部分负荷下混流式水轮机转轮叶片变形对流场的影响

将CFD流动分析软件与结构刚强度软件有机结合,对混流式转轮在不同工况下的流动进行分析。通过程序将流场参数加载到结构分析软件上,对变形后的叶片再次进行网格划分流场计算,并计算出混流式转轮叶片上的应力和变形,详细分析了转轮变形后的流场,达到了真正意义上的流固耦合。研究结果表明:最大应力发生在转轮叶片的出水边与上冠的连接处,应力集中较明显,易于发生疲劳破坏。产生最大变形的部位是转轮叶片的出水边与下环的连接处,且从上冠到下环变形量逐渐增大,即此部位就是叶片振动的敏感区域;转轮变形后对水轮机内部流场的影响表现在叶片进口边头部压力增大,叶片出口边靠下环处流速增大、压力下降,空化性能降低。变形后的流场使得尾水管内部的涡带产生、紊动加剧,说明叶片变形后对水轮机内部流场的影响是引起水轮机裂纹和振动的真正原因。

混流式水轮机转轮的涡量场分析

本文利用涡量场和边界拟涡能流BEF(boundary enstrophy flow),对混流式水轮机转轮叶片进行了性能评价和优化。在转轮三维湍流数值计算基础上,通过控制拟涡能在叶片表面的分布,能够提高转轮最优工况下的水力效率。优化后转轮叶片表面的拟涡能比原型有明显改善,转轮流场的流动状况也明显改善,说明基于涡量场的分析对于混流式水轮机转轮叶片优化能够起到一定的作用。边界拟涡能流BEF能够从能量角度反映流体和固体之间的相互作用关系。

大型混流式水轮机转轮的翻身方法

文章介绍了大型混流式水轮机转轮翻身工具的结构、操作方法、翻身工艺的选择要素、适用范围、优缺点和所需的焊缝强度计算等。

RB-3试块在混流式水轮机转轮叶片焊缝超声波探伤中的应用

国内大型混流式水轮机转轮叶片焊缝都采用ASME作为探伤标准,受制于现场条件,无法短时间内制作出符合标准要求的试块。因此,作者尝试采用RB-3碳钢试块作为对比试块,通过对反射体尺寸、传输差异和斜探头角度进行修正,制作DAC曲线,并应用于实际检测,取得较好的检测效果。

混流式水轮机转轮动载荷作用下的应力特性

许多大型水轮机投产后短期内都出现了不同程度的裂纹问题,研究表明动应力值较大是引起转轮叶片产生疲劳裂纹的主要原因之一。该文对万家寨二号机组转轮进行了流固耦合计算,发现较大应力区与实际裂纹出现的部位基本一致。接着进行了动载荷作用下转轮的瞬态动力分析,采用Newmark算法得出了导叶开度变化时转轮的应力分布,当动载荷变化频率较大时,算出动应力大致在15～20MPa左右,与经验值比较接近。这些结果印证了动应力值过大是叶片产生裂纹的主要原因,从而为水轮机在设计阶段就进行优化提供了可能。

基于流固耦合的混流式水轮机转轮应力特性分析

本研究采用顺序流固耦合方法,计算了某设计中的混流式水轮机转轮在不同水头下发额定出力时的静应力分布,以及设计最高水头额定出力工况下的动应力特性。静应力计算的结果表明:最大应力出现在叶片出水边与上冠连接处,并且随着水头增高,静应力最大值有减小趋势。动应力的计算结果表明:设计的转轮,动应力的幅值满足稳定运行的要求。

混流式水轮机进动过程中转轮上冠转动流体力矩研究

通过模型实验和基于整体流动模型的数值模拟研究了混流式水轮机进动过程中作用在转轮上冠的转动流体力矩的基本特性.模型实验中的转轮用一个圆盘来模拟,其上冠与后顶盖之间形成一个很小的轴向间隙.内向流由外部水泵供给.检验分析了间隙内泄漏流速、径向间隙进口处的预旋速度和轴向间隙宽度对流体力矩的影响.研究结果表明,进动流体力矩在很小的正向进动角速率比区间内对转轮的进动具有自激效应,并且进口处预旋速度对自激区间的影响显著.通过对转轮进动过程中流体所产生的转动力矩在转轮旋转和不旋转两种情况下的比较,得出了法向流体力矩在转轮只有进动没有旋转的情况下对转轮的进动没有自激效应.法向流体力矩对进动所产生的自激效应是由转轮转动所形成的漩涡流引起的.

卧轴双转轮混流式水轮机的优化设计

采用CFD计算分析了国外某电站的卧轴双转轮混流式水轮机组效率较低、空化性能较差的原因:主要是流道复杂,水流不畅,导致水力损失较大.由于不允许对流道进行调整,因而只能对转轮部分进行优化研究.转轮优化从3个方面进行:采用不同的叶片翼型、调整转轮上冠线的曲度和左右转轮叶片位置.基于N-S方程和Spalart-Allmaras湍流模型,采用SIMPLIC算法,对优化后水轮机的全流道进行了三维定常湍流计算,获得了各过流部件的流动细节,预估了水轮机的性能.计算结果表明:采用Ⅲ型叶片转轮、B形上冠线,并且当左右2个转轮叶片位置不同这一方案时,水轮机过流量增大到28.55 m3/s,左转轮效率达92.24%,右转轮效率达91.78%.同时分析了计算转轮上的绝对压力值,得到了分别采用Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ型叶片转轮的空化情况,结果表明:Ⅲ型叶片转轮的空化性能最好.

基于BP神经网络的混流式水轮机裂纹声发射源定位方法

提出使用基于BP神经网络的智能定位方法,用于混流式水轮机的裂纹声发射源定位。理论和实验证明,该方法较好地解决了声发射源定位问题,为进行混流式水轮机裂纹在线监测提供依据。

水轮机转轮安全评估基础方法研究

混流式水轮机在运行过程中产生大量裂纹,严重危及水电站的安全运行。介绍了水轮机组检修现状,结合混流式水轮机转轮提出了3种转轮安全评估方法并进行了可行性分析。利用声发射技术,可在线监测水轮机转轮叶片裂纹的产生和扩展过程,结合振动技术对水轮机进行安全评估,实现了对水轮机的转轮叶片在线状态监测和故障诊断。

复杂结构中裂纹声发射源定位方法的适应性分析

声发射技术是一种动态的无损检测技术,在分析声发射源定位方法研究现状的基础上,结合混流式水轮机转轮提出了复杂结构中裂纹声发射源的3种定位方法,即三维时差定位、区域定位、自适应智能定位法,并给出了声发射源定位系统程序的实现方法。在此基础上,对各种定位方法做了适应性分析与比较,为进行混流式水轮机裂纹定位及发展趋势的预估提供了依据。

旋转圆盘涡动过程中的流体力矩试验

本试验模拟了混流式水轮机转轮上冠在不均匀径向间隙情况下产生涡动时所受的流体力矩。通过模型实验和数值模拟研究了混流式水轮机涡动过程中作用在其上冠的转动流体力矩的基本特性。模型实验中水轮机转轮用一个圆盘来模拟,其上冠与外壳之间形成一个很小的轴向间隙。用圆盘圆周和外壳之间的径向间隙来模拟实际水轮机中的密封。内向流由外部水泵供给。设计了在不同的泄漏流速、预旋速度、轴向间隙的情况下测量流体力矩的实验。通过整体流动模型对涡动过程中间隙流的特性进行了数值模拟。通过比较流体力矩的实验和数值结果,讨论了转子动力稳定性。最后得出在混流式水轮机涡动过程中,作用在转轮上冠的流体力矩除了几个较小涡动速率比以外,在其它很大的涡动速率比区间内都能够助长涡动的运动状态,从而使系统产生自激振动。