高寒大温差地区大型混流式水轮机转轮现场制作工艺研究

巴塘水电站作为金沙江上游高海拔地区的重要梯级电站,面临大型设备运输困难,各部件组装过程中加工工艺受限等问题。国内首次在厂房附近进行高寒大温差地区现场制造组装大型混流式水轮机转轮,并实现两台机组转轮静平衡试验零配重。笔者详细介绍了大型混流式水轮机转轮的现场组焊、加工、热处理、静平衡等及各工艺流程的质量控制,为后续高寒大温差地区电站的转轮组装工艺提供参考经验。

冷却塔中新型混流式水轮机设计

通过数值模拟和试验两种方法,开发出一种新型高比转速混流式水轮机,配备相应变比的减速器,代替冷却塔中的风扇电动机,以达到节能的目的.根据冷却塔水轮机工作环境的特点,为尽量减小水轮机尺寸,在结构设计方面提出了金属梯形蜗壳和单列环形导叶.通过数值模拟,分析了不同的导叶形式、转速、叶片安放角对水轮机性能的影响.通过对比,选取负曲度导叶形式,选择最优单位转速及叶片安放角,确定最优性能的水轮机数模方案.通过物模试验证明所开发的高比转速混流式节能水轮机尺寸能够满足冷却塔要求,其效率高,性能稳定,可以在有条件的地方推广应用.

基于样本熵的高水头混流式水轮机稳定性分析

机组的压力脉动是表征水轮机稳定性的主要参数之一,但仅基于压力脉动幅值判定水轮机的稳定性存在一定的局限性。采用多通道压力脉动同步采集系统同步采集某高水头混流式水轮机部分负荷下多部位压力脉动数据,然后综合互相关分析和互补集合经验模态分解(CEEMD)方法提取各压力脉动信号的主分量,对各压力脉动信号的主分量数据进行样本熵计算,获得不同测点在运行范围内的样本熵分布规律。结果表明:在部分负荷下,尾水管内部的空腔涡带仍然是影响高水头混流式水轮机稳定性的主要因素;可根据水轮机各部位压力脉动信号主分量的频率信息推断水轮机内部水力不稳定源的类型;关键测点处压力脉动幅值分布规律与样本熵分布规律的对比表明,压力脉动信号主分量的样本熵变化趋势能够反映水轮机内部流动状态的变化趋势。

高水头混流式水轮机导叶位置关系对水力性能的影响

本文介绍了在一个高水头混流式水轮机项目转轮设计过程中由于增加了圆筒阀,而缩小了导叶分布圆,引起模型效率明显下降的问题。通过CFD数值模拟技术对混流式水轮机进行分析,找到问题根源,采取对应措施进行解决。并且通过模型试验进行了验证。

高水头混流式水轮机内部固液两相流数值分析

针对泥沙直径对混流式水轮机蜗壳和导水机构内部流场产生影响的问题进行了初步研究,采用固液两相流模型对某电站的高水头混流式水轮机进行了全流道数值模拟,通过单一变量法来研究不同来流泥沙的直径对蜗壳和导水机构内部压力及泥沙分布产生的影响。研究结果表明:与清水相比,含沙水流会不同程度地使蜗壳和导水机构内部的水压力载荷增加,在相同工况下,蜗壳底部、蜗壳鼻端、固定导叶和活动导叶头部的泥沙浓度较大;小直径下泥沙分布均匀,随着泥沙直径的增加,泥沙浓度的梯度变大,泥沙分布更加集中,从而会使磨损加剧。该研究成果可为在含沙水流中运行的水轮机设计提供参考。

超常规水头变幅电站的水轮机选型研究

我国有大量水电站所在河流泥沙含量高,在夏季丰水期需降低水库水位作排沙运行,导致电站在丰、枯水期运行时水头变幅很大。"超常规水头变幅电站"即是指最高水头与额定水头之比超过1.4的水电站。为满足灌溉需要,部分超常规水头变幅电站水库各旬放水量极不均匀,又会导致过机流量变化也很悬殊,常规的水轮机选型原则无法满足类似电站的选型需求。通过分析新疆某超常规水头变幅电站的运行参数,划定了高、低水头段,使水轮机组分别配置相应的水轮机转轮,以实现在不同水力参数下运行时,水轮机均处于较高效率运行范围,同时提升了水轮机的运行稳定性。

高转速高水头水轮机分瓣转轮研究

以大七孔电站机组为例 ,主要介绍了国际上首次采用的高转速高水头小型混流式水轮机分瓣转轮结构的特点及所采用的制造新工艺方法 。

高水头混流式水轮机的结构及运行特性

高水头混流式水轮机具有其独特的结构及运行特性,根据多个高水头水电站采用混流式水轮机的实际设计经验,对高水头混流式水轮机的主要结构特点及运行特性进行了分析总结,并说明了带副叶片的高水头混流式水轮机的应用优势和特点。

藏木水电站高比速混流式水轮机优化设计

结合藏木水电站高比转速水轮机参数优化项目,通过CFD分析,对模型水轮机的蜗壳、尾水管、转轮等水力过流部件进行了全面优化设计。通过模型试验验证,藏木水电站水轮机水力性能研究达到了预期目标,CFD分析结果与模型试验结果基本吻合,为高比转速转轮的水力性能优化提供参考。

高水头混流式水轮机尾水管压力脉动综述

在高水头的混流式水轮机中,由工程实例的观测和研究可以得出,其运行过程中的机组不稳定性主要来源于机械内部的水力振动,而尾水管压力脉动作为水轮机水力振动的主要原因,在一定情况下会引起机械的疲劳失效。而从其内部流动机理上看,其周期性脉动特征是偏工况条件下尾水管内部的涡带振动,旋进涡核会产生高振幅低频压力脉动和高频压力脉动。本文主要介绍和讨论了国内外学者对这一领域的研究。这些研究主要包括尾水管涡带振动的机理研究,尾水管涡带振动的试验研究和数值模拟,尾水管涡带振动的结构影响,尾水管涡带振动的预防措施及对策。

负曲率导叶在高水头混流式水轮机中的应用及性能分析

负曲率导叶具有显著的水力特点和性能优势,应用于高水头混流式水轮机的水力研发,对提高水轮机的性能水平具有明显作用。通过对负曲率导叶在高水头混流式水轮机水力研发中的应用原理的论述分析,并通过锦屏二级水轮机研发项目工程应用实例,验证了负曲率导叶在提高高水头混流式水轮机水力性能上显著的技术优势,为我国未来500m左右高水头大容量混流式水轮机的研发提供借鉴。

长短叶片混流式水轮机转轮内部流场数值模拟研究

多泥沙河流运行的水轮机的泥沙磨损一般都很严重,尤其是高水头混流式水轮机。本研究对一多泥沙河流上的高水头长短叶片混流式水轮机的内部流动特性进行了数值预测。数值结果表明,小流量和设计工况下,水轮机流场及压力分布均较为平稳,泥沙浓度最高区域位于叶片头部及出口靠近下环处,泥沙速度最高区域位于长叶片背面,设计工况下转轮长短叶片表面泥沙速度明显高于小流量工况。根据转轮叶片表面的泥沙浓度分布和流动特性情况,可以进一步预测水轮机转轮叶片的磨损情况,为多泥沙河流电站水轮机泥沙磨损研究提供参考依据。

中高水头混流式水轮机组导叶轴颈密封结构优化研究

本文通过分析以往中高水头电站混流式水轮机组导叶轴颈结构,指出导叶轴颈法兰盘处绕流漏水会对机组的安全稳定运行造成不利影响,并以某水电站为例进行了导叶轴颈绕流漏水量的计算,证实了导叶轴颈法兰盘处绕流漏水量会影响机组停机后的导叶封水效果。为减小导叶轴颈绕流漏水量,提出了三种防止导叶轴颈绕流的密封结构,经综合比较各种结构的优缺点,选定其中一种结构在白鹤滩电站百万机组设计中应用。本文的研究成果可供其他中高水头电站机组设计或检修改造时参考。

混流式水轮机叶道空化涡诱发高振幅压力脉动特性

混流式水轮机部分负荷叶道空化涡不稳定特性已成为制约水电与其他可再生能源多能互补发展、扩大水轮机稳定运行范围急需研究的技术难题。该研究以HL702低水头混流式模型水轮机为研究对象,通过非稳态数值模拟技术及涡流可视化试验,对部分负荷工况下的叶道空化涡不稳定涡流演化及压力脉动特性展开研究。结果表明,叶道空化涡在水轮机转轮内为一个体积周期性变化的动态过程,其涡结构脉动主频为转轮转频的1.1倍。叶道空化涡诱发时,水轮机转轮叶片压力面和吸力面均捕捉到与涡结构频率相同的压力脉动信号。叶道空化涡体积的变化主要发生在转轮叶片背面出水边与下环交界附近,引起压力脉动幅值的局部放大。进一步分析发现,叶道空化涡发生工况下水轮机内部的瞬时压力脉动信号与空泡体积加速度成正比,表明涡流演化是引起压力脉动幅值上升的重要原因。该研究进一步阐明了部分负荷工况叶道空化涡的演化特征,揭示了涡流诱发不稳定高振幅压力脉动的内在机制。

高含沙水流混流式水轮机磨蚀的数值预测与分析

为了研究高含沙水流混流式水轮机的磨蚀规律,应用SST k-ω湍流模型和Tabakoff磨蚀模型对渭河流域魏家堡水电站水轮机内部的多相流动及其磨蚀现象进行了数值模拟,预测了易发生磨蚀的部位并分析了产生磨蚀的原因.通过与电站实际运行后的水轮机磨蚀情况对比,数值模拟结果准确地预测了磨蚀发生的部位和磨蚀程度.数值模拟结果表明:磨蚀主要发生在蜗壳的隔舌、面与面连接的不光滑区域或缝隙等不规则的边界区域以及导叶和叶片的头部端面;壁面附近的流态对磨蚀有重要影响,磨蚀破坏最严重的区域为转轮出口靠近下环的叶片区域,此处的叶片弯曲的曲率较大,形成较高的速度和不稳定流动现象;尾水管中的弯肘段改变了流体的流动方向导致较为严重的磨蚀.研究成果为水轮机磨蚀的预防和抗磨蚀水轮机的优化设计提供了参考.

高水头混流式水轮机主轴密封的改造研究

国内高水头混流式水轮机主轴密封一般采用端面式结构，实践证明在许多电站这种结构达不到安全可靠运行的要求．螺旋动力泵式主轴密封为一种非接触的动力密封，能使机组主轴密封处于不接触、无漏泄的运行状态。南桠河和耿达水电站机组主轴密封改造为螺旋动力泵式主轴密封后，解决了多年存在的运行缺陷。这种主轴密封结构可以广泛应用于高水头混流式水轮机主轴密封中．

高水头混流式水轮机长短叶片转轮裂纹分析

石板水电站装有3台35 MW采用长短叶片转轮的高水头混流式水轮机,机组自1997年投入运行以来,水轮机在空蚀、磨蚀、效率、运行稳定性方面表现出很好的性能,但转轮叶片出现了裂纹。为此,从设计、制造质量和运行方面,分析了引起该水轮机转轮叶片裂纹产生的主要原因,提出了防止裂纹的建议,对水轮机的制造和运行有较好的参考价值。

大盈江水电站(四级)水轮机防磨蚀措施探讨

大盈江水电站(四级)原安装4台高水头、高转速混流式机组,由于电站含沙量较大,为减轻水轮机磨损,初期设计时从水力和结构两方面采取了必要的防磨蚀措施,如:选用长短叶片转轮、较低转速、确保充足空化裕量;采用转轮下拆方式、非接触式主轴密封、抗磨蚀材料等。后因实际过机含沙量过大,且泥沙粒径大、硬度高,主要过流部件出现了不同程度磨损。经研讨分析,采取了一系列优化改善措施,如修建沉沙池、水轮机设计优化、局部过流表面热喷涂等。取得明显成效,延长了大修周期,增加了发电效益。本文就此进行了总结和探讨。

周宁水电站水力机械设计主要特点

周宁水电站水头高、容量大、有压引水隧洞长,其机组是目前国内除抽蓄机组外400m水头段单机容量最大的混流式水轮发电机组。为保障机组及工程安全,周宁水电站慎重选择了水轮机的比转速,并针对高水头特性选择适宜的水轮机结构及施工方法。周宁水电站的顺利投运证明,其采用的水轮机比转速及结构是合理和可行的。

高水头、多泥沙水电站水轮机机型选择

根据高水头、多泥沙水电站的特点,依托印度尼西亚某水电站,采用混流式和冲击式2种水轮机组型式,从机组设计制造难度、运行稳定性、泥沙影响、投资等方面进行分析和对比,优化选出适用于该类型水电站的最佳机组型式及主要参数。