多能互补条件下水轮机转轮改造深化设计研究

为适应新型电力系统的多能互补需求,本文以李家峡水电站水轮机适用多能互补改造为研究对象,对多能互补系统中的常规水电站机组进行了深化设计研究,提出了水轮机改造深化设计理念,阐明了多能互补系统要求下机组的运行加权因子计算方法,并提出了机组改造深化设计的水力设计目标,为水轮机改造的深化设计提供了方向指导。根据水轮机改造深化设计后的水力模型试验表明:深化设计后的水轮机比前期改造的水轮机(未经过深化设计)在空化、压力脉动和叶片应力水平相当的情况下,有更高的水力模型额定效率和加权平均效率。深化设计后的水轮机不仅满足新型电力系统对水电站电能负荷调节能力的要求,而且机组的水力性能也得到了明显提升,可为类似水电站的水轮机改造设计提供借鉴。

抽水蓄能机组水轮机工况启动过程转轮动应力特性

本文以某原型水泵水轮机组为研究对象,研究了水轮机工况启动过程中外特性的动态变化曲线,重点分析水泵水轮机转轮内流场和动应力特性。研究结果表明,在水轮机工况启动过程中,转轮扭矩呈先上升后下降的趋势,在转速达到额定值时,扭矩接近于0;流量受到导叶开度的影响非常明显,处于先上升后下降趋势;水头在430~480m左右波动。随着转速的增加,转轮流固耦合面上的整体压力值显著增加。高压区起始集中在转轮进水边的压力面一侧,随着时间的推移,高压区域逐渐扩大并移动到进水边的吸力面一侧。转轮进水边与下环交接处的应力呈现先下降后上升的趋势,应力均值下降的同时,峰峰值也有所下降,应力值一直处于较低的水平。转轮进水边与上冠交接处的应力呈现上升趋势,并与转轮转速的变化趋势一致。本文对于深入理解水泵水轮机组启动过程复杂条件下的内部流动和转轮动应力特性具有重要参考价值。

某水电站蜗壳座环局部变形的分析及处理

介绍越南南溪隆4级水电站项目在安装时出现的座环变形现象。通过现场数据测试比及文献分析,认为变形原因主要为对蜗壳分节处进行堆焊导致热变形以及座环取水口处的2块侧筋板的焊接顺序对座环变形的影响。针对变形处理方法是在蜗壳混凝土浇筑后重新复检水平,再对局部高点做适当的铲磨处理,达到正常运行效果。

灯泡贯流式机组轴承润滑油回路设计研究

对某灯泡贯流式机组电厂经常出现开机时因导轴承油流不满足,导致开机时间过长事件的原因进行分析和判断,通过从润滑油机械管路、电气控制回路、监控系统PLC程序控制逻辑3方面开展研究,制定了切实可行的方案,可为从事同类型机组运维工作的同行提供参考。

水力机械轴摆度测量与分析的研究

水力机械轴摆度的测量广泛应用于机组盘车、检查机组轴线安装质量、机组运行稳定性评价,轴摆度信号过大会导致机组故障停机等严重后果。本文从测量水力机组轴摆度电涡流位移传感器量程选择、安装布置、信号分析等方面论证了安装环节对测量结果的影响,给出了针对不同轴径传感器选择原则和允许的轴线与传感器感应面之间安装角度;提出了测量部位轴断面不圆度信号与轴摆度信息分离检测的分析方法、轴摆度合成轴心轨迹平面参数分析方法和轴心轨迹特征值计算方法,解决了轴不圆度与轴摆度信息混淆、轴摆度合成轴心轨迹特征值分析等问题,为水力机械轴摆度的测量与分析提供参考。

拉西瓦水电站机组座环、蜗壳焊接裂纹成因分析及处理措施

拉西瓦水电站水轮机座环采用德国进口的S550Q低合金高强钢,蜗壳采用德国进口的S500M低合金高强钢。因两种低合金高强钢具有明显的淬硬性,可焊性较差,蜗壳组焊时产生较大的拘束应力,在6号机组蝶形边、大舌板焊接过程中曾反复出现焊缝裂纹。经技术人员对工艺和钢材焊接性进行试验分析后,找出了产生裂纹的主要原因,制订了新的焊接工艺措施,杜绝了裂纹的再次发生,保证了焊接质量,为今后类似工程提供了经验和借鉴。

空化诱导的轴流式水轮机转轮径向振动特性研究

转轮的径向振动特性对水轮机转子系统的稳定性至关重要。为了研究空化对轴流式水轮机转轮径向振动特性的影响规律,本文首先搭建了包含激光测振仪(Laser Doppler Vibrometer,LDV)的非接触式振动测试系统,并结合高速摄影系统获得了不同空化状态下的转轮内部流场图像以及转轮径向振动信号。然后对转轮内部流动图像及振动信号进行了综合分析,结果表明:从无空化到空化初生阶段,空化系数的降低对转轮径向振动基本没有影响;空化初生以后,转轮径向振动的幅值会随着空化程度的加剧而急剧上升。转轮内部空化流动形态的转变是转轮径向振动频域特性改变的根源。从空化初生到完全空化阶段,转轮径向振动的能量会出现向低频区域迁移的趋势,增加机组共振的风险。本文的研究对轴流式水轮机稳定运行以及经济性具有重要意义。

混流式水轮机传统H型主轴密封结构改进

针对某水电厂水轮机主轴密封漏水量偏大的问题,结合主轴密封的构造以及工作原理,对漏水问题进行原因分析,并通过现场实际解体观察发现,造成漏水的主要原因包括元件磨损、失效和结构设计不合理等,为了解决这些缺陷,本文在不改变原有主轴密封的工作性质、原理的前提下提出了合理的改造方案,为该水电厂主轴密封漏水量偏大提供了解决办法。

压力脉动对尾水管进口空化腔影响的CFD模拟分析

水电站过渡过程计算中水轮机尾水管进口最小压强须控制在-8 m H2O以上,以防止危险的水柱分离。对于水泵水轮机,压力脉动大且成份复杂,确定此最小压强时应该计入哪些压力脉动尚无明确答案。针对某直锥尾水管水泵水轮机模型,在转轮进口施加不同脉动流速,分析尾水管进口空化腔生成发展规律。发现尾水管最大空化腔体积与进口脉动流速频率相关;随频率增大,空腔体积有先快速增大后缓慢减小变化趋势;空化腔变化周期受压力脉动频率和尾水管出口压强波动共同影响。在实际转轮进口可能的压力脉动频率对尾水管空化腔波动都有较大影响,但频率与尾水涡频率一致时会有共振效应。尾水管水锤波动是产生空腔涡的根本因素。

水轮发电机组推力轴承瓦温升高原因分析及处理

针对乌江渡发电厂某台水轮发电机组在汛期长期满负荷运行后,出现推力轴承瓦温升高并接近告警值的现象,笔者从机组运行工况、振摆数据、推力外循环冷却系统等方面进行了综合分析,确定推力轴承瓦温升高的原因,并提出可行的处理措施。通过对比推力外循环冷却系统4台油泵不同组合方式运行时推力瓦温数据差异,确定出问题的根源。经对油泵进行处理后,机组运行中推力轴承瓦温恢复正常,保证了机组安全稳定。该处理措施可为同行业工作者提供参考。

一起25MW灯泡贯流机组发导轴承烧瓦事故处理技术

某电站一台25MW灯泡贯流式水轮发电机组经过A修后在投产运行过程中出现,发电机导轴承温度异常升高而被迫停机,后续检查发现系发电机导轴承烧瓦。该型机组烧瓦事故抢修难度大,存在空间狭小、耗时耗力、危险性大等突出特点,为减少抢修工作量和工期,采取在不拆除机组大件的情况下进行发电机导轴承瓦更换,专业技术人员讨论分析后,制定科学、合理、安全的抢修方案,量身定制临时专用工器具,并加强检修重点、难点工艺步骤的管控,最终在各方努力下,为期21天,成功完成抢修任务,后续整体运行情况良好,与常规解体检修相比,大大缩短了工期,节约了大量人力物力,现将抢修过程基本工艺步骤和重点、难点、创新点加以总结,希望能对同类型事故抢修或常规检修的重点工艺起到借鉴和指导作用。

混流式水轮机的三维湍流流场分析与性能预测

用数值方法研究混流式水轮机各通流元件内部流场是优化其设计的重要手段。该文基于Navier-Stokes方程和k-ε紊流模型,采用贴体坐标和交错网格系统,用SIMPLEC算法对一模型混流式水轮机引水元件、转轮和尾水管进行了联合计算与转轮单流道计算,数值模拟了水轮机各通流元件内部三维湍流流场,预测了水轮机的能量性能和空化性能,并与水轮机模型试验结果进行了对比。该文的水轮机计算效率与实测效率非常接近,各工况最大相对误差为0.9%;计算的初生空化系数与实测临界空化系数之比为1.57～1.99,符合实际。研究结果表明,该文提出的多部件联合计算与转轮单流道计算相结合的方法,可节省计算资源且精度较高,并具有良好的工程适用性。

三维湍流流动计算在混流式转轮水力设计中的应用

根据实际工程的需要,对需在某具体水力参数下工作的水轮机转轮通过CFD的手段进行了转轮水力模型的设计与开发.设计过程中,基于RANS方程,采用标准k-ε湍流模型和有限体积法,对转轮内部的流动状态在某具体水力参数(含特征工况点)下,进行了全三维粘性流动的数值模拟;依据各工况下的模拟结果和分析其流态与流场分布情况的基础上,对初始设计出的模型转轮的翼型和叶片几何形状、尺寸做了进一步修正、改进;经性能预估验证,得到了水力性能良好的新的混流式转轮水力模型.文中采用结构和非结构化网格相结合的划分方法,不仅可行,而且还提高了网格质量和计算精度;用叶片正背面压力差表示叶片上压力分布的变化规律,可以更清晰地反映出叶片的作功情况.

基于Pro/E的水轮机尾水管肘管部分的三维造型

针对水轮机内部流场CFD数值模拟及工程实际制造需要,对弯肘型尾水管的三维造型进行分析与研究,发现常用的造型方法过程繁琐,且不便于修改流道也不易光滑。本文提出一种新的造型方法,不仅克服了常用方法的弊端,而且造型过程简洁直观、生成的型面平顺光滑,修改过程灵活,适应性强,可更精确地实现设计意图。经实例造型与CFD流场模拟验证,提出的方法不仅设计出的尾水管内部水流运动符合设计假定,其流场分布与理论分析相符,而且所设计出的尾水管流道平顺光滑,流态良好。

水泵水轮机导叶开启瞬态过程数值分析

基于滑移网格和动态网格相结合的思想,实现水泵水轮机二维模型在转轮区转速增大和活动导叶开启共同作用下引起的瞬变流场的数值模拟,得到速度、压强随时间的瞬态变化规律,探讨水泵水轮机导叶开启过程的流场特性;对预开一对导叶下的启动过程进行模拟,分析导叶区域的内部流场瞬态演化过程.结果表明:导叶开启过程中叶片对导叶区域的干涉作用由强变弱,速度分布的均匀性和周向对称性逐渐提高;设置预开一对导叶后,破坏了初始阶段流动的对称性,导致流动的不稳定性增强,活动导叶与转轮之间的压强波动幅度增大,对机组运行的稳定性有一定影响.

混流式水轮机导叶绕流的三维湍流数值模拟

在现有水轮机引水元件(包括导叶)内部流场数值计算方法和设计理论的基础上,基于Navier -Stokes方程和标准的k- ε紊流模型,采用贴体坐标和交错网格系统,用SIMPLEC算法对一模型机的蜗壳、座环和导叶进行了联合计算。计算结果表明:混流式水轮机导叶叶间流道中的水流运动沿周向呈周期性变化,叶道中间水流速度较大,越靠近叶片速度越小;随着导叶开度的增大,水流切向速度减小,径向速度增大,导叶出口的水流角增大;导叶出口水流速度及环量分布不均匀,与工况变化有关,进行转轮及全流道三维湍流计算时应考虑这一因素;叶型表面水流速度和压力分布随导叶开度变化的规律比较复杂。

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。

水力旋流器湍流特性研究

在介绍水力旋流器湍流特性的研究意义及前人研究成果的基础上，对水力旋流器中湍流能量的产生、分布和转化机制以及湍流对水力旋流器固液分离性能的影响进行了探讨。研究表明，较高的湍流强度将降低旋流器的分离效率，而雷诺切应力的存在则对旋流器的工作有利有弊。研究成果对水力旋流器的优化设计与运行具有指导意义。

考虑流体影响的水轮机叶轮固有频率

将工作时水轮机叶轮简化为浸在流体中的旋转圆盘,建立了流体中圆盘振动微分方程,并考虑边界条件对其固有频率的影响.分别研究了不同圆盘转速、不同流体深度以及不同流体密度对固有频率的影响.研究结果表明,与真空中圆盘的固有频率相比,沉浸在流体中的圆盘的固有频率降低.当浸在流体中的圆盘发生旋转时,圆盘的模态由驻波变为行波,不同的旋转方向将对应两个不同的固有频率值.当流体深度减小时,固有频率值降低;流体密度越大,固有频率越小.

含沙水流水轮机两列导叶相对位置对活动导叶磨损的影响

为减轻含沙水流对水轮机活动导叶的磨蚀破坏,以比转速为150的混流式水轮机水力模型A227-46为研究对象,在分析导叶磨蚀机理的基础上,对水轮机两列导叶相对位置对活动导叶磨蚀的影响.采用CFD商用软件在含沙水流条件下分别对不同活动导叶与固定导叶相对位置的流场分布进行数值模拟计算,获得沿翼型弦长方向在导叶内外侧各选取的6个点上的压力,并换算为压力系数绘制出各布置方案的压力系数沿翼型弦长的变化曲线,得到压力分布变化规律.通过对比找出含沙水流条件下水轮机活动导叶与固定导叶周向偏置较好的相对安放位置角φsg为8°;同时,若减小两者的径向相对位置,即合理地增大活动导叶分度圆的直径,可使活动导叶区的流速下降,从而减轻泥沙磨损与空蚀破坏程度;同时,也改善了转轮的入流条件,有利于水轮机性能指标的提高.