基于流量模型的水电机组效率监测

在进行水电机组效率评估时需实测水轮机流量,在许多实际系统中,受条件限制,流量无法准确测量。依据几何断面与流量的关系,建立了水电机组的流量模型,并提出一种基于流量模型的效率监测与评估方法。基于流量模型可以由水轮机相关运行参数计算水轮机的流量,再通过实测机组出力计算机组相对效率,从而实现对机组效率的监测与评估,以指导水电机组的经济与安全运行。     

超低水头竖井贯流式水轮机转轮数值模拟优化

结合江苏苏北某电站,研究开发了一种设计水头为2 m左右的超低水头竖井贯流式水轮机．基于Navier-Stokes方程,采用SIMPLEC算法对该竖井贯流式水轮机全流道三维定常不可压湍流流场进行了数值模拟,分析了超低水头转轮叶片翼形、直径及安放角对水轮机性能的影响．分析了多个方案的水力性能,选出了最佳的水轮机转轮．结果表明:在满足电站设计要求的情况下,翼型优化后,转轮直径为175 m、叶片安放角为23°时的水轮机,在效率、水力损失等方面都表现出最佳的性能:该超低水头竖井贯流式水轮机在导叶开度为65°,设计水头为21 m时,数值模拟出的流量为1005 m3／s,效率最高为876％．以GD-WS-35水轮机模型试验研究该水轮机的能量性能,在设计工况下,对数值模拟效率最高的水轮机方案试验的结果:模型装置的流量为0398 m3／s,效率为8334％;按原模型转换规律转换为原型装置数据,则流量为996 m3／s,效率为8514％;数值模拟效率比模型试验效率的结果略高,误差范围为±3％．     

峰源水电站增效扩容技术改造可行性分析

峰源水电站机组参数与设计参数不匹配,导致机组的工作效率低下。通过现场测试,对该电站的工作水头和引用流量进行复核。对水轮机铭牌参数复核计算,得知单位转速严重偏离最优值。对水轮机机组进行了参数优化,重新选择了合适的水轮机型号,达到了增容改造的目的。     

卡伦Ⅲ水电站2号机组效率试验研究

效率试验是评估水轮机性能的一个重要方面。电站的经济运行就是基于水轮机的效率特性。近些年来,许多电站进行了原型水轮机组的效率试验。文章阐述了水轮发电机组现场效率测试的常用方法。并以卡伦Ⅲ水电站2#机组为例介绍了超声波效率试验的内容, 包括测量方法和仪器,试验步骤,试验的不确定度和试验结果分析。总结了采用超声波法进行水轮机效率测试的经验, 为今后开展水轮发电机组的效率测试工作提供了有益的借鉴。     

水泵水轮机临界空化系数的数值预测

为了研究水泵水轮机空化系数对内部非定常流动的影响,采用SST k-ω模型对一模型水泵水轮机进行数值模拟,对机组在不同空化系数下的性能及内流场进行分析.结果表明,空化系数的大小可以改变水泵水轮机内部的流动状况,临界空化系数反映了水泵水轮机机组的能量特性.空化初生时,水泵水轮机的水头降低并且效率提高;随着空化的发展,机组水头显著增大,效率却快速减小;水泵水轮机的空化主要发生在叶片出口边吸力面靠近下环处;空化系数的改变对转轮内部流动稳定性的影响不明显.水泵水轮机的水头在空化系数较大时基本保持不变;当空化系数为0.075~0.150时,水头随空化系数的减小而略有减小;当空化系数小于0.075时,水头随空化系数的减小而增大.     

水泵水轮机运行中的若干典型过渡过程

为了深入研究水泵水轮机不良过渡过程对机组产生的不利影响及其相应的改善措施,综述了水泵水轮机特性曲线的特有性质和重要的典型过渡过程的研究进展.详细说明了水泵水轮机过渡过程中的迟滞现象,发现水泵水轮机的运行工况点不仅与系统的当前输入有关,而且与系统过去的历史有关,因此在特定区域内水泵水轮机在同一转速时对应的流量并不相同,从而导致水泵水轮机机组的水头下降、效率降低、机组振动和产生噪声.综述了迟滞现象产生的条件,转速的影响以及改变转轮叶片进口角和叶片后掠角等改善措施;转轴应力测量的试验研究进展以及转轮叶片和导叶间的动静干涉对动态应力测量信号分析的影响,给出了相关现象的主要特征和影响因素;针对水轮机启动时的空载不稳定现象和导叶关闭时的不稳定现象可采取的改善措施,并比较了各种方法的优越性和弊端.     

水轮机运转特性曲线的改制与应用

水轮机运转特性曲线是表示水轮机水头、流量、出力和效率之间相互关系的曲线.在水电站设计中,是选择水轮机及分析最优工作位置的依据;在运行管理中,是供运行人员随时掌握各种运行工况,水轮机各有关参数,作为电网调度和机组负荷分配的依据.它对水电站如何合理放水、提高机组效率和减少单位电能耗水量起着指导作用.因此,掌握运用水轮机运转特性曲线,对水库合理调度,提高水电站经济效益有其重要意义.     

龙须河电站机组技改分析

龙须河电站分一站和二站,位于广西区田东县作登乡游昌村,距田东县城8km,总装机容量3500kw,其中M站装机2XI250kw,属水库引水式电站,电站水头为18m。电站最小流量为2．99m‘／s,最大流量为1370m‘／s,多年平均流量为50m‘／s。由于建站时技术条件的制约,选择的水轮机额定出力为1144kw,达不到发电机铭牌出力。为了适应国民经济发展的需要,充分利用水力资源,应对龙须河电站机组进行增容改造,就其进行技改的必要性和可行性论证分析如下。1机组主要参数1．l水轮机主要参数水轮机型号为HL240—LJ—120,最高水头（H＿x）19．16m,…     

混流式水泵水轮机泄漏量的计算及分析

为了确定混流式水泵水轮机泄漏量的大小,分别采用基于经验参数的理论公式法和基于N-S方程、RNG k-ε湍流模型、结构化网格技术的CFD数值模拟法,对某大型可逆式水泵水轮机分别在60%,70%,80%,90%的导叶开度下进行了泄漏量计算,并对2种方法的计算结果进行了对比分析.结果表明：理论公式法涉及经验参数的选取,对计算经验的依赖程度较大,具有一定的盲目性和不准确性,同时在对机组水轮机工况下的泄漏量进行计算时,由于各个工况点的水头相等,导致计算出的不同工况下机组泄漏量曲线是一条平行直线,并没有反映出泄漏量随工况变化的真实规律;将CFD数值模拟法计算的性能曲线与试验性能曲线进行比较,结果显示吻合度较高,验证了CFD数值模拟法的正确性及对间隙泄漏问题计算的可行性,可以较为准确地描述间隙泄漏问题,克服了理论公式法在计算时出现的弊端.     

叶片安放角对微型轴流式水轮机性能的影响

为探究叶片安放角对微型轴流式水轮机水力性能的影响,以一比转数为548的微型轴流式水轮机为研究对象,在不改变其他几何参数的前提下,仅偏置转轮叶片各翼型剖面,得到7个不同叶片安放角的转轮;在试验验证的基础上,通过全流场数值计算,分析了改变叶片安放角对微型轴流式水轮机水力性能的影响.结果表明：随着叶片安放角的减小,在相同流量下水轮机的水头与出力均增大,高效率区域向小流量区域偏移,水轮机可高效运转的范围有一定程度的增大;随着叶片安放角的增大,水轮机的水头与出力减小,高效率区域向大流量区域偏移.适当减小叶片安放角的水轮机能在较大水头(流量)变化范围内维持较好的性能.其中,安放角为-4°的水轮机最高效率达到82.13%,高效率区的范围最大.该研究可为微型轴流式水轮机转轮的设计提供一定参考.     

改变导叶翼型对水泵水轮机“S”特性的影响

针对水泵水轮机“S”特性区域的不稳定性问题,提出使用改型活动导叶翼型进行性能提升．以某水泵水轮机模型为研究对象,采用SST k-ω湍流模型对水泵水轮机全流道进行三维数值计算,通过对活动导叶翼型的改型设计,得出流量-转速模拟曲线,分析水泵水轮机组“S”特性改善情况．将计算与试验结果进行对比,并对改型活动导叶翼型前后机组的无叶区进行压力脉动分析．结果表明：在保证整体效率依然保持在92%附近的前提下,新的活动导叶翼型对机组的“S”特性依旧具有改善效果;无叶区压力脉动主要是受到活动导叶叶栅区域的分流在此重新聚集影响,并且与转轮叶片的动静相互扰动引起的;改型后的活动导叶降低了无叶区的压力脉动幅值,提升了水泵水轮机运行中的并网稳定性．     

平原地区小型泵站的机组装置效率测试的原理与方法

泵站机组装置效率测试的主要目的是测试泵站技术经济指标,得出工程运行及管理所需的技术参数,验证工程设计中所采用的主要技术参数是否合理,是泵站技术改造和技术经济指标考核的重要依据。在进行实际机组装置效率测试时,由于平原地区小型泵站自身管路条件的限制,无法满足流量测量仪器设备安装的要求,故采用渠道断面流速法进行流量测量。并且由于小型泵站装机容量较小,采用双瓦特表法进行输入功率测量。通过工程实例应用,证明这种方法是可行有效的,并且适用于平原地区小型泵站的机组装置效率测量。     

新型双向潮汐发电水轮机组性能优化设计

根据江厦潮汐试验电站多年运行数据,分析了潮位与运行参数的关系及其变化规律.通过数值模拟分析了双向灯泡贯流式水轮机多工况运行的水力特性,并对原始设计水轮机的灯泡比、导叶安放角、导叶及转轮叶片翼型等进行了优化设计,综合多个设计方案确定了优化后的水轮机整体流道尺寸.对优化设计的机组还进行了模型机组模型验收试验.研究成果直接应用于江厦潮汐试验电站6号机组中,真机的实际运行表明新型水轮机组可实现正反向发电、抽水和泄水等6种工况下的安全稳定运行,正、反向发电效率较潮汐电站中运行的其他机组均提高了6%以上,综合性能得到了提高.     

轴面流道类型对径向直叶片水轮机的性能影响

针对径向直叶片水轮机轴面流道做混流式和全径向式布置时对性能的影响进行研究。首先建立径向直叶片水轮机的理论模型，然后基于两种不同类型的轴面流道进行转轮设计，最后通过数值仿真对其外特性和内部流场进行分析对比。研究表明，两种方案均能适应超小流量和较宽的水头变化范围，采用混流式流道方案时最优数值预测效率为81.4%，较全径向式流道方案偏大1.8%，并具有较高的过流能力。经试验检验混流式流道方案的最优效率约74.2%，基本满足超小流量余能回收的需要。研究成果为超小流量余能回收水轮机的设计提供参考。     

矶头水电站水轮机改型的探讨

针对矶头水电站出力不足的主要原因－－电站工作水头达不到水轮机设计水头和水轮机效率低，提出了只用新型转轮更换原有转轮，从而提高效率、流量和出力的技术改造措施，并就采用ＨＬＤ７５新型转轮的技术改造方案进行了探讨。     

矶头水电站水轮机改型的探讨

针对矶头水电站出力不足的主要原因──电站工作水头达不到水轮机设计水头和水轮机效率低，提出了只用新型转轮更换原有转轮，从而提高效率、流量和出力的技术改造措施，并就采用ＨＬＤ７５新型转轮的技术改造方案进行了探讨。     

薄壁微喷带沿程水头损失试验研究

【目的】研究薄壁型微喷带沿程水头损失的水力性能。【方法】采用控制变量法与L9(34)正交试验方案,对折径为N43、N45、N50、N64 mm的微喷带进行沿程水头损失水力性能试验,获取流量、长度、折径与水头损失等试验数据,分析流量、长度、折径三因素对沿程水头损失的影响程度以及水头损失相关水力性能参数,提出了沿程阻力系数,对沿程水头损失计算公式参数进行修改,得出了薄壁型微喷带水头损失计算参数。【结果】薄壁型微喷带沿程水头损失随着压力与铺设长度的增大而增大;折径、流量、长度的F值分别为90.314、26.056、19.041,表明对沿程水头损失影响依次减小。【结论】采用修改后的沿程水头损失计算参数计算薄壁型微喷带沿程水头损失值与试验值吻合较好。     

台阶式溢洪道流速水头沿程变化研究

水流的流速水头是重要的水力参数,可一定程度上反映水流的能量。为研究台阶溢洪道过流断面流速水头的沿程变化规律,将其与同体型的光滑溢洪道流速水头进行对比,引入相对流速水头的概念。通过对26.6°、33.7°、38.7°、48.0°四组坡度,0.5、1.0、2.0 m三种台阶高度的台阶式溢洪道,在单宽流量17.25~62.18 m2/s之间进行模型试验研究。结果表明台阶的流速水头沿程呈现曲线规律,关系复杂不便应用;而非均匀流段上相对流速水头与流程长度呈现良好的线性递增关系,相关系数R2为0.994 8~0.998 8。台阶部分对水流的阻碍效果随单宽流量的减小增大,而与台阶高度、坡度呈递增关系,其中坡度的影响最显著。试验证实了引入相对流速水头的必要性,为台阶溢洪道水力特性的研究提供了依据。     

导叶开度对贯流式水轮机性能及流动特征的影响

针对某型号贯流式水轮机,运用ANSYS CFX,分别在导叶开度为1 550,1 405和1 278 mm条件下,对水轮机内部三维流场进行全流道数值模拟,研究导叶开度对水轮机性能及流动特征的影响.通过分析对比3种开度下水轮机水头和效率,同时研究全流道截面压力、速度分布,导叶外环面压力分布,导叶叶片压力分布以及转轮叶片压力分布,得出开度为1 405 mm是与转轮匹配性最佳的导叶开度.进而对最佳导叶开度下水轮机在0.8Q,1.0Q,1.2Q这3种工况下的空化进行模拟,结果发现空化很大程度地降低了水轮机的水头和效率.同时对转轮、转轮叶片以及尾水管的空泡相体积分数的分布进行了分析,得知在设计工况下的空化程度最轻,小流量工况下的转轮内空化比较严重,而在大流量工况下,空化区从转轮出口延伸到尾水管内.     

基于fluent的混流式水轮机稳定性分析

基于水力发电机组增容改造的要求,创建混流式水轮机三维几何模型,并基于CFD方法,对小流量、额定流量和新设计流量三种工况以及相对应的三种导叶开度,进行水轮机全流道数值仿真,结果表明现有机组可以满足新设计流量要求,但是在偏离工况下有脱流现象。