不同导叶开度下混流式水轮机尾水管内部流动及压力脉动分析

为探究活动导叶开度对混流式水轮机尾水管内部流动及压力脉动的影响,通过建立西南某电站混流式水轮机三维全流道模型进行定常和非定常条件的数值模拟,研究混流式水轮机在额定水头不同导叶开度下的尾水管流动特性及压力脉动。结果表明:随着导叶开度的增加,尾水管直锥段出现明显的交替旋涡并引起尾水管低频压力脉动,尾水管内压力及速度分布的均匀性逐渐变差,尾水管弯肘段监测点压力脉动主频幅值先增大后减小。尾水管涡带是引起尾水管产生低频高幅特征压力脉动的原因。

基于水轮机导叶转角推求导叶开度圆直径的方法

鉴于反击式水轮机活动导叶开度大多采用导叶转角描述,而在水电工程初步设计阶段开展的相关设计计算工作中,仍采用导叶开度圆直径描述现状,以活动导叶数为24只的圆柱式导水机构为基础,提出了水轮机导叶转角与导叶开度圆直径之间的转换公式。同时,通过对一系列典型导叶布置图的分析,结合数值分析方法,对公式中的修正系数给出了明确的解析表达式,并验证了表达式的可靠性。

水电仿真中导叶开度模型的分析与改进

水电仿真系统中关键的模型是水机调速器模型,基于仿真的目的,对混流式水轮发电机的关键数学模型进行了改进.针对水电仿真系统中调速器开机和关机过程中过速和不稳定问题,采用回归分析的方法,建立多项式回归模型,分段解析拟和推导出了水机调速器导叶开度的开机和关机数学模型,该方法简单、精确度高,即使输入为任意规律也可求解.上述方法经可靠性分析和测试,结果表明它在能保证仿真系统的真实性、可靠性和实用性的前提下,能以最简单、最直接的方式解决最复杂的问题,而且效果很好.吉林丰满水电站计算机仿真系统的应用实践,也验证了该方法.

不同导叶开度下立式蜗壳离心泵失速特性分析

大型立式蜗壳离心泵是长距离输水的核心动力装备,为了研究小流量工况下泵内不稳定失速机理,基于精细化网格和SSTSAS湍流模型,数值分析了活动导叶开度在小开度、最优开度和大开度3种条件下的非定常流态及其诱导压力脉动特性,讨论了导叶开度对立式蜗壳离心泵失速特性的影响。研究结果表明,在不同导叶开度下泵内失速的特征工况点相近,流量扬程曲线均呈现典型的驼峰区,但在小导叶开度条件下流量扬程曲线对应正斜率最大,大导叶开度时最小。在3种活动导叶开度下,活动和固定导叶之间的无叶区内均出现了大尺度旋涡,且固定导叶工作面的流动分离不断扩散至相邻固定导叶背面。在深度失速工况下,不同导叶开度条件时叶轮内的流体熵产率分布规律呈现明显不同的特征。随导叶开度增大叶轮叶片靠近前盖板截面上的流动分离区域扩大,且在最优开度和大开度条件下叶轮叶片中截面上靠近叶轮流道出口位置出现了较大速度梯度,导致了局部熵产率高的特征。在导叶小开度时深度失速工况下压力脉动的主频为叶片通过频率7f_(n),而最优开度时主频为0.9f_(n),大开度时在0.7f_(n)~1.2f_(n)范围内频率对应振幅均较大,大开度下的压力脉动呈现宽频特性。通过导叶内非定常数值模拟,发现低频压力脉动的出现与导叶内存在的周期性大尺度旋涡密切相关。

导叶开度对混流式水轮机转轮应力应变的影响

为了研究混流式水轮机转轮应力及变形情况,基于单向流固耦合理论,利用Workbench平台对其进行数值模拟.在模拟过程中首先利用ANSYS CFX软件,采用标准k-ε湍流模型对水轮机三维流态进行计算,其次通过Static Structural将流场水压力传递到转轮表面,进而进行耦合计算并得到了转轮应力和变形分布规律,最后通过试验结果对数值计算结果进行验证.研究表明:在100%开度下,从最低水头到额定水头、从额定水头到最高水头,转轮最大主应力与等效应力分别增大了9.8%,15.9%.另外在不同导叶开度下,水轮机转轮叶片瞬态较大变形、最大主应力以及最大等效应力均主要集中在叶片出水边与泄水锥交界处和叶片出水边靠近下环处,且随着导叶开度增大这些值均逐渐增大,特别在叶片出水边靠近下环处,由于该位置较薄,且在交变应力的反复作用下,该位置易发生疲劳破坏,因此更易出现裂纹和断裂.

导叶开度对贯流式水轮机性能及流动特征的影响

针对某型号贯流式水轮机,运用ANSYS CFX,分别在导叶开度为1 550,1 405和1 278 mm条件下,对水轮机内部三维流场进行全流道数值模拟,研究导叶开度对水轮机性能及流动特征的影响.通过分析对比3种开度下水轮机水头和效率,同时研究全流道截面压力、速度分布,导叶外环面压力分布,导叶叶片压力分布以及转轮叶片压力分布,得出开度为1 405 mm是与转轮匹配性最佳的导叶开度.进而对最佳导叶开度下水轮机在0.8Q,1.0Q,1.2Q这3种工况下的空化进行模拟,结果发现空化很大程度地降低了水轮机的水头和效率.同时对转轮、转轮叶片以及尾水管的空泡相体积分数的分布进行了分析,得知在设计工况下的空化程度最轻,小流量工况下的转轮内空化比较严重,而在大流量工况下,空化区从转轮出口延伸到尾水管内.

导叶开度对混流式水轮机尾水管内流动特性的影响

为了深入研究尾水管内的流动特性,结合某电站混流式水轮机的实际运行情况,基于标准的κ-ε湍流模型,选用Fluent软件在额定水头不同导叶开度下对其进行全流道数值模拟,分析了不同导叶开度对混流式水轮机尾水管内部流动特性的影响。结果表明,当导叶开度为100%时尾水管内部形成了周期空化涡带,此涡带的存在易导致水轮机机组产生强烈振动;当导叶开度较小时,尾水管内速度分布较为均匀;尾水管进口段的压力分布情况对导叶开度的变化较为敏感,可通过合理控制导叶开度来减小尾水管内的水力振动,降低水力损失。

计及功率与导叶开度非线性特性的混流式水轮机改进模型

针对现有理想水轮机模型和解析非线性水轮机模型不能反映混流式水轮机组功率与导叶开度间的非线性特性问题,建立了计及功率与开度非线性特性的混流式水轮机改进模型。该模型基于水轮机解析非线性模型,加入了功率与开度非线性关系模块,分析比较了功率与开度的不同拟合方法,推荐采用三次多项式拟合方法更适用于功率与开度拟合,并通过机组频率扰动试验、功率升降试验、一次调频试验和电网故障扰动试验仿真及实测结果表明,与理想水轮机模型和解析非线性水轮机模型相比,计及功率与开度非线性特性的水轮机改进模型精度更高。

冗余技术在水轮机调速器导叶开度测量中的应用

准确可靠地获得导叶开度对于水轮机调速器安全运行至关重要。针对官地水电站实际情况,对调速器导叶开度传感器容错技术原理和方法进行了探讨。计算了在给定可靠性下的最优并联传感器数,提出了导叶开度传感器的容错技术可采用三选二或三选中冗余容错策略。

导叶开度变化对向心涡轮气动性能的影响

[目的]在涡轮设计过程中需要充分考虑导叶开度变化对向心涡轮气动性能的影响。[方法]为此,利用数值模拟方法对某轴向进气式向心涡轮的内部流动进行模拟,分析−5°,0°和+5°这3种导叶开度下的涡轮气动性能。[结果]计算结果表明:改变导叶开度后涡轮效率较原型涡轮有所降低;并且随着落压比的不断增加,涡轮效率呈下降趋势。在设计工况下,原型涡轮的效率最高;减小导叶开度后,涡轮流量、效率均有所下降,并且叶轮流道内部流动损失也最大;增大导叶开度后,涡轮流量、功率增大,叶轮内部流动损失减小;但因为涡轮有较大的余速损失,所以其效率较原型涡轮略有降低。[结论]研究结果可为向心涡轮设计及性能优化提供参考。

导叶开度对混流式水轮机压力脉动特性及流动诱导噪声的影响

为研究导叶开度对混流式水轮机压力脉动特性及流动诱导噪声的影响,应用CFD和LMS Virtual Lab软件分别对混流式水轮机在三种导叶开度下进行非定常流场和声场数值计算。结果表明:混流式水轮机内压力脉动主要受到叶片通过频率(108.33Hz)以及低频脉动(4.15Hz)的影响;随着导叶开度的增大,叶频对转轮进口和蜗壳内压力脉动的影响逐渐增加;外场噪声的分布与混流式水轮机的几何轮廓相吻合;尾水管弯肘段有助于减弱混流式水轮机流动噪声声压;导叶开度越大,混流式水轮机辐射出的外场噪声声压值越大,偶极子特性越明显。研究结果可为混流式水轮机组的稳定运行及流动诱导噪声的控制提供参考。

导叶开度对水泵水轮机调相运行水环流动的影响

水泵水轮机运行在泵工况压水启动过程或压水调相工况时,需要在转轮腔体内注入空气以降低转轮的启动功率.为了避免转轮室内的压缩空气泄漏到蜗壳,需要在无叶区内形成一定厚度的水环进行密封,以减少压水时的用气量.为了研究导叶开度对水泵水轮机水环内部流动特性的影响规律,利用ANSYSCFX软件对3种不同导叶开度(全关闭、1%最优导叶开度、2%最优导叶开度)的水泵水轮机模型进行非定常两相流动数值计算分析.研究结果表明:水环的厚度随导叶的关闭而增大,从而增大了转轮的阻力,加大了轴功率的消耗;无叶区内的压力脉动特征频率为叶频及其倍频,呈现出明显的动静干涉现象.研究结果可为水泵水轮机在泵工况压水启动过程或压水调相工况下的水环控制提供一定的依据.

导叶开度对水泵水轮机泵工况零流量外特性和稳定性的影响

鉴于活动导叶开度对水泵水轮机泵工况下的零流量启动稳定性有重要影响,以陕西省引汉济渭工程三河口电站的水泵水轮机组为例,通过模型试验研究了活动导叶开度对泵工况零流量区扬程、功率及机组压力脉动特性的影响。结果表明,泵工况零流量下的扬程随活动导叶开度的增大出现较明显的驼峰现象;活动导叶开度越大,无叶区测点的压力脉动幅值越高,其他测点的压力脉动幅值受活动导叶开度的影响小。因此,水泵水轮机泵工况零流量启动时应在避开驼峰的前提下以较小的活动导叶开度启动,以确保机组启动时的稳定性。

数字孪生驱动的高炉风机导叶开度智能调控实验设计

针对风机运行环境复杂、缺乏现场实验数据等问题,提出数字孪生驱动的高炉风机导叶开度智能控制实验平台。以数字化方式创建高炉风机的虚拟模型,通过虚实交互,阐述了物理风机控制原理与虚拟风机智能调控相结合的教学内容。经由“机理—数据—知识”的实验过程,能够使学生准确、直观地理解风机在真实变工况条件下的行为特征,并掌握构建基于机器学习的智能调控模型的基本方法,提升实践操作和工程创新能力。该实验平台可广泛应用于智能制造相关课程的实验教学。

导叶开度对混流式水轮机压力脉动特性的影响

为研究导叶开度对混流式水轮机压力脉动特性的影响,采用CFD软件对额定水头的8种导叶开度下进行全流道数值模拟计算。结果表明:混流式水轮机各过流部件产生的压力脉动可以向上游传播也可以向下游传播,幅值沿程减弱。各开度下蜗壳出口处和导叶处各开度下的压力脉动主要频率均为叶片通过频率及其倍频,转轮区域内沿流动方向从进口至出口,动静干涉对流动的影响逐渐下降,尾水涡带造成直锥段产生低频压力脉动。

大型轴流转桨式水轮机导叶开度反馈装置故障分析与处理

针对金沙水电站1号水轮发电机组调速器在运行过程中发生的事故低油压保护动作,开展了故障原因查找及分析工作。从此次故障发生的现象、经过、原因进行了分析,查清了故障原因,提出了改进措施,继而通过对导叶开度反馈装置进行改造,优化了调速器导叶位置传感器选型及固定支架设计,改造后的导叶位置传感器通过了现场试验和运行的验证,确保了机组的安全稳定运行。通过采用逐步排查方法处理故障,对排查和防范类似故障具有一定的参考价值和借鉴意义。

深圳抽水蓄能电站机组转速与导叶开度变化规律研究及预防过速逻辑分析

深圳抽水蓄能电站采用GE公司H-SHE-00-MEU11-SA00FE-01型调速器系统,该系统采用冗余的UPC、SPC和TADT配置来提高系统容错率,但是仍有部分特殊情况无法甄别,对设备安全稳定运行形成隐患。以深圳抽水蓄能电站发电机组为例,研究分析了机组转速随导叶开度、时间和水头的变化规律。通过线性回归和概率统计的方法给转速系统设置合理阈值,从监控系统角度来预防机组异常升速,最终达到降低事故影响的目的。

低压涡轮导向器开度对变循环发动机的影响

建立了变循环发动机整机模型并对可变几何低压涡轮特性进行修正,研究了低压涡轮导叶开度从-6°~6°时对各部件以及发动机整体性能的影响。结果表明:随低压涡轮导向器角度变大,低压涡轮进口折合流量增大,不论低压涡轮导向器开大或关小,高、低涡轮效率均下降;随导叶开度增大,高压涡轮膨胀比增大,高压轴功率增大,高压压气机(High pressure compressor,HPC)与核心机驱动风扇级(Core driven fan stage,CDFS)压比增大;双外涵模式下涡轮导叶角度为0°时单位推力最大,单外涵模式下涡轮角度为-1°时单位推力最大。

导叶开度对混流式水轮机转轮内部流态的影响

基于数值模拟方法,以梯级水光蓄互补联合发电系统示范工程中的猛固桥电站混流式水轮机为研究对象,对水轮机在不同特征水头、不同导叶开度工况下转轮叶片表面受力及流道内流场特性进行研究,分析导叶开度改变对水轮机转轮内流态的影响规律。结果表明:导叶开度对于混流式转轮进口流态的影响较大,导叶开度越小入流速度波动程度越大,来流对叶片头部冲击越大,在进口处产生严重的冲击损失;随导叶开度减小,转轮叶片表面等压线与进口边夹角增大,在上冠交接区域产生小三角区低压,使转轮流道出口更易产生空化损失。