基于流固耦合的某抽水蓄能电站可逆式水轮机转轮强度和模态分析

以国外某抽水蓄能电站为例,基于Ansys有限元计算平台,利用流固耦合方法研究了电站可逆式水轮机转轮在不同水头下机组流道内的水体对转轮叶片的影响,通过计算预应力和干湿条件下的转轮模态,分析了水体和预应力对转轮振动频率的影响。结果表明,在不同水头水压力作用下,转轮的静应力最大值出现在上冠与叶片相连处,叶片最大变形出现在叶片出水边的中间位置,且随着水头的升高而增大;预应力对转轮模态的影响较小,而水介质因阻尼作用对转轮模态减小效果明显。

单桩结构的潮流能水轮机尾流流场分析

为降低潮流能水轮机尾流效应对机组间距的影响,合理布置水轮机位置,通过数值模拟和水槽实验的方法对具有单桩支撑结构的潮流能水轮机尾流流场进行研究,在此基础上分析具有单桩支撑结构和不同安装高程对潮流能水轮机尾流流场的影响。结果显示:数值模拟与水槽试验总体上数值模拟与实验结果的趋势具有一致性;单桩结构对纵向近尾流场造成影响,会产生一个谷值突变;安装高程越高则导致沿转轮中心直线处的流速恢复越快。

轮毂比对灯泡贯流式水轮机性能影响研究

为了深入细致研究轮毂比对灯泡贯流式水轮机水力性能和结构强度的影响,基于ANSYS CFX软件分别对五种轮毂比三种协联工况下的水轮机模型进行数值模拟计算,对定常及非定常的计算结果进行分析,确定该水轮机的最佳轮毂比,并基于ANSYS Workbench平台对固体域进行单向流固耦合计算,对轮毂比优化前后的水力性能及转轮部分结构静应力进行对比分析。结果表明:由原始轮毂比0.35缩小至最优轮毂比0.31后,流道过流面积增大,过流量增加,机组运行效率及出力得到提高;叶片背面压差减小,流速更均匀;流道内压力脉动最大幅值由6.60%降低至0.46%;转轮部分位移变形和静应力分布规律基本一致,最大位移和最大静应力值小幅度增大,均仍满足结构强度要求。研究结果为解决该型式水轮机出力不足的问题提供参考,对水轮机的优化设计和制造具有指导意义。

横向布置单桩潮流能水轮机的数值模拟研究

文章以单桩潮流能水轮机为研究对象,通过数值计算的方法对横向布置下两台单桩潮流能水轮机的尾流场及机组性能进行研究。通过对比不同横向间距下单桩潮流能水轮机的尾流场,获得了横向间距对潮流能水轮机尾流场的影响规律。数值计算结果表明:单桩结构会改变水轮机的纵向尾流场,但对横向尾流场的影响较小;随着横向间距的改变,机组的功率系数和推力系数的变化幅值不超过0.01;横向间距对机组的横向尾流场也造成了影响,导致各个机组的尾流中心偏向两个机组的中间位置,且随着横向间距的增大,机组u/U0低于0.9的范围随之增大,幅值可达0.26D。

基于熵产理论的水泵水轮机泵模式水力损失分布

基于熵产理论,研究原型水泵水轮机在泵模式不同流量工况下的水力损失空间分布及不稳定流动诱导的主要水力损失存在的位置和变化。结果表明:随着流量增加,总熵产与压差法水力损失变化一致,先显著减小后逐渐增大。间接熵产、直接熵产和壁面熵产与总熵产的变化趋势一致,且间接熵产和直接熵产占主导地位。间接熵产和直接熵产的分布与湍动能的分布基本一致,但直接熵产更靠近主涡区,而间接熵产在流场中具有更宽的分布范围。水泵水轮机流动区域内的水力损失位置强烈依赖于流动条件。小流量工况下高水力损失主要源于无叶区的高速环流、活动导叶区的旋涡以及尾水管弯肘段和直锥段的壁面分离,而蜗壳的水力损失较小。最优工况下的水力损失较小,主要源于叶片尾迹和少数固定导叶流道的旋涡。大流量工况下高水力损失主要源于水流对活动导叶的冲击和不稳定流动在固定导叶区的扩散,以及蜗壳进口处周向间隔分布的旋涡和高速流动,而尾水管的水力损失极小。

基于库容曲线的抽水蓄能电站水力干扰过渡过程计算

传统过渡过程计算主要基于极端水位,对抽水蓄能电站的实际运行缺乏有效的指导意义。同时各厂家的过渡过程计算主要考虑极端水位时的双甩、双切等情况,对负荷干扰关注较少,而负荷干扰又是抽水蓄能电站运行经常遇到问题。为了解决以上问题,本文综合考虑水库水量情况,提出了基于电站实际运行库容曲线的水力干扰过渡过程计算方法。以宜兴抽水蓄能电站为研究对象,基于库容曲线,对该电站的水力干扰过渡过程进行数值仿真,获得库容约束条件下不同水位组合时的蜗壳进口压力和尾水进口压力极值。结果表明,宜兴电站的年库容均值为651万m 3;各组合水位的调节保证值满足要求;工作水头H对被扰机组最大出力、甩负荷机组蜗壳进口最大压力和尾水管进口最小压力、上游闸门井水位极值差的影响比较大,对其他调节保证值基本无影响。

抽水蓄能机组水泵断电过程中的机组反转问题

与常规机组相比,抽水蓄能机组具有水泵断电的工况,水泵断电时受导叶关闭规律和机组特性影响,经常要面临机组反转问题。以洪屏抽水蓄能电站为例,针对水泵断电时机组是否需要反转,反转是否有利于抽水蓄能机组的运行,以及反转时机组转速上升率对抽水蓄能机组运行的影响进行研究。利用水力机组过渡过程模拟计算和原型试验的方式,对机组30%反转和100%反转的工况进行研究。结果表明:两种工况下机组的控制参数均满足要求;综合考虑通流系统压力极值、材料应力极限、压力脉动等因素,100%反转工况优于30%反转工况;在反转转速不超过额定转速时,机组反转的转速越高,越有利于机组水泵断电工况的过渡过程要求。

波浪发电系统专用水轮机的优化设计

文章结合青岛某地的波浪发电系统,研发了一种新型的超低比转速混流式水轮机。通过对水轮机全流道进行三维定常不可压缩湍流流场的数值模拟,分析了不同导叶、不同出水边叶片转轮及不同尾水管锥度对水轮机性能的影响,在满足某地波浪发电系统设计的要求下,通过数值模拟的方式,设计出合适的波浪发电系统专用水轮机。模拟计算结果表明:在设计转速为180 r/min时,水轮机出力和效率均满足波浪发电系统的要求;在设计工况下,尾水管内涡与尾水管中心线接近同轴,确保了水轮机的运行稳定性;在全年波高的变化范围内,设计的波浪发电水轮机具有良好的水力特性和运行稳定性,适合波浪发电波动大的特点。

Gurney襟翼对圆弧板翼型气动性能影响的数值模拟

为了分析Gurney襟翼对圆弧板翼型气动性能的影响,采用Fluent软件对无襟翼和带有不同高度Gurney襟翼的圆弧板翼型进行数值模拟.比较它们在不同攻角下性能的差异,分析其周围流场分布的变化,探究Gurney襟翼的增升原理.结果表明:Gurney襟翼改善了圆弧板翼型附近流场的分布,使其升力得到明显提高,并且襟翼高度越大,升力增加得越多;阻力在小攻角时略有减小,大攻角有所增大.在这两者共同影响下,翼型的升阻比在小攻角时获得较好提升.其中,襟翼高度为2%翼型弦长时,增升性能最好.流场中出现的卡门涡街和角涡是Gurney襟翼能够增升的关键因素.

应用于波浪发电的贯流式水轮机数值模拟研究

越浪式波浪发电装置日益成熟,具有适应性好、转换率高和可靠性高等优点,水轮机是该装置的核心。结合山东某地的波浪发电系统,研发出一种设计水头为15 m的竖井贯流式水轮机。基于N-S方程,采用SIMPLEC算法对该水轮机进行数值模拟,分析了转轮叶片翼型、叶片安放角及导叶开度对其性能的影响。通过对多个方案水力性能进行比较,选出性能最佳的贯流式水轮机。结果表明,在满足某地波浪发电系统的设计要求下,水力损失较小,效率高达85.36%,且所设计的水轮机具有良好的水力特性,能满足波浪发电波动大的特点。通过数值模拟设计出适合波浪发电系统的水轮机,为以后波浪发电系统的研究提供技术支持。

模型水轮机初生空化的特征谱提取识别方法

目前水轮机模型初生空化识别方法仍采用人工识别法,这种方法获得结果的周期较长、主观性强、准确度及效率都较低。针对于此,对水轮机模型初生空化识别方法进行了研究与优化创新,提出了一种基于炮声谱与特殊脉动谱特征提取的水轮机空化智能识别方法,即多态泡音智能识别方法 PSVFR。该方法依据自主开发的水轮机空化噪声多态算法MTCSPC,对数据进行处理,通过采集初生空化音态特征向量,建立矩阵模型,与样本数据库中的定性矩阵进行特征比对、计算、判断,以帮助机器完成对模型水轮机空化噪声的学习和识别。与现有技术相比,该方法能够提高机器对水轮机初生空化现象的识别准确度和识别效率,识别效率可达80%。

抽水蓄能机组水泵工况下断电反转特性分析

抽水蓄能机组水泵工况下突然断电是抽水蓄能机组过渡过程调节保证计算的重要工况之一。对近年来我国抽蓄电站中水泵断电时发生的反转现象进行梳理,并对反转所涉及的调节保证问题进行了详细探讨。针对具体案例机组,采用相关软件进行建模,利用实测数据对模型进行了有效性验证;在此基础上,采用一段式导叶关闭规律,研究了不同导叶关闭时间下的调节保证参数控制值的变化规律。研究结果表明:水泵断电时,不同导叶关闭时间下调节保证参数变化趋势存在重叠区;随着导叶关闭时间的延长,机组反转转速和力矩逐渐增大,调压井和闸门井水位波动基本不受导叶关闭时间的限制,蜗壳进口最大压力和尾水进口最小压力分别在不同的导叶关闭时间下得到最优值;水泵断电时机组是否反转取决于导叶关闭时间,导叶关闭时间最小值受蜗壳进口前压力波动和调速器油压系统固有时间特性限制;导叶关闭时间最大值受反转转速和主轴力矩所限制;在反转力矩和反转转速不超过额定值的条件下,存在最佳的导叶关闭时间使得调节保证各项参数能够达到最佳的协调。

抽水蓄能电站过渡过程双软件反演分析

抽水蓄能电站作为电网的有效调节工具,需要频繁地通过过渡过程工况转换等来满足电网需求,过渡过程的稳定性是影响安全运行及电网质量的重要因素.目前业内要求在电站建设的每个阶段均需要根据当前阶段的具体参数开展过渡过程计算分析.为提高计算分析的准确性,对过渡过程现场实测数据与计算数据的对比分析是非常有必要的.通过这种反演分析方法对电站过渡过程实测数据与计算软件的结果进行了详细对比,验证了前期广泛采用的两款过渡过程软件SIMSEN及浪淘石计算结果的可靠性,形成了适用于抽水蓄能电站的过渡过程反演分析技术,并总结了造成计算与实测之间差异的主要原因.研究成果可为进一步促进过渡过程计算的准确性,保障电站过渡过程的安全性提供有效参考.

抽水蓄能机组发电工况双机同甩组合工况研究

我国运行与在建大型抽水蓄能电站普遍采用"一管多机"方式,其中尤以"一管两机"方式最多。本文借助SIMSEN过渡过程计算软件,分别建立了"一管两机"型式的三座抽水蓄能电站机组过渡过程数值计算模型,针对发电工况同时甩不同负荷的组合工况进行计算。计算结果表明:对于特点电站,抽水蓄能机组双机同时甩负荷时,蜗壳进口压力和尾水进口压力极值并不一定发生在双机同甩额定负荷工况。研究结果纠正了以往关于双机同时甩额定负荷时蜗壳进口压力发生极大值和尾水进口压力发生极小值的认识。根据这一结论,对在运、在建电站提出了具体指导意见,对调节保证计算单位提出了新的要求。

基于叶素理论的潮流能水轮机叶片设计研究

针对国家对潮流能利用的发展需要,提高潮流能水轮机的水力特性,通过将风力提水机设计中的叶素理论引入潮流能水轮机的外形设计中,并加入修正因子优化了叶片翼型的安装角以及弦长,设计出一种水力特性较好的水平轴潮流能水轮机;通过使用CFD软件,将设计的潮流能水轮机进行三维数值模拟。计算结果表明,设计的潮流能水轮机在额定工况的潮流中具有较高的功率系数,且水轮机内外流道无明显脱流、回流现象,具有良好的三维流动特性。

水轮机工况下的水泵水轮机静态稳定

S区是水泵水轮机与常规水轮机转轮主要的差异,是导致水泵水轮机稳定性问题的主要因素之一。本文从单位流量Q11、单位力矩T11和单位转速n11基本定义出发,分别导出了全特性曲线上单位流量Q11与单位力矩T11对单位转速n11的导数,根据单位流量Q11与单位力矩T11的微分特征,结合定导叶开度情况下水轮机工况流量Q-工作水头H和反水泵工况流量Q-工作扬程H特性曲线,分别获得了水轮机工况和反水泵工况机组稳定运行需满足的条件。采用静态稳定理论获得了水泵水轮机在水轮机工况和反水泵工况稳定运行时工作水头/扬程扰动量所满足的关系,在此基础上给出了水轮机稳定运行需满足的条件并定义了S区。研究结果为建立水泵水轮机在水轮机工况的稳定运行区提供了技术支撑。

石阶

萱洲古镇有一段石头台阶。 铺成这一级级台阶的石头已经很旧了，它还记得有谁从这里走过吗？成群结队的脚夫，汗流浃背的轿夫，去河边洗衣的村妇，去河里模鱼的小孩，戴着小帽去码头坐船的账房先生，天还没亮就去河里捕鱼的渔夫……或许，他们都曾经走过。