增加,叶片背面的汽蚀得到改善.

灯泡贯流式水轮机尾水管流动特性分析

采用基于气泡动力学的两相流方程 ,对灯泡贯流式水轮机进行全流场的非定常湍流数值模拟 ,计算了在大流量工况下水轮机内部发生空化时的能量特性和尾水管内涡带的演变特点.计算结果表明 ：当水轮机在大流量下运行时 ,尾水管会出现“柱状”空腔涡带 ,随着时间的变化 ,空化涡带体积发生大幅度增加 ,在涡带尾部有“环形水跃”现象出现 ,此时在尾水管内壁处压力脉动也随之增大 ;在不同的空化系数下 ,压力脉动从转轮出口处开始增加 ,由于空泡的体积波动主要发生在尾水管内 ,因而压力脉动振幅在尾水管内达到最大 ,压力脉动会沿着尾水管向下游传播 ,逐渐减小 ;尾水管内压力脉动以低频为主 ,涡带主频为转频 ,其余频率由涡带公转产生的以2~5倍主频的次频.

泥沙颗粒直径及体积分数对高比转速离心泵的影响

基于小粒径固液两相流在高比转速离心泵内运动比较复杂的情况,以黄河含沙水为工作介质,采用改变颗粒直径和含沙水颗粒体积分数的方法,借助Mixture多相流模型扩展的标准k-ε湍流方程与simple算法,应用CFD软件对小粒径颗粒在高比转速离心泵内的流动进行数值模拟.通过内流场的速度、压力与颗粒分布,分析粒径大小对泵内固体颗粒运动的影响和进口固相初始体积分数对泵内压力和固相分布的影响,给出离心式泵叶轮的磨损特性.计算结果表明,相同的泥沙体积分数条件下,水泵的扬程随着颗粒直径的增大而下降,相同的泥沙颗粒直径条件下,水泵的扬程随着含沙水流中泥沙体积分数的增大而下降.

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。

基于DDES的离心泵蜗壳内部涡动力学研究

为研究离心泵蜗壳内部涡结构、涡演化的过程,基于DDES湍流模型和涡动力学的涡量对离心泵多工况下的旋涡运动进行非定常数值模拟。研究表明:对比外特性数值预测和试验数据,两者差值在允许的范围内,表明延迟分离涡方法的可靠性;对比涡量云图,DDES湍流模型较RNGk-ε湍流模型能清晰地看到由大旋涡破裂而成的小旋涡,能更好地模拟精细流场结构;蜗壳内的旋涡主要集中在进口和隔舌附近,旋涡随着流体一起运动,在运动的过程中,大旋涡破裂为许多小旋涡,同时涡量逐渐减小;随着流量的增加,流道内旋涡的分布范围逐渐减少,同时涡量也逐渐减小;在蜗壳第三断面处,沿径向取3个压力脉动监测点,发现随着直径的增大,压力脉动幅度逐渐减弱,同时隔舌位置的压力脉动远大于蜗壳其他位置。

基于速度系数法和型线方程相结合的螺旋离心泵叶轮设计方法

针对螺旋离心泵采用速度系数法和采用型线方程进行设计中所存在的问题,根据螺旋离心泵叶轮结构特点,结合速度系数法设计方法和型线方程的螺旋离心泵设计方法,绘制螺旋离心泵的轴面投影图,检查轴面流道过水断面变化情况,将所绘制的轴面投影图上的所需结构参数值代入型线方程.此方法既避免了采用速度系数法进行水力设计时作图的繁杂和叶轮进出口附近区域流线分点不易确定和难以划分轴截面的欠缺,又避免了型线方程由于没有检查轴面流道过水断面变化情况而可能出现的轴面速度不均匀的情况.通过实例给出了此方法的的具体应用,并绘制出三维型线和三维模型.

水轮发电机组振动故障诊断和试验研究

振动故障严重影响水轮发电机组的正常运行和发电效益,要清除振动故障,必须认清振动的原因,找准振源。从机械、水力、电磁等三个方面分析了引起水轮发电机组振动的主要原因及特征。介绍了转速、励磁和负荷试验在水轮发电机组振动故障诊断中的应用,通过分析某电站现场振动试验中各部位振动及水压脉动的幅值随机组运行工况变化的规律,找出了引起该机组振动的原因和处理方法,具体说明了试验法在水轮发电机组振动故障诊断和处理中的应用。

迷宫密封三维网格划分方法及数值计算

为了解决迷宫密封三维网格划分难点,本文应用ICEM网格划分软件,以某抽水蓄能电站原型机的迷宫密封为例,分别采用整体关联法和2D转3D法对机组迷宫密封进行三维结构化网格划分,分析2种网格划分方法的各自特点,指出2D转3D法更加简单、快捷.对含迷宫密封的整机全流道进行数值模拟,计算了60%、70%、80%、90%导叶开度下机组的外特性,并与试验数据进行比较,结果的吻合度较高,说明此种方法能够更为精准地预测机组性能,可以比较准确地描述迷宫密封间隙流动,也验证了迷宫密封三维网格划分的准确性.

基于辅助线的螺旋离心泵叶轮的水力设计方法改进

基于一元理论的设计方法,类比普通离心泵的设计方法对螺旋离心泵叶轮进行水力设计,通过实例详细介绍设计过程,绘制轴面投影图、轴面截线图及叶片剪裁图等.通过对采用传统方法进行的轴面流线分点所出现的一些问题进行分析,提出离心泵叶轮水力设计的改进方法.改进后的方法解决了流线剪裁图上进口边难以确定以及螺旋离心泵叶轮离心部分轮缘处流线走势不易表现等问题.

基于流场数值模拟的蜗壳优化改造

针对以等速度矩设计的混流式水轮机蜗壳在含泥沙水流中长期运行时尾段磨蚀严重的问题,提出型线优化方案,利用数值模拟方法对改型前后的水轮机全流道进行数值验证,结果表明改型后的蜗壳鼻端速度降低,减小了磨蚀对水轮机的破坏。通过对比分析蜗壳改型前后的速度矩、速度切向分量平均值及液流出流角的变化规律,得到一种工程中切实可行的蜗壳抗泥沙磨损及提高水力性能的改造方案。实例应用表明,该改造方案有效可行,可在工程中推广应用。

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HL16 0 84水轮机增容 2 5 % ;对新旧型谱系列模型转轮性能分析结果表明 ,D0 6A转轮能量特性及空化特性都优于HL16 0转轮 ,经流道对比得出两种转轮互换性很强 ,用D0 6A转轮替代HL16 0转轮可增容 2 0 %。这两个结论在青海曲库水电站

HL638-WJ-84型水轮机增容改造及数值预测

在无合适的新型转轮替代老转轮的情况下,可以采用减少叶片数以及切割叶片出水边的方法得到易于实施的改型转轮,从而达到增容改造目的.运用三维建模软件Pro/E进行建模,ICEM进行网格划分(非结构化网格),选用标准k-ω流模型以及SIMPLEC算法,Fluent 14.5进行水轮机全流道定常模拟计算,可以得到比较准确的水轮机外特性预测结果.水轮机全流动数值模拟计算可以为增容改造方案的可行性提供依据.以HL638-WJ-84型水轮机为研究对象,以减少转轮叶片数且切割出水边为改型方案,数值模拟了不同工况下改型前后水轮机的内部流动.外特性结果表明:改造后水轮机的最优效率区向大流量区域偏移,当转轮运行在限制工况时,改型后转轮出力比改造前增加16.35%.据此方案改造转轮,机组实际增容23%.

减少叶片数后水轮机水力性能的CFD预估及应用

针对小型径流式电站卧式水轮机在夏季汛期运行中频繁堵塞而影响正常发电的问题,从增加水轮机出力与过流能力的角度考虑减少叶片数进行改造.利用数值模拟的方法对不同工况下改造前后的水轮机全流道进行数值计算,研究改造前后叶片表面的压力分布,着重分析改造前后叶片数对水轮机水力性能和气蚀性能的影响,得到改造前后的水轮机动力学差异.减少叶片数,叶片间开口增大,机组的防堵塞性能得到改善.计算结果还表明改造后机组可增容6%,最优工况点向大流量区偏移.所得结果可用于HLD06A-WJ-84水轮机的实际改造并指导电站的运行.

多目标规划下的牛头刨床优化设计

采用矢量方程解析法的机构运动分析方法,通过Matlab软件方便的可视化功能,直观地对牛头刨床进行了运动学分析,得出其运动参数和运动轨迹图,对牛头刨床尺寸设计是否合理和进一步研究其结构参数的优化设计有重要的指导意义.

基于螺旋离心泵内部流动特性的叶轮型线建模

为使计算机辅助设计在螺旋离心泵设计中得到更为深入的应用,根据螺旋离心泵流道内流体运动特征,建立表述理想状态下泵流道内流体质点运动轨迹的数学模型.将此数学模型作为叶轮型线模型,在MATLAB中解得叶轮轮缘、轮毂型线数据,将型线数据导入PRO/E生成三维空间的叶轮轮缘、轮毂型线,使用造型工具直接构造叶轮.通过螺旋离心泵设计实例及数值模拟验证,使用该设计方法设计过程简洁,对设计经验要求降低,设计质量得到提高,螺旋离心泵模型在设计工况,效率提高9.39%.

小型轴流定桨式水轮机的技术改造

通过对几座多泥沙河流上小型轴流定桨式电站的技术改造,表明,蜗壳式电站中的水润滑橡胶轴承可以容易地改造为稀油润滑轴承;容量匹配不合理的电站可以把1台机组的转轮更换为适宜于小流量发电的低比速转轮;转轮型号不妥的电站应重新设计与水力参数相符的转轮。这些合理、简便、经济的手段,可大幅提高电站的发电量和经济效益。

基于AMESim的二通插装阀建模及动态特性仿真分析

针对某方向型二通插装阀,建立了动态特性数学模型,基于AMESim建立了仿真模型并验证模型的正确性。针对阀芯启闭过程进行仿真分析,得出液阻直径、弹簧刚度、系统工作压力、阀芯行程等对动态特性有较大影响,为进行二通插装阀元件及系统设计提供参考。

水轮机橡胶轴承改造为油轴承的途径研究

采用水润滑橡胶轴承的小型轴流式水轮机,运行于多泥沙河流时,橡胶瓦快速磨损导致转轮室间隙非正常扩大,机组效率剧减乃至带不上负荷。为解决多哇电站的问题,在原有水轮机顶盖狭小的空间内,将水润滑橡胶轴承改造成了稀油润滑轴承,并加设了主轴密封及顶盖射流泵引水装置,成功解决了上述问题。