长短叶片转轮动静干涉引起的水力激振模态数值分析

本文以5个长叶片和5个短叶片转轮(活动导叶数为16)为例,通过数值计算,分析了长短叶片转轮的动静干涉引起的水力激振模态问题。结果表明,长短叶片转轮动静干涉引起的水力激振模态比较复杂。在无叶区,水力激振模态“节径”数为相应倍频数,如5倍转频对应5“节径”等;在双叶栅区,激振力模态既有长(短)叶片数的特征(如15倍转频的模态的节径数为1),又有叶片总数的特征(如20倍转频的节径数为4,且模态旋转方向与转轮旋转方向相同)。本文的研究为长短叶片转轮的水泵水轮机的结构避振提供了新的方向。

基于CFD的水泵水轮机水泵工况驼峰性能评判研究

以两个水泵水轮机模型转轮为研究对象,联合分析了单流道计算结果与模型试验结果,形成了不同转轮方案“驼峰”性能比较的CFD评判方法,对水力设计时“驼峰”性能的优化提供了理论指导,同时对转轮和活动导叶在压力系数“转折点”和“驼峰”谷点工况下进行了内部流态分析,对“驼峰”现象的产生原因有了更加深入的了解。结果表明:转轮对比时,压力系数“转折点”流量系数越小,模型试验得到的“驼峰”谷点流量系数越小,压力系数越高,“驼峰”裕度越大;活动导叶近顶盖区域的不稳定流动是单流道计算时压力系数曲线出现“转折点”的主要原因;转轮内部分流体从低压边近上冠侧向高压边近下环侧的流动导致活动导叶近底环区域产生复杂的紊流,严重堵塞了流道,导叶的过流能力下降,是水泵工况出现“驼峰”现象的内因。

基于CFD混流式水轮机上冠转轮泵结构优化研究

为研究中高水头混流式水轮机上冠转轮泵工作特性及优化可行性,以红山嘴一级电站3号水轮机为例,建立现转轮泵及11种结构优化模型,利用CFD商业软件,基于SST湍流模型对不同结构转轮泵在9种流量工况下展开数值模拟。将上冠流道泄漏水流动特性、主轴密封真空度及转轮泵效率作为研究指标,结果表明:上冠流道泄漏水流动特性依赖于转轮泵的结构类型;减小转轮泵“泵盖高度比”或斜置动泵叶对提高主轴密封真空度均有显著效果(最佳结构可提高66.9%),同时须兼顾其工作效率;额定工况下,转轮泵工作效率较低,建议转轮上冠开设合适的泄水孔补给流量提高其效率;该电站可将泵叶斜置45°、泵盖高度比Hp=0.0543的转轮泵作为最佳改进方案。

某水电厂机组推力轴承外循环油系统改进

某水电厂原机组推力瓦采用镜板泵外循环方式,但冷却效果不好。经分析确定改为外加泵外循环冷却系统,并根据机组实际情况,完善推力外循环油泵控制逻辑,同时确定泵组采用6主1备运行方式。经过改造后,机组满负荷运行时,推力瓦温冷却效果提升明显,达到了改善推力瓦冷却效果的目的。

高水头抽水蓄能机组减振降噪评估及工程实践

振动和噪声超标问题在高水头抽水蓄能机组较为常见,其产生原因与无叶区压力脉动相关。因此,抽水蓄能电站减振降噪的有效措施之一是降低无叶区压力脉动。本文开展真机尺度三维非定常可压缩数值计算,预测转轮修型对无叶区压力脉动的降低程度,进而评估转轮修型的减振降噪效果。计算结果显示,修型方案能够有效降低无叶区压力脉动混频幅以及18倍转频幅值,对改善机组振动和噪声问题非常有效。现场实测数据显示,改造后无叶区压力脉动降低程度与数值预测结果非常接近,机组顶盖振动和水车室噪声也得到了明显的改善。

某大型抽水蓄能电站水泵水轮机转轮强度及模态分析

抽水蓄能电站中由于机组工况转换频繁、正反转运行,因此对于水泵水轮机转轮结构强度及性能具有较常规机组更高的要求。本文以国内某大型抽水蓄能电站转轮为研究对象,建立了水轮机全流道三维模型,并基于ANSYS Workbench平台对不同工况下的水泵水轮机转轮进行了单向流固耦合计算,得到水轮机工况及水泵工况下转轮的静应力分布及分布情况,并展开两种运行工况下转轮的模态分析。计算结果表明:机组在相同水头的水轮机工况下运行时,随着导叶开度的增大,转轮的最大静应力及位移均呈现减小趋势;但水轮机工况与水泵工况下,叶片的最大静应力普遍发生于叶片外缘,可采取适当加厚、检查圆滑过渡等措施予以预防和避免应力集中。通过模态分析,发现转轮流固耦合第一阶振动固有频率与导叶出口的不均匀流脉动频率接近,需调整转轮固有频率以避免共振现象的发生。

水布垭电厂机组推力轴承冷却方式改造

介绍了水布垭电厂水轮发电机组镜板泵效率低,推力瓦温较高的问题,分析其原因,研究取消原镜板泵循环结构,采用外加油泵外循环系统。更换新集油槽,增加梳齿密封隔油板,根据进出油管路配置下机架及推力油槽,每台油冷却器支路设置一组互为备用的电动油泵、压力开关、流量开关、阀门、管路及附件等,并优化布置,确保各管路部件的可靠连接,且便于检修维护。3台机组的推力瓦温得到了有效降低,表明改造措施有效。

水泵转轮室制造技术研究

针对不同结构型式的水泵转轮室,研究确定设计和制造方案,重点阐述制造过程控制要点,并对比分析优缺点,列出成功应用案例,满足不同客户的使用需求。

某300 MW抽水蓄能机组双机甩负荷过渡过程试验

以某300 MW抽水蓄能机组为例,开展一管双机机组水轮机工况甩负荷典型大波动过渡过程试验,验证一管双机甩负荷机组最大转速、蜗壳最大水压及尾水进口真空度等关键指标均满足设计要求。此机组是国内首次采用13叶片转轮与333.3转/min转速组合,将13叶片转轮机组的过渡过程中实测数据与仿真计算结果进行对比分析,为后续抽蓄机组采用13叶片及333.3转/min转速组合的优化设计和推动叶片优化设计的基础理论研究提供参考。

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。

水泵水轮机泵工况转轮流场分析

基于三维定常N-S方程和标准k-ε湍流模型,采用贴体坐标、结构化网格和基于有限体上的有限元法,对400m水头水泵水轮机模型转轮泵工况进行内部流场模拟,通过转轮内部有限体上的速度、压力积分求解转轮扬程、净正吸出高度和效率,从而预测转轮泵工况的能量、扬程及空化性能,并对转轮的内部流速分布、涡分布和叶片压力分布进行了分析研究。

水电机组推力轴承镜板泵及油循环冷却系统的水力优化设计

针对水电机组推力轴承镜板泵流体动力设计过程中孔的布置形式以及集油槽的断面形状、面积和出口管路直径等几何参数优化问题,提出适合镜板泵流道设计的镜板泵性能预测及优化设计方法。通过不同几何参数组合,采用基于多工况数值模拟的性能预测方法来分析镜板泵的主要过流部件的关键尺寸、形状等对其性能的影响,并在此基础上提出一种基于整个循环系统协同的镜板泵水力优化设计方法,可提高自循环系统设计中流体动力系统的性能及可靠性。对比试验表明,在原试验循环系统参数不变的条件下,某大型水电机组推力轴承镜板泵在优化设计后平均扬程提高4 m,平均效率提高5.5%,且H-Q曲线能更好保证变工况运行时系统的稳定性。

混流可逆式转轮轴向水推力研究

可逆式转轮 (低比速混流式转轮 )在运行中受到的轴向水推力影响到机组的轴向位置稳定性、直接影响机组的安全运行 ,这是可逆式机组在运行中至今未被引起重视的问题。本文结合天荒坪可逆式转轮运用理论分析与计算以及现场测量的方法研究了影响轴向水推力的一些因素。

高水头水泵水轮机转轮的抗振防裂纹设计

流体激发转轮振动是目前高水头水泵水轮机稳定运行的关键问题之一。转轮的振动问题主要是由于活动导叶和转轮叶片之间形成的无叶区内不稳定流体相互作用所引发的水力激振在转轮上的力学响应。通过对叶栅干扰的产生机理分析,揭示了这种水力激振力的频率和振型决定于不同活动导叶数和转轮叶片数形成的叶栅组合方式,当转轮在水下的固有频率以及与之相对应的同相振型或反相振型同水力激振力发生耦合时,将会诱发转轮共振,并造成疲劳破坏。结果表明,选择最佳的叶栅组合可以最大限度地降低转轮发生共振的可能性,采用有限元法开展转轮结构的水下振动特性分析和控制局部高应力水平,以及保证良好的制造质量,可以有效提高转轮的抗振防裂纹能力。

集油槽喉部面积对镜板泵性能影响

为研究集油槽喉部面积对镜板泵性能影响,采用ANSYS CFX软件,在某镜板泵模型的集油槽基础上重新设计了3个不同喉部面积的集油槽,并与同一镜板组合进行三维数值模拟。对镜板泵外特性、集油槽内能量损失及速度分布进行对比分析。结果表明:喉部面积变化对镜板泵轴功率曲线影响很小,对扬程和效率曲线影响较大,且同时引起集油槽内能量损失大幅变化。最后提出了使镜板泵性能最优的建议。

混流可逆式转轮密封装置的泄漏量及其对机组运行的影响

可逆式转轮 (低比速混流式转轮 )转轮密封装置的泄漏量对转轮受到的轴向水推力有很大的影响 ,本文以天荒坪转轮为例 ,探讨了泄漏量的计算方法、影响泄漏量的因素及其对机组运行的影响。

水泵水轮机转轮区域脉动特性分析

为了揭示水泵水轮机转轮区域压力脉动特性,选取模型水泵水轮机为对象.基于Realizable k-ε湍流模型,对模型水泵水轮机不同运行工况进行三维非定常数值计算,研究水泵水轮机在不同水头下带部分负荷时转轮区域的脉动特性.研究结果表明:30%负荷情况下,随着水头的增加,转轮区压力脉动逐渐剧烈;在1个周期内,转轮上冠的压力脉动在时域特性上呈现周期性变化,而转轮出口轴线和与尾水管交界面处压力脉动在时域上相对紊乱;转轮上冠处压力脉动从进口边到出口边逐渐增大,其主频都为叶频,转轮出口边轴线上压力脉动都属于低频脉动,沿着负Z轴方向压力脉动幅值逐渐减小,转轮与尾水管交界面上压力脉动主频随着水头的增加逐渐减小,幅值的变化规律却相反.

水泵水轮机转轮内水泵工况紊流分析

本文基于 N - S方程和 K—ε紊流模型 ,对于所选择的五个工况点 ,采用贴体座标系和交错网格系统 ,用 SIMPL EC算法对水泵水轮机转轮内部的紊流进行数值模拟 ,得出了转轮内部流场和压力场的分布。将计算结果用 Tecplot7进行处理 。

水泵水轮机转轮内部三维紊流流场计算与性能分析

水泵水轮机转轮可以在正反两个方向上旋转，用一个转轮分别实现水泵和水轮机工况的运行．在设计阶段提前预知转轮在两种工况下的流场以及能量特性对于提高水泵水轮机的设计水平和运行质量具有重要的意义．本文基于三维 Navier-Stokes 方程和标准 k-ε模型，采用贴体坐标和交错网格系统，用 SIMPLEC 算法分析了水泵水轮机转轮中的三维紊流流场． 对比了转轮在水轮机和水泵两种工况下的流场，同时讨论了转轮的能量特性．

蓄能机组推力轴承镜板泵调试与性能测试

针对某抽水蓄能电站首台机组调试阶段机组推力轴承镜板泵不能建压的问题,分析了可能产生的原因。在此基础上,测量了开机过程和额定转速情况下镜板泵流量和出口压力,分别采用短时傅里叶变换和傅里叶变换对压力信号进行分析,指出不同工况下镜板泵出口压力脉动的主频主要表现为泵孔通过频率,且镜板泵在中高转速下存在压力和流量不稳定区,应引起足够注意。