可逆式水泵水轮机泵工况的驼峰特性

为了研究可逆式水泵水轮机泵工况的驼峰特性,通过非定常分离涡模拟（DES）的方法,计算不同流量工况下机组的内部流场特征.根据机组对应工况下的模型试验,对机组流道中的流态特征进行对比分析,特别对扩散流道损失以及转轮与导叶之间的动/静干涉现象进行研究,探讨驼峰特性产生的具体原因.结果表明：机组在小流量工况下运行时,转轮出口流动呈现明显非对称性;紊乱的流动特征引发转轮内部与扩散段中产生涡结构与二次流结构;由于不良流态的出现,过流部件水力损失显著上升,并引发扬程的下降,导致机组形成扬程-流量曲线的驼峰区域.因此,改善小流量工况下转轮内部流态对于改善水泵水轮机驼峰特性具有重要的作用.该研究内容阐明了驼峰特性对水泵水轮机造成不良影响的机理,对改进机组水泵工况的水力性能提供了参考与帮助,对于水泵水轮机的稳定运行具有重要意义.     

大型水轮发电机组转动部件的振动特性分析

结合映秀湾水轮发电机组转动部件的安全运行要求,建立其转动部件的动力学分析模型,针对其正常运行工况和飞逸工况采用商用软件进行转动部件的振动特性分析,分析计算发电机组转动部件的弯振、扭振和竖振的固有频率和临界转速等模态特性.通过和机组转动部件运转特性的比较和分析,来评估水轮发电机组转动部件的运行可靠性.     

水轮发电机组上机架共振分析及补气减振

对Himmelti电站水轮发电机组进行了稳定性试验研究,发现机组上机架在特定负荷时振动严重超标.根据实测的试验数据分析了发电机上机架振动信号与蜗壳进口、顶盖和尾水管压力脉动信号的关系,并对上机架和定子机座整体进行了动力特性分析,提取了该整体结构的固有频率,发现由于水轮机压力脉动在该负荷时的频率与上机架结构的固有频率接近,从而引起了上机架结构的共振.为寻求减振方案,还对机组进行了补气试验,即从水轮机顶盖向转轮内补入高压空气.实测补气后机组的压力脉动信号和振动信号,对蜗壳进口、顶盖和尾水管压力脉动信号进行频谱分析,发现引起机组上机架结构共振的频率成分消失,机组的整体振动幅值也大大减小.根据电站的实际情况提出了可操作的补气减振方案,即采用在原有自然补气阀下侧接入压力补气管的处理方案,方案实施后电站运行记录显示,机组在该负荷区域运行时,无共振现象发生.     

蜗壳结构对高温熔盐泵转子运行稳定性的影响

为了研究蜗壳结构对熔盐泵输送高温介质时转子运行稳定性的影响,设计了相同运行工况条件下的单蜗壳、双蜗壳双出液管结构的2种熔盐泵.利用ANSYS 软件对2种蜗壳结构熔盐泵的内部流场进行了非定常数值模拟,并分析了转子部件上的温度分布;将流场和温度场的计算结果同时加载到转子部件上,进行叶轮和轴上的流热固耦合分析,探讨了2种结构熔盐泵转子部件的应力、变形量和模态.结果表明:双蜗壳结构可以减小叶片表面的压力载荷,提高叶轮表面压力分布的对称性;单蜗壳熔盐泵叶轮和轴的最大变形量较大;而且单蜗壳熔盐泵转子部件在不同旋转角度下最大变形量变化较大,相比于单蜗壳熔盐泵转子的等效应力,双蜗壳熔盐泵叶轮的最大等效应力较大,但双蜗壳熔盐泵泵轴的最大等效应力较小;2种蜗壳结构流场条件下,转子部件运行时均满足结构强度要求.     

水轮机活动导叶泥沙磨损试验研究

为预估新疆某在建的高水头、多泥沙电站水轮机活动导叶的泥沙磨损状况,为水轮机过流部件选材及防护方案的制订提供翔实的数据,借助水轮机CFD的全流场计算结果,提出一种基于流场相似的绕流式的试验方法,研究了水轮机活动导叶的泥沙磨损部位分布规律。根据该电站的过机泥沙及过流部件流场,对相应泥沙含量和过流条件下过流部件两种备选材料(ZG0Cr13Ni4Mo、ZG06Cr13Ni5Mo)进行了试验。通过试验研究获得了该水轮机在典型小流量工况下、一定含沙浓度条件下试件表面的磨损深度,并采用非线性拟合方法率定出两种材料在小流量工况下的磨损率公式。结果表明ZG0Cr13Ni4Mo材料比ZG06Cr13Ni5Mo材料的抗磨性能略优,并通过所得磨损率公式对电站在不同工况下运行两年的活动导叶磨损量进行了预估,为电站水轮机过流部件设计的提供参考。     

混流式水轮机全流道三维流场数值

基于Realizable 双方程湍流模型和三维时均N—S方程,进行了混流式水轮机全流道的三维定常湍流计算。捕捉到了水轮机各过流部件内的流场和尾水管内的涡旋结构等流动信息。结果表明,水轮机的全流道CFD分析能够较为准确地预测出水轮机过流部件内的性能参数及内部流场结构,所得到的结果对进行水轮机的水力设计或改型优化设计等研究具有重要的指导意义。     

水轮机主轴密封的磨损与检修

水轮机在结构上 ,为了防止运行时压力水流从转动部分和固定部分的间隙处喷射出去 ,在前端盖处必须设置主轴密封装置。有一种水轮机的密封装置 ,采用的是石棉盘根密封。这种密封装置是把一定规格的石棉方绳缠绕在主轴上 ,再用压环压在盘根箱内 ,使转动部分与固定部分没有间隙 ,达到止漏密封的作用。由于这种结构的密封装置需要把石棉方绳紧紧地缠绕压在主轴上 ,所以在转动部分和固定部分之间形成较大的摩擦力。当机组运行一定时间以后 ,水轮机主轴会受到磨损破坏。如青天河一级电站 2 #机组 ,水轮机运行近 30 0 0 0 h后 ,主轴单边磨损深度达 …     

超大型水轮发电机定子振动超标处理技术探讨

以糯扎渡水电站定子为研究对象,针对大型水轮发电机定子长期高强度振动造成发电部件损坏的问题,从定子刚度、转子不圆度、水轮机尾水压力脉动等方面分析了机组振动的原因,通过对转子支架应力复核计算表明转子支架现有结构的最大综合应力已经接近许用应力,并确定机组增加垫片的最大厚度为0.2 mm,在机组大修中采用增加磁轭与转子支架之间的过盈量、机坑外对转子圆度进行了静态调整、机坑内动态调整等方法使机组运行中定转子空气间隙均匀.通过大修后进行的手动开机、过速试验、动平衡试验和升压试验,发现修后空载状态和带负荷运行下定子机架水平振动均大幅下降,修后机组磁轭与转子支架紧量增大,磁轭状态更加稳定.定子水平振动稳定在91 μm左右,设备的可靠性大大提高,保证了机组的安全稳定运行.     

水泵水轮机转轮三维反问题设计与特性研究

采用全三维反问题设计方法,按照水泵工况确定设计参数,从水轮机方向进行流场计算,完成某一中高水头水泵水轮机转轮的水力设计。针对设计开发的转轮,通过模型实验测试其在不同运行工况下的性能。结果表明,设计的水泵水轮机转轮在水泵工况下的最高机组效率达到91.34%,且机组运行平稳;水轮机工况的最高机组效率为88.5%。基于全流道粘性数值计算的转轮内部流动分析表明,水泵工况下,水流光顺地通过流道,转轮内部流动损失较小;水轮机工况下,转轮进口附近存在较严重冲击损失且叶片背面低压区面积较大,影响转轮的作功能力。     

基于重叠网格的水轮机导流罩水动力特性

为了研究复杂海流环境条件下导流罩对水轮机非定常水动力特性的影响,提出了一种采用基于重叠网格的DFBI(动态流体固态相互作用)数值仿真方法,利用重叠网格解除物体与网格之间的拓扑结构约束.六自由度运动模型DFBI模拟刚体在流体作用下的被动运动,实现了对水轮机在动态来流作用下被动旋转的非定常水动力特性仿真模拟,针对不同来流条件下导流罩对水轮机水动力特性影响进行了对比分析.研究结果表明:采用基于重叠网格的DFBI数值仿真方法,可以精确地监测水轮机由于周围流场变化导致的加速和自适应转动等过程,实现对水轮机非定常水动力特性研究;在设计流速范围内,加装导流罩可以将水轮机周围流场的流速提高约1.35倍,水轮机的转速提高1.2倍,获能效率提高约35%;加装导流罩有助于提高水轮机的平均转速,将水轮机平均获能效率提高约30%.     

基于卡普兰式水轮机转轮运行状态监测系统设计

为了解卡普兰式水轮机转轮内部相关操作机构部件的应力、应变情况,掌握活塞、操作架、转臂以及耳柄等传动机构受力状态,验证真机设计计算值与实际运行值吻合程度,开展水轮机轮转轮内部连接部件应力状态测试意义重大。论文结合生产实际,提出了开展卡普兰式水轮机关键部件运行状态现场测试方法。通过在真机上关键部件相关部位安装应力应变传感器,测量机组在各种可能运行工况下,转轮内部部件动态应力及应变情况,利用试验过程采集的数据,分析其运行过程实际状态,判断产生部件失效原因,为后期提高机组可靠性改进提供技术支撑,并为实现卡普兰式水轮机内部在线监测提供一种探索。     

泵站更新改造推力瓦选用分析

推力轴承是立式泵机组的重要部件，承受机组转动部分的轴向力，常因瓦温过高发生烧损事故，不仅影响机组运行可靠性，而且缩短机组大修周期，降低经济效益。通过分析影响大型立式泵机组电机巴氏合金推力瓦瓦温的几个因素，提出推力瓦荷载分析计算方法，并据此计算出江都二站电机推力瓦单位面积荷载，结合工程实际情况，从而找出江都二站推力瓦瓦温偏高的原因，建议泵站更新改造中推力瓦选用应注意的几个问题，对泵站更新改造和新建泵站具有一定的借鉴作用。     

冲击式水轮机水斗转轮裂纹成因浅

与其它形式的水轮机不同,由于冲击式水轮机工作过程中转轮始终受到变化幅值大、交变频率高的复杂动荷载作用,水轮机转轮裂纹问题一直都在困扰高水头水电站机组的安全运行。针对转轮结构的应力集中和材料疲劳问题,通过介绍上标水电厂冲击式机组转轮裂纹的处理过程,对水斗转轮裂纹成因进行了技术分析和探讨,并据此,从参数设计、加工制造、材料采用和机组运行等多方面提出解决问题的相应对策,在解决冲击式水轮机转轮裂纹问题上取得了较好的成效。     

栗子坪电站水轮机补气装置改造

针对栗子坪电站高水头混流式水轮机原设计中,采用水轮机主轴法兰根部孔对转轮中心下方进行补气的方式在涡带区不能正常补气,并会引起机组振动过大的问题,通过采用加装尾水管十字架补气装置对机组补气装置进行了设计改造;为防止十字架装置脱落,采用优质不锈钢材料,对其进行流线型加工,且补气孔设在十字架中心和背水边,以减小水流阻力和涡带反作用力．对比改造前后的机组振动、压力脉动及补气量的试验数据,结果表明:改造后,补气装置可以正确地在机组强振动区自动补气,能有效地消除尾水涡带引起的压力脉动;机组导轴层摆度、机架和顶盖振动都有不同程度的减小,并从根本上解决了尾水管锥管摆动问题,对机组的整体稳定运行起到了很好的作用.     

基于流热固耦合的高温熔盐泵转动系统结构应力分析

基于ANSYS Workbench平台开展高温熔盐泵转动系统的结构应力分析,采用计算流体动力学软件CFX对泵内部全流场进行多工况定常数值计算,并通过试验对计算结果进行验证.综合考虑了高温熔盐泵的水动力载荷、离心力载荷、温度载荷等因素,建立了流、热、固耦合作用下动力学模型,研究不同温度下不同材料属性变化对高温熔盐泵结构性能的影响,并对高温熔盐泵转子部件进行应力分析.结果表明:在同一流量工况下,不同材料的叶轮叶片最大变形量均呈随温度的升高呈先增大后减小的趋势;同时,不同材料的叶轮形变程度基本趋于稳定,受流量影响不大;叶片工作面应力值大于叶片背面应力值,且不同温度工况下不同材料的叶轮背面应力值呈线性递减的趋势;叶轮等效应力最大位置主要集中在叶轮出口处叶片和前、后盖板接触的区域;经过变形及强度综合分析,表明3种不同的不锈钢材料中316L材质的叶轮力学性能最好.研究结果可为高温熔盐泵的结构设计提供一定参考.     

混流式水轮发电机组横向振动动力响应分析

建立了考虑作用于转子与转轮上不平衡力的大型水轮发电机组振动计算模型,以某混流式水轮发电机组为例,采用有限元法对机组转动部分的动力响应进行了计算和分析,主要讨论了不平衡力的相位差、结构阻尼比、导轴承刚度和转动频率对机组动力响应的影响,在刚性支撑模型基础上改变不平衡力的相位差,在弹性支撑模型基础上改变结构阻尼比和各个导轴承刚度进行了分析比较。计算结果表明不平衡力的相位差、结构阻尼比、导轴承刚度和转动频率对机组动力响应都有着不同程度的影响,为减小机组振动以及优化水轮发电机组支撑结构提供了参考。     

蜗壳轴向出流式低比转数水轮机设计与数值模拟

基于流体机械设计理论和数值模拟分析方法,设计了一种新型低比转数水轮机,其不仅适用于小水电机组的更新完善,也可作为冷却塔风机的直接驱动装置。该水轮机采用蜗壳轴向出水方式,使其径向尺寸约为相似常规水轮机的1/2,除降低造价成本外,更有利于冷却塔内通风;为适应冷却塔内部结构,采用反击式环形叶片作功,在很大程度上降低了水轮机径向尺寸;对应水轮机转轮出水形式,环形尾水管进水模式将尾水接入对称布置的4个布水管,均匀出水结构在很大程度上改善了尾水管内流场,同时可使水轮机直接安装在中心基座上。数值模拟结果表明:蜗壳出口速度满足等速度矩定律,采用轴向出水方式的反击式水轮机的流场分布符合要求;水轮机预测效率约90%,各部分水力损失均较小。     

高速转向架车轴强度分析

车轴是高速车辆转向架中最重要的部件之一,它是轮对转动的中枢,其质量的好坏,直接关系到运行的安全,所以在制造、维修中必须要严格要求.由于车轴在运用过程中承受很大的静载荷和动作用力、组装应力、制动力以及曲线通过时的构架力等,因此要求车轴必须有足够的强度.文章采用CAE分析的方法对高速转向架车轮的强度进行分析.     

混流式水轮机全流道三维非定常湍流场的动态大涡模拟

基于大涡模拟动态亚格子湍流模型和三维时均N-S方程,应用非结构网格的滑移网格技术,进行了混流式水轮机全流道动静干扰的三维非定常湍流计算.捕捉到了水轮机各过流部件内的流场随时间的变化情况.计算结果表明水轮机中的水流处于复杂的湍流运动状态,随着时间的推移,水轮机内部湍流运动变化剧烈,得到的计算结果更接近实际流场的分布.     

混流式水轮机全流道三维非定常湍

基于大涡模拟动态亚格子湍流模型和三维时均N-S方程，应用非结构网格的滑移网格技术，进行了混流式水轮机全流道动静干扰的三维非定常湍流计算。捕捉到了水轮机各过流部件内的流场随时间的变化情况。计算结果表明水轮机中的水流处于复杂的湍流运动状态，随着时间的推移，水轮机内部湍流运动变化剧烈，得到的计算结果更接近实际流场的分布。