喷针开度对冲击式水轮机转轮水力性能影响研究

冲击式水轮机是一种适用于中高水头段水力资源开发的流体机械,在我国西南地区高水头水力资源的开发中有着广阔的应用前景。本文以西藏紫霞水电站冲击式水轮机模型机转轮为研究对象,在5个不同的喷针开度下分别进行了转轮内部三维非定常多相流动数值模拟,分析了喷针开度对转轮水力性能与内部流动特性的的影响。预测结果显示转轮水力效率随开度上升而先上升后下降,在设计开度下水力效率最优。在0.75~1.60倍设计流量区间中,转轮水力效率的变化幅度小于1%。根据3个典型开度下转轮水斗内部非定常流动过程的对比分析,发现大开度工况时,水斗缺口处会发生水膜流的漏流现象,喷针开度越大时的泄漏量也越大,从水斗缺口处的漏流现象是其水力损失加剧的主要流动原因。研究为紫霞水电站230 MW大型冲击式水轮转轮水斗的水力优化设计提供了重要参考。

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。

大型冲击式转轮机器人电弧增材制造技术应用研究

随着冲击式机组容量参数越来越大,机组核心部件转轮的尺寸不断增大,受制于锻件厂家设备制造能力和性能保障工艺,厚大马氏体不锈钢锻件质量风险巨大,成为大型冲击式机组能否研制成功的关键因素。而外部水斗结构复杂,锻件加工时材料利用率低,制造成本高,人工焊接时气孔、夹渣等缺陷不易控制,焊接质量风险大。本文通过基于电弧增材制造工艺结构设计、机器人电弧增材制造系统集成及工艺研究,开发出了一套适用于大型冲击式转轮制造的增材工艺,并成功应用于冲击式转轮的制造,大幅压缩了中心体锻件的规格,释放了厚大马氏体不锈钢锻件的制造风险,提高了外部水斗的材料利用率和焊接质量。

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。

500MW冲击式水轮发电机组设计制造可行性研究

500 MW冲击式水轮发电机组超出了国内外现有冲击式机组单机容量应用实例范围,其核心部件的设计制造难度较大,为了研究其设计制造可行性,利用统计分析、数值模拟计算、模型试验等方法,对机组设计、水轮机核心部件制造、发电机高海拔防电晕结构等方面进行创新研究。研究结果表明:扎拉水电站500 MW冲击式机组的设计制造不存在制约性因素,可立足于国内自主完成。研究成果可为增强中国水电行业装备制造能力以及高水头水电站开发提供参考。

以礼河配水环管整体结构

介绍了以礼河四级电站复建工程冲击式水轮机配水环管的结构形式以及主要计算。配水环管是冲击式水轮机的重要引水部件,结构需满足水力性能要求,也要有足够的刚强度,以确保机组的长期安全运行。对水轮机配水环管整体设计进行了说明,并对配水环管做刚强度计算,通过ANSYS有限元分析得到计算结果。配水环管混凝土浇筑方式采取保压浇筑方式,对机组稳定性具有重大意义。

喷嘴射流径向偏移斗叶对冲击式水轮机稳定性的影响

针对冲击式水轮机在实际安装和检修过程中,常出现喷嘴射流中心线偏移转轮斗叶节圆的问题,采用VOF多相流模型和SST k-ω湍流模型,对国电大渡河吉牛水电站冲击式水轮机斗叶内部压力脉动及转轮受力进行了数值模拟,并对射流偏移前后水轮机振摆和效率进行了实测,分析了喷嘴射流中心线径向偏移斗叶节圆对冲击式水轮机稳定性的影响.数据模拟时,水轮机设定3种运行工况:喷嘴射流中心线向转轮斗叶外缘方向偏移、向转轮中心方向偏移,以及无偏移.结果表明射流发生径向偏移后,水轮机轴向力和压力脉动显著增大,而径向力和效率均减小,并且向斗叶外缘方向偏移的压力脉动均大于向转轮中心方向偏移的,更大于无偏移工况的.根据数值模拟结果可得,轴向力最大时达到无偏移工况时的2.27倍;实测结果为向斗叶外缘方向偏移后的轴向振动较无偏移工况的高达3.40倍、径向摆度达到1.30倍.

以礼河冲击式水轮机整体结构介绍

以礼河四级电站复建工程总装机容量130MW(32.5MW×4台)立轴冲击式水轮机组,型号CJA1581-L-185/4×15.4。电站额定水头517.5 m,最大水头542.7 m,水斗式水轮机转轮直径D1为1.85 m,水斗数量Z=21个,额定流量为7.23 m3/s,额定转速为500 r/min,飞逸转速为900 r/min,机组旋转方向为俯视逆时针。机组由哈尔滨电机厂有限责任公司制造,首台机组于2022年12月20日投产发电。

冲击式水轮机直流喷管安装实践与分析

冲击式水轮机是借助于特殊的导水机构引出具有动能的自由射流,冲击转轮水斗,使转轮旋转做功,从而完成将水能转换成机械能的一种水力原动机。直流喷管安装质量对机组运行的稳定性和安全性至关重要。以礼河四级电站复建工程为例,阐述冲击式水轮机直流喷管安装调整工艺及质量控制要点。

500MW级冲击式水轮机设计制造可行性研究

针对适用于西藏地区高水头条件的大型冲击式水电机组,从服务国家战略考虑,大唐集团开展某水电站单机容量从250MW优化到500MW级冲击式机组的科研攻坚。通过组织国内相关单位进行科技创新攻坚,从水轮机水力设计、不锈钢转轮锻件制造、转轮锻焊工艺等方面探索500MW级冲击式水轮机设计制造可行性,对于推动制造业的科技创新,突破技术短板,实现产业链整体升级具有重要作用。

冲击式水轮发电机转轮设计制造现状和发展趋势

转轮设计制造技术是冲击式水轮发电机的关键技术之一。从转轮设计、加工工艺、装配三方面介绍了冲击式水轮发电机转轮设计制造技术现状,指出了存在的不足。概述了冲击式水轮机转轮设计制造的技术难点和发展趋势。

水斗式水轮机转轮设计

本文论述水斗式水轮机的设计,特别论述水斗式水轮机转轮及其水斗的设计,详细解析其设计理论、设计原则及设计方法。

冲击式水轮机转轮空蚀与疲劳断裂

对冲击式转轮的主要失效方式———空蚀和疲劳破坏进行研究 ,总结了冲击式转轮空蚀和疲劳破坏的特点原理 ,分析了设计、材料、工艺、检查和运行工况等因素与空蚀和疲劳破坏的关系 ,并提出了改进和预防措施。

冲击式转轮整体数控加工的计算机仿真

以某型冲击式水轮机转轮为例,针对其结构特点和加工要求,利用UG软件的CAD/CAM功能,首先对转轮进行三维造型,然后合理地选择刀具、切削参数、进退刀方式等,对转轮进行仿真加工,并自动生成数控加工走刀路线,经后置处理生成数控加工程序。该方法较好地解决了人工编程的不足,为转轮的实际加工提供参考。

水斗式水轮机模型转轮喷管位置测量方法研究

为解决水斗式水轮机模型转轮、喷管空间位置测量不准确问题,分析了水斗式水轮机工作原理,提出了一种基于水斗式水轮机射流原理的测量方法。即利用百分表读取位置偏差,通过计算求得转轮、喷管相对空间位置。试验结果表明,采用该方法测量转轮和喷管空间位置重复性好,不因操作人员技术水平而产生差异;测量精度高,完全满足水轮机模型验收试验标准要求;同时该方法也为转轮、喷管位置调整提供依据,为机组稳定运行奠定基础。

中小型水电站水轮机选型设计评述

我国通过"引进技术、国产化",并自主开发研制出一批优秀水轮机设备,不断丰富和补充了水轮机转轮型谱系列。各设计院在水轮机选型设计中,都在尽力选用较为优秀的转轮。对推荐方案合理的中小型水电站水轮机选型设计进行了评述,也对几例水轮机选型设计成果作了分析,提出了建议。

冲击式水轮发电机转轮的铸造工艺设计

结合钢的流动特点和凝固特性，综合考虑充型过程及补缩效果，通过局部锆砂实现铸件的顺序凝固，设计旋转对开式芯盒成形形状比较复杂的水斗砂芯，利用三维建模软件及有限元分析对转轮进行了结构分析及优化，利用计算机模拟软件对铸件工艺参数进行了设计和优化。针对模拟后铸件可能出现的缺陷，提出了相应的改进措施。优化了浇注系统，合理设计冷铁和冒口，并确定了合理的铸造工艺参数范围，实现了转轮砂型铸造的成形方法。

大中型水斗式水轮机的关键技术

水斗式水轮发电机组是开发高水头水力资源的理想机组,对环境影响较小,机组功率调节范围宽广,与风、光互补性强,机组在部分负荷运行的效率高且稳定性远优于其他任何水电机组。以往因我国缺乏对大中型水斗式水轮发电机组的需求,我国企业在大中型水斗式水轮机研制方面投入不足,研制技术落后国外先进厂家。随着我国水电资源开发向西南高水头地区扩展,大中型水斗式水轮机将迎来较大的应用空间。本文对大中型水斗式水轮机国内外应用现状、研制参数选择、转轮水力设计、配水环管设计、抗磨蚀技术、转轮制造工艺等进行了综述,指出了大中型水斗式水轮机研制需要突破的难题并提出了相关的建议。

整锻冲击式转轮整体数控加工工艺研究

通过冲击式水轮发电机组转轮的制造历程的回顾,对整锻冲击式转轮的整体数控加工的难点、加工工艺流程、加工方法、数控编程方式方法等进行了分析,得出:通过合理的工艺流程和加工方法,实现整锻冲击式转轮的整体数控加工,提高了水斗型线的准确性、光顺性及其水力性能,延长了转轮的使用寿命。

液压提升器在大型冲击式水轮机转轮安装中的应用

转轮是冲击式水轮机实现水能转换的核心部件,其性能对水轮机起着决定性的作用,其运行状态直接影响到水轮机的效率、寿命和机组的安全稳定运行。由于转轮的几何形状复杂,在转轮的安装过程中吊装难度较大。采用液压提升器对某水电站转轮进行吊装、提升就位等更换安装工作。结果表明,该方法使用方便,加快了转轮更换安装速度,降低了转轮安装过程中的安全隐患。