关于混流式水轮机高负荷区压力脉动陡增问题解决方法的研究

近几年陆续出现一些大容量混流式水轮机存在高负荷区压力脉动陡增问题,引发机组顶盖振动超标,出力无法达到设计值,严重影响水电站安全生产和经济运行。本文分析了高负荷区压力脉动陡增原因,提出了解决办法,通过CFD计算和转轮模型试验验证,转轮出口叶片修型能改善水轮机高负荷区压力脉动,该方法在糯扎渡电站真机上实施后,高负荷区尾水进口压力脉动和顶盖垂直振动明显降低,为解决混流式水轮机高负荷区压力脉动陡增问题提供了参考。

500MW冲击式水轮机关键技术研究

西藏扎拉水电站需装设2台500 MW冲击式水轮发电机组,是目前全球在建单机容量最大的冲击式水轮发电机组。为提升大型冲击式水轮机制造水平,基于试验和数值模拟分析总结了扎拉电站水轮机在高效率转轮模型水力开发、重大不锈钢转轮锻件制造、大型冲击式转轮制造等方面存在的技术难点。结果表明:(1)在高效率转轮模型水力开发方面,可采用定常的气液两相流CFD分析配水环管、喷嘴,采用非定常两相流CFD分析转轮;扎拉水电站水轮机转轮内部流动均匀合理,整体具有良好的水力性能。(2)在重、大不锈钢转轮锻件制造方面,关键技术主要在于钢材冶炼、锻造和热处理这3个过程中材料化学成分的优化、锻件锻造载荷和锻造温度控制及热处理工艺;扎拉水电站水轮机的重、大转轮轮毂不锈钢锻件的质量可行。(3)在大型冲击式转轮制造方面,扎拉水电站水轮机转轮采用锻焊结构,合理选择了水斗和轮毂的分瓣位置及焊接工艺,实现了转轮焊接接头疲劳寿命与水斗根部的疲劳寿命等同。

基于PRO/E的混流式水轮机转轮三维实体建模

混流式水轮机因其叶片为空间扭曲形态,三维实体建模较为困难,利用PRO/E与AutoCAD相结合,以Auto CAD中的叶片平面木模图为基础,利用PRO/E建模软件中的三维功能,采用导入点数据文件形成叶片各横截面,面实体化形成叶片三维体的方法建出叶片实体。通过使用PRO/E中旋转切割功能对进水边、出水边、上冠及下环各部位进行曲面光滑处理,构建出更加满足水力要求的转轮三维空间型面,从而可准确得到由平面图到三维体所表达的转轮实体。

Observation and characterization of flow in critical sections of a horizontal pressurized gating system using water models

This work is concerned with the hydraulics and f low characterization in a pressurized,horizontal gating system with multiple ingates attached to a plate mold,using transparent water models.Runners with two different aspect ratios(w/h=0.5 and 2)and four different types of ingates(rectangular,convergent,divergent and venturi)were examined for their influence on flow behavior.Flow behavior was visualized using a high speed camera capable of capturing images up to 10,000 frames per second.Real time experimentation with a few runner–ingate combinations were carried out to validate the usefulness of water models in predicting the f illing behavior.Comparison of the approaches provided useful insights into the filling behavior in critical sections of the flow passages as well as the utility of water models towards understanding of the f illing behavior during real time casting.

汽车尾门左右窗框饰板气辅注塑模具设计

根据汽车尾门左右窗框饰板结构特点和成型要求,设计了一副“一模两腔”带有顺序阀控制的热流道气辅注塑模具。浇注系统设计后,通过CAE模流分析对浇注系统合理性进行了验证并对成型过程中可能出现的问题进行了预测。塑件侧向区域的侧向孔、倒扣、加强筋、内表面的倒扣以及尾部的内凹特征造成脱模较为困难,所以针对侧向区域的4处侧孔和1处倒扣特征分别设计了“斜导柱+滑块”的脱模机构;针对侧向加强筋特征,设计了“液压油缸+大滑块”的脱模机构;针对尾部内凹特征,设计了“斜导柱+滑块”的脱模机构;同时针对内表面4处倒扣特征,设计了“斜顶块+斜顶杆”的脱模机构;顶出系统则是采用顶出油缸提供脱模力,带动“顶针+直顶杆+直顶块”组合参与顶出。经过实际生产验证表明:该模具结构设计合理,工作过程稳定可靠,生产出的产品满足设计要求。

发射轨道冷却流道设计与仿真研究

该文围绕大能量武器系统连续发射的热管理需求,开展轨道内部流道的优化设计研究。该文基于结构拓扑优化方法,以最小化轨道膛内表面温度为优化目标,同时约束轨道在发射力作用下的应力与形变,构建冷却流道的拓扑优化数学模型。以典型发射结构为研究对象开展流道拓扑优化设计,优化冷却流道呈椭圆形截面,并集中分布在轨道膛内表面和底面附近。与具有常规圆柱形流道的基准轨道相比,在保持轨道形变和应力基本一致的情况下,优化轨道的截面最高温度降低13%、截面平均温度降低9%,验证该文提出的武器系统轨道冷却流道拓扑优化设计方法的正确性和有效性。

PS水电站机组水轮机技改方案水力性能对比

PS水电站为低水头大容量水电站,具有河道窄、下泄流量大、下游水位变幅大等特点,因此存在电站汛期弃水量大、受阻电量大、机组稳定运行区窄、部分负荷压力脉动大等问题。为解决这些问题,本文对电站的转轮进行优化设计。CFD计算和模型试验结果表明,优化转轮对解决这些问题非常有效。

基于MVBA的水轮机转轮等部件参数化建模方法

为解决水利水电工程水力机械专业设备在设备细节信息不全、建模操作复杂、灵活度不足等情况下的三维信息化建模难题,基于MVBA语言,进行了Bentley通用软件平台参数化建模二次开发工作。运用插件程序融合水力过流部件设计理论、已有部件实例类比等方法,实现了抽水蓄能机组、常规混流机组转轮、蜗壳、尾水管、座环及活动导叶部件的参数化一体建模功能。工程设计实例中已应用该插件完成水轮机部件建模工作,成果模型可满足精度和信息完备性要求,大大提高了建模高效性和修改便利性。

LNG接收站海水取水工艺系统设计要点探讨

以某LNG接收站海水取水工程为例,对LNG接收站海水取水工程工艺系统设计要点进行了分析,从取水头部、海水取水泵布置方案比选、流道物理模型试验验证三方面进行了探讨,提出了取水头部的海水进口流速、取水水位等主要参数选取方式,通过大小泵搭配方案与全小泵方案进行比选,确定了大小泵搭配方案作为海水取水泵布置的推荐方案,并通过流道物理模型试验对推荐方案进行了验证,最终形成了合理的设计方案,为其他类似工程的设计提供了参考。

混流式转轮三维湍流流动计算方法

本文研究了基于κε模型的全三维湍流计算技术在水轮机转轮流动计算中的应用方法． 文中给出了以求和下标表示的在贴体坐标下的湍流基本方程组， 介绍了计算中计算体、初边值的给定方法． 最后， 介绍了应用该程序对某电站水轮机所作优化后的主要流动计算结果显示．

混流式水轮机主轴中心孔补水对尾水管性能的影响

混流式水轮机在低负荷工况下运行时,尾水管内出现旋转的偏心涡带,会引起强烈的压力脉动和振动,严重威胁厂房的安全。为了使机组稳定运行,该文提出了一种通过从上冠泄水锥引入高压补水的方法来降低尾水管的不稳定性。该文首先采用商业软件CFX16.0,对某电站混流式水轮机在低负荷工况下进行了可靠而准确的全三维非定常数值模拟,结果表明在该工况下尾水管内部存在明显的偏心涡带,并伴随着振幅较大的压力脉动,这与试验结果相吻合。其次,对该工况下不同补水流量进行了数值模拟计算,研究表明:尾水管内补高压水可以有效降低尾水管内部的流动损失,且随着补水量的增加而越小,但过大的补水量会引起叶片正背面压力的降低,影响水轮机的空化性能,故补水量的大小必须综合考虑;主轴中心孔高压补水可以增加转轮出口的轴向速度,从而改变涡带内速度场的分布,可有效消除回流现象,当补水流量过小时,抑制回流作用不明显;当补水量为进口流量1%时,尾水管内部压力脉动振幅变化不大,改善效果不明显;当补水量为进口流量3%时,尾水管内部涡带由双螺旋变成单螺旋,锥管段压力脉动振幅不减反增,不稳定性有所加剧;当补水量为进口流量5%时,尾水管内部压力脉动振幅从18.4%降低至1.63%,同时改变了压力脉动的主频,使其远离转轮主频,避免发生共振,提高了机组的稳定性。

水轮机叶片测绘数据的三维CAD绘型

介绍了一种在三维参数化CAD软件(UGS NX)中用水轮机叶片测绘数据进行三维绘型的逆向工程方法。叶片建模的基本数据来自实物叶片的测绘资料,包括样板曲线和叶片表面上不规则的测绘点群。建模的程序包括:测绘数据导入,创建叶片轮廓曲线,用三维数据创建叶片轴面型线,创建叶片网格曲线,创建叶片头部曲面,创建叶片表面曲面,创建叶片实体等。

热流道注射模充模力的计算

在热流道注射模中 ,根据塑件形状不同 ,分析了熔体在等温流动和非等温流动时 ,流经不同位置时的压力损失 。

公伯峡电站水轮机水力性能研究

本文详细介绍了公伯峡电站水轮机的水力设计方法及试验结果。

模型转轮流态观察成像系统研制及应用

本文详细介绍了模型转轮流态观察成像系统的制作原理，分析并举例说明了该系统在试验研究及转轮设计等方面的作用。

基于CFD的混流式水轮机减压管数值分析

水轮机中的减压管对于水力发电机组稳定性的影响,已经引起了研究人员和运行人员的普遍关注。基于计算流体动力学软件CFX,采用N-S方程和RNG k-ε湍流模型,通过对某电站原型水轮机进行三维定常全流道数值计算,分析了含减压管和转轮上冠密封间隙的混流式水轮机三维全流道数值模拟的建模过程,以及减压管对转轮上冠密封间隙流场的影响,并且分析了转轮上冠密封间隙和减压管内部流动的特性。

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。

1000MW水轮机模型转轮叶片应力场测试技术研究

本文研究的主要内容是使用最佳的信号处理系统、数据采集系统、遥感数据发射和接收系统、感应供电系统以及数据处理系统,监测水轮机模型转轮叶片表面应力场变化。模型试验在不同单位转速、导叶开口、试验水头等工况条件下进行,得到了模型转轮叶片应力随着测点位置、导叶开度、试验水头的变化规律。一方面可以在数据趋势上验证理论分析正确性;另一方面可以对叶片表面应力有定量的认识。基于水轮机模型转轮叶片应力场的试验结果,可以建立研究叶片裂纹产生原理和边界条件的理论模型,进而对叶片裂纹产生的理论模型和计算机仿真结果进行修正和验证,为1000MW水轮机稳定性设计提供理论依据和试验依据。

基于PRO/E的水力透平转轮实体建模的新方法

利用水力机械二元理论方法设计出一种低比转速混流式水力透平.鉴于采用其他三维造型方法给超低比转速混流式水力透平复杂的转轮叶片三维造型带来的较大误差,基于PRO/E 4.0的曲面处理能力,从叶片木模图提供的数据资料出发,将水平截面图中截线的前缘点与部分后缘点往外移动,采用读入点数据文件的方法建立叶片型面的空间样条曲线模型.为了实现实体模型的精确性,采用合并曲面的方法对叶片上冠、下环及进水边进行修型,构建出更精准的叶片空间型面,克服了以往利用木模图的二维线条直接生成转轮叶片而出现的不正常凹凸现象.利用该几何建模方法可以更进一步提高转轮内部流场数值计算、性能预测以及数控加工的准确性.

岩滩电站水轮机更换转轮模型研究

本文详细介绍了哈尔滨大电机研究所开发的替代岩滩电站A296转轮的新产品A773a转轮。介绍了A773a转轮的设计思想及其与A296转轮模型同台对比试验结果。