混流式水轮机大开度下的转轮抗泥沙磨损设计

发源于喜马拉雅山脉的河流均含有大量泥沙,不可避免对沿岸的水电站造成泥沙磨损破坏,严重影响水轮机寿命,危害水电站安全稳定运行。以尼泊尔长期处于大开度运行工况Jhimruk水电站的混流式水轮机转轮设计为基础,采用数值模拟手段,针对转轮进口,开展水轮机转轮抗磨损优化设计方案研究,重点分析不同方案下水轮机的外特性和转轮磨损特性。结果表明:3种设计方案均在不降低水轮机效率的情况下,降低了叶片的平均磨损率。通过改变叶片表面的水流流动方向,可以影响流道内的漩涡结构,削弱叶片压力面的横流,进而降低转轮的平均磨损。在当前的研究方案中,进口形状符合线性函数的方案二抗磨效果最好,磨损率可以降低35%。研究成果可为长期处于大开度下运行的水轮机抗磨损优化设计提供重要参考。

中小型水电站水轮机转轮改型设计的必要性和可行性

在分析了我国中小型水轮机组运行现状和水轮机转轮改型设计的必要性和可行性后,对水轮机转轮改型设计过程中应考虑的问题和改型设计内容进行了详细的分析研究。

轴流式水轮机转轮CAD系统的开发设计

介绍了轴流式水轮机转轮CAD系统的开发要点和设计程序的特点及步骤。该系统集分析计算程序、数据管理及绘图系统为一体，构成完整、独立的CAD设计系统。转轮设计计算程序采用流线积分法进行，并将以前的设计经验及试验数据作为设计依据，利用高级语言与Auto-CAD的接口实现自动绘图。

混流式转轮的设计优化

阐述了阿尔斯通公司在混流式转轮设计优化方面取得的进展。在保持其他运行状况下良好效率的同时,侧重于低水头下性能的改进。采用基于纳维叶-斯托克斯计算的全局优化设计方法,通过优化循环提高效率,低水头下低比转速转轮的效率提高了近2%。

改造项目的混流式转轮的设计和制造

在放开的能源市场上，目前的竞争形势对已建和新建电厂的经济评估提出了相当多的要求。在这种情况下，已建水电厂的升级改造变得日益重要。本文描述了欧洲一家主要制造商对升级项目混流式水轮机转轮设计和制造的方法。

小型混流式水轮机转轮优化设计及数值模拟

针对某小型混流式水轮发机电组长期受到转轮流道堵塞、出力受阻问题,提出在基本不改变水轮机原性能参数的条件下,以加大叶片开口为优化目标的转轮流道优化方案,并对优化后的水轮机转轮流道进行数值模拟。数值模拟及现场运行表明了该转轮优化设计方案的正确性。

水电站水轮机转轮改型设计实例分析

对HL240混流式水轮机转轮的改型设计进行了深入的研究,对轴面流道和转轮进行了优化设计,结果表明水轮机效率特性明显增加,改型后效率均比改型前高,说明HL240水轮机转轮改造是成功的,取得的效益是显著的,达到了预期的目的。

超大容量水斗式水轮机水力特性数值模拟分析

为满足超高水头、超大容量水电站建设需求,提出了一种额定水头1000 m,单机容量接近800 MW的三转轮立轴串联水斗式水轮机方案。阐明了这种通过增多转轮来增大容量的设计理念和结构组成,给出了方案的理论设计参数,并应用CFD模拟预测了其水力特性、分析和优化转轮及转轮室流态。研究表明:三转轮水斗式水轮机的额定工况效率可达87%,工作特性曲线变化平稳。转轮室溅水干扰是影响效率的主要因素。通过优化各层转轮相对位置和喷嘴方位,可一定程度提高效率,减小力矩振荡,保证出力稳定。此初步尝试证明了概念的可行性,也发现溅水优化的重要性,能为后续优化研究提供参考。

基于逆向设计理论的水泵水轮机设计与数值模拟

针对水泵水轮机效率普遍较低这一问题,借鉴低比转数混流式水轮机的叶片设计理论,对一给定参数的水泵水轮应用水轮机逆向设计理论对水泵水轮机进行水力设计、三维造型和ICEM网格划分;通过建立相对坐标系下的时均连续方程及N-S时均方程等控制方程组,利用标准k-ε湍流模型来封闭方程组,采用有限元体积法进行离散,离散方程的压力-速度耦合处理采用压力耦合方程组的半隐式(SIMPLEC)算法对水泵水轮机进行数值计算,得到其内流场流动特性,与试验的水泵和水轮机工况下压力分布对比分析,预测了水泵水轮机在设计工况下的转轮效率.数值模拟结果表明,基于逆向设计理论设计的水泵水轮机工况的最优效率可以达到91%,水泵工况的最优效率达到82%,充分说明应用逆向理论设计方法对水泵水轮机的设计,可以兼顾水泵工况和水轮机工况在较优的情况下运行.

大型近海水平轴风力机转轮的空气动力学性能优化判据

以近海风能工程为研究目标，对具有不同特性参数（设计风速、叶尖线速度和转轮实度）的大容量（1—10MW）风力机转轮的气动性能与几何特性进行分析与研究．首先提出大型机组转轮气动性能优化判据：在其直径最小的前提下具有尽可能高的年可用风能特性因数以及与之相关的风能利用系数，因而可捕获最多风能，使年发电量最大．接着给出影响它的几个主要气动参数，如转轮设计风速、叶尖线速度以及转轮实度，并分析风力机在近海气象条件下运转时上述两个气动指标随这些参数变化的规律．提供的气动分析方法及结果可作为大型近海风力机转轮气动性能的评价基础．

水力机械转轮叶片建模技术研究

为提高水力机械转轮叶片设计与加工的准确性,针对传统工程图中采用二维木模图表示的叶片与生产实体存在不一致且不能满足数字化设计与制造的要求,基于目前广泛应用的三维造型软件及造型方法的比较分析,提出了转轮叶片的变量技术造型方法。通过设计实例得到了木模图表示的真实准确的三维叶片,表明变量化造型技术的应用及水力机械转轮叶片数字化建模可明显提高叶片实体精度,为水力机械CAM实现、内部流场的数值模拟及性能预测提供了实际应用参考价值。

沙坪水电站水轮机改造优化设计

基于沙坪水电站水轮机改造项目,介绍了水轮机改造的优化设计过程。在基础模型转轮上,运用CFD优化设计技术调整了转轮性能,使新转轮能够满足机组改造的预期目标。阐述了沙坪水电站水轮机改造优化设计的整个过程。

大洪河电站2#机转轮优化、改造及运用

阐述了大洪河电站2#机转轮优化设计,改造应用、投运试验及实际运行情况,总结了2#机转轮改造相关试验及投运后运行的效果,表明大洪河电站2#机转轮优化改造后,达到了增效扩容目标。

南丰水电站HL263LJ235型水轮机提效增容技术改造

中国水利水电科学研究院机电所运用自行开发的高性能混流式水轮机转轮水力优化设计程序、流场计算及性能评估等计算机软件成果， 并参考一批优秀水轮机转轮， 与海南松涛水库管理局的有关管理、技术人员合作， 在充分调查研究了南丰水电站的实际水力、机组流道、原ＨＬ２６３ 机组结构、特性及存在的主要问题后，针对南丰水电站的特点， 在保持原水电站水工建筑、引水管道、蜗壳、固定导叶、导叶、尾水管、主轴等大件基本不改变的条件下， 重新设计、研制水轮机新转轮， 实现了提效增容技改的改造目标。

wk683-01型38mm防暴枪存在问题与解决思路

wk683-01型38mm防暴枪使用列装以来,已经暴露出了结构不合理,工作不可靠等许多重要问题,本文针对这些问题进行了探讨并给出了自动发射方式、转轮设计等解决思路。

泥石流对水电站过流部件的磨蚀分析

汶川"7.10"特大山洪泥石流导致河水泥沙含量超高,短时间内的高负荷运行对机组过流部件如转轮、锥管等造成严重破坏。事后,对造成此事故的原因进行了综合分析并提出了防范措施,对地质高危区内的电站安全运行具有普遍的借鉴意义。

输水管道中能源的有效利用措施

美国尤他州罗岗市在其供水系统中安装了一套新的水力发电系统来代替减压阀,从而给新设备如何适应现有设施提出了新的课题。项目要求混流式水轮机能适应超常规、大范围的水头压力的变化。对如何防止压力钢管产生压力波动、用于改造项目的水轮机的设计构思、转轮的制造以及投运后收到的效益等给予了粗略介绍。

乌东德水电站850MW水轮机总体技术特性分析

乌东德水电站水轮发电机组单机容量850 MW,居世界水电第二;水电站运行条件复杂,机组设计安装难度大。针对以上技术难题,结合工程特点,从水轮机的运行条件、水力设计、结构特性、现场加工安装等方面开展了大量的专项分析研究工作,从而得到了优良的水轮机设计参数和结构;同时,通过开展专项研究,提出了基于“水轮机效率加权因子量化方法”的综合转轮开发方法、地下式联合转轮加工厂设计方案以及基于安装强度指标提高机组安装进度的方法。研究成果为乌东德水电站机组的顺利投产发电提供了保障,可为今后巨型水轮机设计提供参考。

地方小水电站挖潜改造分析 巩固和发展我省农村电气化建设成果的最佳途径

针对云南地方小水电的特点和现状进行分析 ,提出近期以增容改造为主的发展思路 ,并对机组增容改造的主要技术问题进行了探讨。

多条件优化：粘性流体分析-机械性能分析

当前的水轮机谢十如果不使用CFD方法，将会很难进行。性能水平的提高和特定的工地或运行工况的需要使一个水轮机转轮的设计成为一件很有挑战的任务。近年来，自动优化循环系统的使用提高了设计效率，并且一些作者在过去的几年里已经开始使用这些方法。但是，在优化循环过程中使用Navier Stokes方程或机械性能有效性求解器或者两者都使用的还不是很常见。这主要由于划分网格程序非自动化，CPU计算时间和获得机械最佳性能与提高水力性能相矛盾的思想等原因。Alstom Power开发了一个优化循环系统，在这个系统中CFD模型可以是无粘性流体或基于Navier Stokes方程的流体，并且即使它们之间有时是相互矛盾的，所有几何的和机械的特征可以以变量或函数的形式建模求最小。在本文中描述了优化循环系统的原理，给出了水轮机中静止部件和活动部件的一些实例。