基于CFD混流式水轮机上冠转轮泵结构优化研究

为研究中高水头混流式水轮机上冠转轮泵工作特性及优化可行性,以红山嘴一级电站3号水轮机为例,建立现转轮泵及11种结构优化模型,利用CFD商业软件,基于SST湍流模型对不同结构转轮泵在9种流量工况下展开数值模拟。将上冠流道泄漏水流动特性、主轴密封真空度及转轮泵效率作为研究指标,结果表明:上冠流道泄漏水流动特性依赖于转轮泵的结构类型;减小转轮泵“泵盖高度比”或斜置动泵叶对提高主轴密封真空度均有显著效果(最佳结构可提高66.9%),同时须兼顾其工作效率;额定工况下,转轮泵工作效率较低,建议转轮上冠开设合适的泄水孔补给流量提高其效率;该电站可将泵叶斜置45°、泵盖高度比Hp=0.0543的转轮泵作为最佳改进方案。

基于CFD混流式水轮机上冠流道降压结构优化研究

为探究中高水头混流式水轮机转轮不同上冠空腔结构的降压效果及优化可行性。以新疆红山嘴一级电站4号机为例,将3类不同上冠降压结构作为研究对象,基于CFD技术,采用SST湍流模型对7种泄漏流量下的3类上冠降压结构进行稳态数值模拟,计算工况共计21种。研究指标为泄漏水流态特性、泄水孔泄水能力、主轴密封下侧压力。结果表明:不同上冠降压结构内的泄漏水流态存在一定差异,尤其上冠顶部空腔及泄水孔位置最为明显;在中高水头混流式水轮机上采取含转轮泵的联合上冠降压结构,不仅能改善主轴密封工作性能还可在梳齿环出口形成稳定的局部压力,从根本上减少上冠间隙泄漏量;针对该电站主轴密封漏水问题,在机组上冠流道增设转轮泵可使泄水孔泄水能力提高17.12%、主轴密封压力降低15.98%,进一步提高电站的运行效益。该研究对单一型式的降压结构进行改进且实现优化目标,可为中高水头混流式水轮机设计改造及稳定运行提供一定参考依据。

基于CFD灯泡贯流式水轮机定导变桨内流特性研究

为研究灯泡贯流式水轮机不同桨叶开度结构在大中小流量工况下的内流特性,以三维流线分布、中心子午面流线分布及中心子午面压力分布为研究指标,对过流部件结构和协联关系优化做理论支持。结果表明,流态分析中灯泡贯流式水轮机转轮处流速最大、流态混乱,为效率优化重点,并分析了尾水管内产生涡旋的原因,提出可通过减小死水区域达到优化效果;压力分析中内部压力从进水流道到尾水管总体呈减小趋势,经计算转轮泄水锥处压力值最小;尾水管中沿水流方向压力逐步增大,当流量达到124.92 m3/s时,最高压力值为82 464.15 Pa。该计算结果及分析为灯泡贯流式水轮机改造优化提供了参考依据。

基于CFD的主轴密封泵板装置结构优化设计

为研究混流式水轮机主轴密封泵板装置内泄漏水流动特性,应用计算流体动力学软件,针对新疆红山嘴一级电站4号水轮机,将不同泵板装置作为研究对象,研究提高其水力效率的可行性以及对主轴密封降压的效果.在模型准确基础上对泵叶角度和泵盖高度分别进行改进,对两者联合结构共计22种改进模型进行数值模拟.研究结果表明:泵叶斜置45°且泵盖高度比为0.0815的联合改进结构对主轴密封真空度提高率可达60.9%;泵盖高度比比泵叶角度改变对该装置水力效率提高更有利;泵盖存在“最不利高度比”,泵盖位置的确定需避免最不利高度比0.1359.该研究结果将模型结构参数化使得结论的普适性有一定提高,为工程实际主轴密封设计改造提供了一定的理论依据.

基于CFD混流式水轮机泵叶及泵盖联合降压研究

为研究泵板装置对混流式水轮机上冠流道泄漏水影响,基于CFD商业软件平台,结合新疆红山嘴一级电站4号水轮机,以泵板装置为研究对象,将主轴密封真空度、泄漏量、上冠间隙进口与梳齿环出口压差作为3个研究指标。首先在模型准确基础上对泵板装置内泵叶角度和泵盖高度2个相关结构分别进行数值分析,其次对其联合优化结构数值模拟。研究表明,为提高主轴密封真空度将泵叶和泵盖联合优化可取得更佳效果,即泵叶斜置30°同时泵盖调节高度比在0.0272~0.1086之间,3个研究指标均可达到设计改造要求;上冠间隙泄漏量与泵叶及泵盖结构联系密切且泵盖高度比影响更明显。

混流式水轮机上冠泄排水联合降压数值模拟

为研究中高水头混流式水轮机上冠流道内不同降压结构效果及优化可行性,以红山嘴一级水电站4号机为例,将利用UG建立的4类不同上冠流道降压结构模型作为研究对象,基于计算流体动力学(CFD)技术,采用剪切应力传输(SST)湍流模型对4类不同的上冠泄排水结构在7种流量下展开数值模拟,计算工况共计28种。研究指标为泄漏水流态分布特性、主轴密封下侧压力、上冠轴向水推力、梳齿环密封性能。结果表明:不同泄排水降压结构内的泄漏水流态存在一定差异;为改善水轮机主轴密封性能可采取含转轮泵的联合泄排水降压结构,该结构相比其他结构对降低主轴密封压力、降低上冠轴向水推力、减少上冠间隙泄漏量均有显著效果;调整转轮泵降压结构的泵叶或泵盖几何参数可达到优化目的;针对该电站主轴密封漏水问题,采取含转轮泵的联合泄排水降压结构可使主轴密封下侧压力平均降低15.98%左右、上冠轴向水推力平均降低52.99%左右,大大提高电站运行效率。该研究在传统的单一泄排水降压结构基础上增设了转轮泵,为中高水头混流式水轮机获得最佳综合效益及其改造优化提供了参考依据。

基于CFD混流式水轮机减压板结构形式研究

为研究减压板结构对混流式水轮机转轮上冠流道的影响,以红山嘴一级水电站#4水轮机为例,基于CFD商用软件,数值模拟额定工况下水轮机泵板装置,以排水管压力为指标验证模型的准确性,并优化减压板半径及高度,分别从泄漏水流态、主轴密封真空度、顶盖排水管压力三方面进行对比分析。结果表明,改变减压板高度较改变半径对流道内部影响更大;随着减压板高度减小或半径增大,主轴密封真空度增大且顶盖排水管压力减小;不同减压板结构上冠流道流态不尽相同。该水轮机在减压板半径不变的基础上向上移动15mm为最佳方案,实际工程可通过减小减压板高度来提高主轴密封性能。

混流式水轮机上冠泵叶角度优化研究

为研究混流式水轮机转轮上冠泵板装置内部泄漏水流动特性,以红山嘴一级电站4号水轮机为例,基于计算流体力学理论,结合CFD商用软件平台,针对额定工况下辐射径向泵板装置内部流场迚行了稳态数值模拟,在模拟结果准确可靠的基础上,对泵叶布置形式迚行了优化对比分析。从泵腔内流体流态、主轴密封下侧真空度和泵板能耗三个角度分析了不同泵叶结构产生的影响。结果表明:泵板装置的存在可降低主轴密封下侧处压力,增大真空度;在同一工况下,泵叶斜置30°能耗最低且流态稳定,泵叶斜置45°主轴密封下侧能产生更大的真空度,为了满足该水电站主轴密封性能要求,泵叶斜置45°为最佳方案。

基于CFD的水轮机泵板结构水沙两相流动特性研究

为研究混流式水轮机泵板结构内部液固两相流动特性,以红山嘴一级水电站^(#)4机组为例,基于计算流体力学方法,在不同泥沙条件下以泵板结构内部压力和泥沙分布为指标,对清水与浑水两种状态进行模拟分析,并对比研究了泥沙粒径及泥沙浓度。结果表明,浑水工况较清水工况时流道内部压力有所增大;随着泥沙粒径的增大,间隙进口和顶盖出口压力差呈增大趋势;泥沙粒径增大会使泥沙在进口间隙上部产生淤积;泥沙体积分数只改变泥沙在流道内部的浓度,并不改变泥沙分布规律,泥沙分布规律的主要影响因素为固液两相之间的速度差。

混流式水轮机泵板装置特性分析及其改进

为研究混流式水轮机主轴密封泵板装置工作特性及优化可行性,基于CFD商用软件,以新疆红山嘴一级电站4号机为例对其结构进行改进。在模型准确基础上,分别就径向泵叶角度、泵盖高度做改进,并将泵叶和泵盖联合改进结构进行数值模拟。共计25种计算模型,225种工况,以泵盖排水量、梳齿环出口压力、顶盖排水压力作为指标,探究提高泵板装置工作效率及主观减少间隙泄漏量的可行性。研究表明:泵盖位置较泵叶角度改变对优化效果更佳;较大高度比的泵盖对减少间隙泄漏量、提高泵板装置工作效率更有利;径向泵叶且高度比为0.1902为最佳改进结构,可使泵板装置工作效率提高11.7%、泄漏量减少17.8%、顶盖排水量增加14.5%。