转轮及导叶流域固液两相流研究

为了研究灯泡贯流式机组内流状态和磨损规律基于欧拉-欧拉法中的Particle非均匀相模型,对不同固相直径、浓度、导叶开度下水轮机固液两相流工况进行计算。结果表明,固相高浓度区集中在转轮域和尾水管进口处,且随着固相直径和浓度的增加而增加。随着固相直径和浓度的增加,导叶域表面压力、固相速度、固相浓度分布均增加,导叶背面更易发生磨损。在转轮域,固相高浓度区分布在叶片正面轮毂处和进水边,叶片背面整体固相浓度分布较高,且表面固相速度、浓度分布与固相直径和入口浓度呈正相关。

灯泡贯流式机组水导轴承振动评估

【目的】对于采用扇形支撑结构的灯泡贯流式机组水导轴承,水平方向的结构刚度不足,造成振动值偏大,需要对水导轴承振动进行评估,确定合理的振动限值,保障机组的安全稳定。【方法】对同类型机组的振动情况进行统计分析,开展有限元计算、振动和动应力的真机测试,分析动应力和振动的相关性,对水导轴承结构疲劳特性进行评估。【结果】结果显示:水导轴承水平振动统计样本分布的中位数为131.6μm,根据标准要求取1.6倍中位数即200.0μm作为振动限值的参考值;通过对凌津滩电厂机组水导轴承有限元的分析和真机实测,水导轴承体最大静应力为33.8 MPa,远小于许用应力要求,试验工况下水导轴承最大水平振动峰峰值为91.0μm,扇形板最大动应力峰峰值为1.4 MPa。【结论】结果表明:灯泡贯流式机组水导轴承水平振动随机组有功功率的增加而增加,振动与动应力主要频率为机组转频和桨叶叶片倍频率,且振动幅值与动应力幅值具有良好的线性关系,可通过线性拟合预测振动幅值在200.0μm下的动应力。根据得到的极限动应力结合有限元分析所得到的静应力数值,通过S-N曲线可得到水导轴承支撑结构的疲劳寿命和损伤系数,结果表明其能够满足使用寿命周期要求。

灯泡贯流式水轮机机组大波动的转速控制

针对灯泡贯流式机组大波动时调节系统分段关闭的局限性,提出了实时控制策略,即通过关闭过程中实时的转速变化调整导叶与桨叶的开度及开关方向,使机组转速控制在合理状态,满足规范要求。在国内近百台贯流式机组上的应用表明,该方法十分可靠,可为类似水电站大波动时,转速控制策略不当而造成的各类事故处理提供借鉴。

基于CSABO-VMD和多策略改进的BOA-BP的水电机组故障诊断

针对灯泡贯流式水电机组缺乏故障诊断方法,采用转子故障平台模拟机组典型故障作为依据。结合混沌映射(Chaotic map)优化的减法平均器(SABO)优化变分模态分解(VMD)对原始数据进行分解。对得到的分量采用多尺度样本熵的计算,结果输入到多策略改进的蝴蝶优化算法(BOA)优化的BP神经网络中进行故障诊断和分类识别。结果表明,诊断结果为98.75%,明显优于未优化模型。该项研究可以对现有灯泡贯流式水电机组故障诊断方法进行有价值的补充。

大型灯泡贯流转子支架结构拓扑优化设计

大型灯泡贯流式水轮机因其机组效率高、适应性强、运行成本低及显著的社会效益,广泛应用于水电站发电系统。转子支架结构作为该水轮机的重要组成部分,其设计形式对水轮机的整体性能和可靠性有着至关重要的影响。然而,传统基于人工经验的设计方法在很大程度上限制了结构设计的自由度,可能导致错失最优设计方案。为克服这一局限性,采用变密度法,以最大化结构应变能为优化目标,结合体积约束条件,对转子支架结构在额定运行工况下进行拓扑优化设计。通过数值算例,从应力分布与变形情况两方面,比较了传统设计方法与文中所提的方法。性能分析结果表明,文中方法在有效减少材料用量的同时有效保障了结构性能,为大型灯泡贯流式水轮机转子支架的优化设计提供了有力的理论支持和设计依据。

不同采集水头对灯泡贯流式机组运行工况的影响分析

在保证电站安全稳定运行的基础上,对某电站1号机组开展基于毛水头、净水头的优化运行性能分析。通过对比低水头、高水头条件下的机组有功、协联关系、主要稳定性数据,从而评价机组在哪类设置水头具有更优的综合经济效益,以便后期指导机组开展水头采集优化的提质增效工作。

灯泡贯流式水轮机转轮盘车异响排查及处理

百龙滩水电站在转轮更换过程中出现了盘车异响问题,为确保机组稳定运行,进行了异响分析排查。笔者分析了机组运行存在的问题,详细阐述了异响分析排查过程及处理。结果表明,异响是由于叶片销与销孔的配合间隙过大造成的。依据现场实测数据,对叶片销进行重新配置及更换,成功解决了异响问题。此次经验可为同类型机组水轮机转轮异响处理提供一定的借鉴与参考。

泗洪泵站灯泡式贯流泵机组变频运行同步切换研究

泗洪泵站是南水北调东线工程的重要节点枢纽工程,也是促进区域协调发展的基础性水利工程,泵站的稳定运行影响着水利工程的安全。在泵站机组变频调速控制系统中,变频器经常需要操作从变频切换至工频状态,结合泗洪泵站运行实践,通过研究设计和应用机组变频运行同步切换,可延长高压变频器及电抗器的寿命,同时提高泵站效率,降低能源单耗。

紫兰坝水电站导水机构备件国产化替代设计研究与应用

紫兰坝水电站机组已运行14年,水轮机的导水机构是由国外公司设计、制造,导水机构缺陷率逐年上升,因导水机构备件均为进口件,存在采购周期长且结构尺寸、技术参数等无法满足原设计要求等问题,导致电站目前无法正常采购导水机构备件,已严重影响紫兰坝公司的正常电力生产。针对紫兰坝水电站目前存在的导水机构备件全部依赖进口的采购和技术风险,紫兰坝公司联合东方电机有限公司开展了导水机构备件国产化替代设计研究,通过对原导水机构部件进行结构、材质、性能、装配等全面分析对比研究与国产化替代设计,实现了紫兰坝水电站导水机构备件采购自主可控和技术优良的目标,为我国类似电站的进口件国产化替代研究与应用提供借鉴。

峡江水利枢纽9号机组主轴安装轴线调整技术

峡江水利枢纽水电站共安装9台大型灯泡贯流式水轮发电机组,其中由某厂家生产的5台该批机组主轴安装轴线调整采用内部调整轴系、外部调整定子和转轮联合调整技术,技术成熟可行,安装质量可靠,各机组安装投产发电均已9年以上,运行一直安全平稳。本文以9号机组安装为例对该技术进行介绍,可为类似工程参考、借鉴。

灯泡贯流泵装置的优化水力设计

采用CFD理论应用Fluent软件对某低扬程泵站灯泡贯流泵装置进行了三维湍流数值模拟及其优化水力设计,并采用透明流道模型试验验证了该优化设计。研究结果表明:灯泡贯流泵进、出水流道的控制尺寸及过流边界的形线对贯流泵装置的水力性能具有较为明显的影响;借助于三维湍流数值模拟方法可逐步优化其水力性能,且在设计流量下工作时的流道水力损失可控制在较小的范围内。前置灯泡贯流泵装置具有更好的水流条件,其水力性能优于后置灯泡贯流泵装置。采用数值模拟得到的贯流泵装置流道的内部流态及其水力损失与流道模型试验得到的结果基本一致,表明采用数值模拟方法得到的灯泡贯流泵装置优化水力设计的结果是可信的。

南水北调东线一期工程灯泡贯流泵性能分析

南水北调东线一期工程中有6座泵站采用灯泡贯流泵,由于其结构不同,因此性能存在差异.分析了这6座泵站装置模型试验成果,介绍了优化设计的方法和措施;根据模型装置验收试验成果,其性能均达到和优于合同保证值.采用量纲一的流量系数、扬程系数和空化系数,对6座泵站的性能进行对比分析,相同的水力模型在不同结构中的扬程系数-流量系数曲线基本重合,而且最高效率都达到了约80%,因此性能均较优.通过现场测试的数据,进一步验证了灯泡贯流泵的优越性能和良好的运行稳定性,而且实测数据好于模型装置试验预测值,灯泡贯流泵适合于南水北调工程低扬程泵站.

双层筒结构灯泡式水轮发电机热交换与肋优化计算

结合灯泡贯流式水轮发电机冷却器的设计，提出了一种新的冷却器设计计算方法———紊流双层筒结构模型法，并结合非线性规划理论对冷却肋的尺寸做了优化计算。通过对白垢电站灯泡贯流水轮发电机冷却器的计算，验证该方法是正确的。

不同型式灯泡贯流泵的技术特点

南水北调东线工程有多座泵站采用灯泡贯流泵机组,淮阴三站和蔺家坝泵站是先期实施的泵站,均采用了国际合作技术,而且结构型式完全不相同的灯泡贯流泵。根据两座泵站采用的不同结构型式,重点介绍了机组的结构特点和水力性能,分析了不同型式的优势以及在未来泵站建设中的应用前景和需要进一步研究的问题。

基于原型观测的厂顶溢流式水电站厂房结构振动特性研究

以某水电站灯泡贯流式机组的厂顶溢流布置型式为对象,利用原型观测数据结合有限元计算、小波包分析方法等,研究这种新型结构的厂房振动情况.首先,建立动力分析有限元模型,分析厂房结构的自振特性,并对可能振源进行共振校核;在此基础上,分析不同工况下机组振动和厂顶溢流对厂房结构的影响,并对振源特性与敏感结构相关性进行分析.结果表明:狭缝射流、转轮叶片振动以及协联关系不正确引起的振动与上、下游闸墩顺河向及侧盖板垂向振动可能存在共振问题;厂顶溢流产生的水流脉动对厂房及机组各向振动的影响微弱;机组振动为厂房振动的主要振源,这在水平顺河向的能量传递上表现得更为明显.

后置灯泡贯流装置灯泡体形式的数值模拟

为了深入研究灯泡体形式对装置流动特性及水力性能的影响,采用RNGk-ε紊流模型和SIMPLEC算法,基于多旋转坐标系模型,计算了总长均为10.72D(D为叶轮直径)的传统筒形灯泡体和纺锥细长形灯泡体两种典型形式的后置贯流泵定常流动,获得了整体流场结果.分析了不同灯泡体对泵装置整体流动的影响,灯泡体段设计不当将引起局部脱流和漩涡区,从而影响整体水力性能.分析了两种灯泡体贯流泵装置方案的叶片表面静压分布,显示出两个方案在最优工况、大流量工况和小流量工况下的叶片压力分布相似,这表明出水灯泡体形式不影响叶片工作状态.计算表明,纺锥细长形灯泡体水力损失最小值出现在约1.12QBEP(QBEP为设计点流量)处,而圆筒形灯泡体水力损失最小值出现在约1.06QBEP处,且出水灯泡体的水力损失与流量的关系不满足传统管道内水力损失与流量成二次方比例关系的规律,而表现为与泵装置运行工况相关的特性.因此,纺锥细长形灯泡体结构泵装置形式在南水北调东线工程中有一定的应用前景.

前置灯泡贯流泵装置内部流动数值模拟

基于雷诺时均方程和RNG(renormalization group)k-ε湍流模型,采用SIMPLEC算法对一前置灯泡贯流泵装置内部湍流流场进行数值模拟.分析了前置灯泡贯流泵装置的内部流动特征,进水流道内的流态比较平顺,而出水流道内的流态则是在非设计工况出现明显的偏流和漩涡.同时,预测了不同工况下前置灯泡贯流泵装置的水力性能(包括扬程、效率等),最优工况点的效率达76.24%.为今后前置灯泡贯流泵装置的设计优化提供了依据.

灯泡贯流泵装置的三维流动数值模拟

为了配合南水北调东线工程淮阴三站灯泡贯流泵装置的优化水力设计研究工作,对该站前、后置灯泡贯流泵装置内部流动的数值计算方法进行了初步研究;参照该站初步设计阶段初步拟定的机组结构形式,建立了前置灯泡和后置灯泡贯流泵装置几何型体数学模型;分别对两种装置内部的流动进行三维湍流数值模拟,得到了前置灯泡和后置灯泡贯流泵装置的内、外水力特性;讨论了两种灯泡贯流泵装置进、出水流态的主要特征。计算结果表明:采用数值计算的方法研究灯泡贯流泵装置内部的三维流动及贯流泵装置的水力性能是可行的;淮阴三站前置灯泡和后置灯泡贯流泵装置初步设计方案的能量性能尚不能满足南水北调工程的要求,需通过进一步的优化计算,争取实现可能的最高装置效率。

灯泡贯流式水轮发电机通风系统及定子温度场

为研究电机定子温度场与通风系统流场间的耦合问题,建立了700kW灯泡贯流式水轮发电机的通风系统流场及定子温度场的三维有限元模型,依据流体力学和热传导理论,采用有限元分析方法,分析了通风系统的流场,基于通风系统压降和流体流速的分布,进而得到各表面的散热系数,结合电机定子各部分损耗热源的计算,分析了发电机的定子温度场分布,并进而考虑了定子外壳防水蚀的不同设计方案对定子温度场的影响。结果表明:在满足风机流量下的电机通风压降计算结果与实际运行时的实测数据基本吻合;定子温度在其设计的绝缘容许温度范围内,并有足够裕度,且宜选择定子支架外表面涂防蚀漆的防水蚀方案。

灯泡体支撑件对贯流泵水力性能的影响

灯泡体支撑件(包括进人孔和底部支承)是贯流泵装置内部重要的过流部件,本文采用CFD方法对贯流泵装置内部流场进行数值模拟,对不同支撑件形状进行了比较分析和优化,并与试验结果比较。结果表明,进人孔和底部支承的形状对泵装置的水力损失和水流流态的影响都比较明显,合理的支撑件形状可以改善流态、减少水流环量,提高泵装置效率。