大型灯泡贯流式水轮机出力不足原因分析与现场测试研究

洪江水电厂3#灯泡贯流式水轮机自2003年9月份投产以来就一直存在出力不足的状况,经济损失较大。为此,从理论上分析了该水轮机出力和效率的主要影响因素,确定了3#、5#和6#水轮机导叶和桨叶叶型、间距的现场测试方案。测试研究结果表明,3#和6#水轮机的导叶和桨叶叶型分别基本一致,在各桨叶转角下3#水轮机的桨叶间隔平均值普遍小于5#水轮机的相应间距值。

大型灯泡贯流式水轮机主轴密封漏水过大原因分析及解决方法

某电站安装6台灯泡贯流式水轮机,设备投运不久后,个别水轮机在运行过程中出现主轴密封漏水过大现象。通过介绍该电站贯流式水轮机主轴密封结构,结合主轴密封检修实际情况,分析主轴密封漏水过大原因,给出主轴密封漏水过大处理方法,为类似灯泡贯流式电站处理主轴密封漏水过大问题提供参考。

大型灯泡贯流式水轮机桨叶调整研究与实践

针对洪江水电厂3#灯泡贯流式水轮机桨叶间距和转角偏小的问题,提出了大型灯泡贯流式水轮机桨叶调整的方法。用此法进行的桨叶调整实践表明,该方法不仅能够增加大桨叶开度时(以全开状态为例)的间距、转角及全行程转角范围,而且能够提高它们的均匀程度。

大型灯泡贯流式水轮机管型座装焊新工艺

本文主要论述了管型座的结构特点、装焊方法及为解决管型座加工难题而采取的新工艺。

俄罗斯列宁格勒金属工厂大型灯泡贯流式水轮机的发展

(一)前言列宁格勒金属工厂在横轴水轮机的试验研究、设计、制造和运行方面积累了丰富经验。1950年初开始在水力试验室内对奥尔塔查尔斯克水电站的横轴贯流水轮发电机组进行试验研究。1953年,三台单机容量3500kW、转轮直径3.

犍为航电枢纽大型灯泡贯流式水轮机设计特点

岷江犍为航电枢纽工程共装有单机容量55.6 MW的9台灯泡贯流式水轮发电机组,其中4台机组由东芝水电公司设计、制造,其转轮公称直径为7.5 m,是超大型灯泡贯流式机组。文章针对犍为机组具有大尺寸、大容量、大载荷等特点,通过设计优化、制造工艺改进等措施保证了机组优秀品质,机组成功投入运行后,各项性能指标优异,运行安全稳定,达到了设计预期目标,可供同仁设计参考。

灯泡贯流式水轮机甩负荷过渡过程仿真分析

我国较多的中小水电站都采用了灯泡贯流式机组的型式,这类机组具有水流惯性时间常数大、机组惯性时间常数小以及导桨叶双调节的特点,甩负荷过程中导桨叶处于非协联状态,特性更复杂,控制难度更大。特别是对于很多中小水电机组,汛期常因雷击造成机组甩负荷,需要较快的稳定带厂用电运行,给甩负荷过渡过程的控制提出了更高要求。建立了灯泡贯流式水轮机甩负荷过渡过程非线性模型,采用定桨特性曲线模拟水轮机特性,采用特征线法求解有压非恒定流方程,引入了调速器方程,实现了对甩负荷过渡过程的精确仿真。对实际灯泡贯流式机组甩负荷过渡过程进行了仿真计算:最大水头下机组最大转速上升值大于额定水头下机组最大转速上升值;最大水头下导叶前压力最大值大于额定水头下导叶前压力最大值;额定水头下尾水管进口最小压力值小于最大水头下尾水管进口最小压力值;额定水头下机组转速控制的超调量更大;各工况下在甩负荷初始阶段均出现明显的负水锤特征;甩75%额定负荷下机组转速最大值大于甩100%额定负荷下的值;甩75%额定负荷下导叶前最大压力值与甩100%额定负荷下的接近;甩100%额定负荷下尾水管进口最小压力值最小。通过本文的研究表明:对于灯泡贯流式水轮机,由于机组转动惯量小且水轮机等开度线向右倾斜,在甩负荷初始阶段出现明显的负水锤特征,造成导叶前压力降低、尾水管进口压力升高;相比最大水头工况,相同控制参数下额定水头工况机组转速超调量更大;由于水轮机飞逸特性受导叶和桨叶开度的双重影响,机组转速上升最大值并不一定发生在额定水头甩100%额定负荷工况,而有可能发生在最大水头甩部分负荷工况。研究成果对灯泡贯流式水轮机设计及运行维护具有指导意义。

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。

某灯泡贯流式水轮机转轮室振因研究

某电站灯泡贯流式水轮机振动问题较为严重,尤其是转轮室裂纹问题,需明确转轮室振动的主要原因,为电站优化运行提供理论依据。本文运用真机试验方法研究该机组转轮室的振动特性和造成转轮室振动的主要因素。研究结果表明转轮室振动的主要诱因是转轮旋转造成的不稳定流动以及叶片到转轮室间隙的不一致;转轮室部分区域出现贯穿性裂纹是由水力因素导致的。

进口灯泡贯流式水轮机工作密封陶瓷环国产化改造

水轮机主轴密封装置是水轮机的一项重要保护,它的密封性能的好坏直接关系到机组的安全稳定运行,其密封作用尤为重要,本文以大源渡水电站实例,从技术工艺详细介绍了进口灯泡贯流式水轮机工作密封陶瓷环国产化改造全过程。

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.

重力场对灯泡贯流式水轮机流场分析及水力性能评估的影响

本文采用黏性三维湍流流动分析法,通过Fluent软件分析了重力场对灯泡贯流式水轮机流场分析和水力性能预估的影响。计算中考虑了在不同的水头与转轮直径比的情况下,重力场的影响程度。计算结果表明:考虑重力后,水轮机进口断面的平均速度、流量和功率都比不考虑重力时大,但效率相差不大。由于重力作用在竖直于机组轴线方向上的压力分布不均匀,叶片上作用有交变应力。当水头与转轮直径的比值超过5时,重力的影响可以忽略。

超低水头两叶片灯泡贯流式水轮机固液两相流研究

超低水头贯流式机组无论在电站增容改造方面,还是在超低水头开发方面,都具有巨大潜力。然而,水流中裹挟的泥沙会对机组运行产生不利影响,在汛期尤为严重,研究泥沙磨损问题对于机组的稳定运行具有重要意义。基于CFX平台,使用k-ε湍流模型,拉格朗日颗粒跟踪模型和Tabakoff and Grant磨损模型对2.1m超低水头下的两叶片灯泡贯流式水轮机进行了固液两相流数值模拟计算。通过实验验证数模计算的可靠性,对比单相及两相流工况下的涡流特性,探究不同泥沙浓度(Cv=1%~10%)、颗粒直径(D=0.1~1mm)对过流部件磨损位置、侵蚀率以及流动特性的影响。结论如下:在清水中加入泥沙颗粒后,泥沙颗粒对旋涡有增强作用;导叶凹面,叶片正面进水侧头部、叶片出水边、叶片轮缘,以及转轮室都是比较容易遭受磨损的部位;随着泥沙颗粒浓度、直径的增加,导叶、叶片及转轮室的磨损面积、磨损程度以及最大磨损率都呈上升趋势;相较于导叶,叶片和转轮室的磨损程度更为严重,在汛期运行时要更加注重磨损防护。

灯泡贯流式水轮机装置甩负荷过渡过程基于内特性解析理论的数值计算方法

针对工程实际中具有双调节元件的水轮机装置缺少全特性曲线时无法进行过渡过程计算的问题,采用基于内特性解析理论的数值计算方法对灯泡贯流式水轮机装置甩负荷过渡过程进行研究和计算;采用自行开发的计算软件对广东省封开县白垢水电站灯泡贯流式水轮机装置进行甩负荷过渡过程理论计算。结果表明:计算得到的最大转速相对额定转速上升了71.6%,实测最大转速上升率为67.4%,计算值与实测值的相对误差为6.2%;计算得到的最大压力相对初始压力上升了27.5%,实测最大压力上升率为28.75%,计算值与实测值的相对误差为4.3%。转速和压力上升率的相对误差均小于10%,满足工程需要。基于内特性解析理论的数值计算方法可供工程实际中计算过渡过程。

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。

灯泡贯流式水轮机水力损失分析

对一台灯泡贯流式水轮机进行了全流道各过流部件的流场分析 ,探讨了各段流道内的水力损失在总损失中占有的比重以及产生的原因。分析结果表明 ,由于灯泡贯流式水轮机引水室形式的特殊性,几乎不能在导叶进口前提供环量 ,因此与有蜗壳的水轮机相比 ,这类水轮机的各过流部件在水力损失方面有不同的表现。活动导叶不仅作为调节流量的部件之一 ,也是转轮进口环量的提供者 ,导叶形状及与转轮的协联都对水轮机总损失有较大影响。

灯泡体前置或后置对微水头灯泡贯流式水轮机水力性能的影响

为了研究灯泡体前置或后置在微水头条件下对灯泡贯流式水轮机水力性能的影响,利用CFD软件对设计水头为1m的水轮机进行三维数值模拟计算,并对最优方案进行模型试验验证。研究结果表明:水轮机灯泡体前置时,进水流道水头损失略大于灯泡体后置的水头损失;灯泡体后置时,虽然可以改善出水流道内产生的回流,但不能完全消除,所产生的水头损失远大于灯泡体前置的水头损失;灯泡体前置或后置对转轮流态影响不大,前置灯泡贯流式水轮机增设导叶可改善转轮叶片进水侧流态,但导叶段产生的水头损失较大;无导叶前置型灯泡贯流式水轮机的结构简单、效率较高、成本低、运行稳定,较适合于微水头特点下水力资源的开发应用;最优方案水轮机效率的计算值与试验值相比,误差不超过3%,验证了数值模拟计算的准确性。

洪江电站灯泡贯流式水轮机的结构设计

结合洪江电站灯泡贯流式水轮机的结构设计,分析探讨了泡体支撑系统等埋入部件、转轮室和伸缩节、导水机构、转轮和主轴等转动部件、水轮机径向轴承及主轴密封等部件的结构特点和设计中的技术问题。

灯泡贯流式水轮机导水机构弹簧承载式安全连杆机构的设计

本文介绍了用于灯泡贯流式水轮机导水机构保护的弹簧承载式安全连杆机构的结构特点和基本特性 ,并简要说明了该装置在设计和试验中的一些有益经验。该保护装置的成功开发和研制 ,为HEC在大型灯泡贯流式水轮机产品又增添了极为重要的一项新技术。

灯泡贯流式水轮机固液两相定常流动数值模拟

采用Euler-Euler模型对灯泡贯流式机组进行了固液两相流定常计算,对比了较优工况时不同物相及泥沙物性参数下的外特性和流动特性,分析了转轮叶片、轮毂等重要过流部件表面的颗粒分布,以及不同径向位置叶片表面静压沿弧长方向的分布情况。结论如下:加入颗粒相后,颗粒的扰动使转轮的进口位置均产生了明显的撞击,进口流道底部及尾水管位置产生的涡流耗散了部分水能,增大了水力损失,机组效率、出力下降;灯泡贯流式水轮机组的泥沙磨损部位,应重点关注进口流道底面及进口流道至导叶的过渡部位;转轮叶片正面进水边和轮缘处相比转轮叶片其他部位更容易受到泥沙磨损,泥沙颗粒密度与浓度增加,会使叶片正背面压差减小,而泥沙粒径变化则对叶片正背面压差影响较小。