混流式水轮机上冠泄排水联合降压数值模拟

为研究中高水头混流式水轮机上冠流道内不同降压结构效果及优化可行性,以红山嘴一级水电站4号机为例,将利用UG建立的4类不同上冠流道降压结构模型作为研究对象,基于计算流体动力学（CFD）技术,采用剪切应力传输（SST）湍流模型对4类不同的上冠泄排水结构在7种流量下展开数值模拟,计算工况共计28种。研究指标为泄漏水流态分布特性、主轴密封下侧压力、上冠轴向水推力、梳齿环密封性能。结果表明：不同泄排水降压结构内的泄漏水流态存在一定差异;为改善水轮机主轴密封性能可采取含转轮泵的联合泄排水降压结构,该结构相比其他结构对降低主轴密封压力、降低上冠轴向水推力、减少上冠间隙泄漏量均有显著效果;调整转轮泵降压结构的泵叶或泵盖几何参数可达到优化目的;针对该电站主轴密封漏水问题,采取含转轮泵的联合泄排水降压结构可使主轴密封下侧压力平均降低15.98％左右、上冠轴向水推力平均降低52.99%左右,大大提高电站运行效率。该研究在传统的单一泄排水降压结构基础上增设了转轮泵,为中高水头混流式水轮机获得最佳综合效益及其改造优化提供了参考依据。     

水平轴海流能水轮机的多目标优化设计

能量捕获效率和轴向水推力系数是海流能水轮机转轮的2个重要性能参数.提出了一种水平轴海流能水轮机转轮的多目标优化设计方法.首先采用贝塞尔曲线参数化技术将海流能水轮机转轮叶片节距角分布曲线进行参数化;然后选取转轮的能量捕获效率和轴向水推力系数作为目标函数,并根据BBD试验设计方法和响应面技术建立设计变量和2个目标函数之间的二次多项式响应关系;最后采用NSGA-Ⅱ多目标遗传算法作为优化算法,以叶片节距角分布曲线控制参数为设计变量,以能量捕获效率和轴向水推力系数作为目标函数,以设计变量与目标函数之间的响应关系作为个体适应度评价函数,对海流能转轮进行优化.优化后,叶轮的轴向水推力系数降低了2%,同时能量捕获效率提高了0.4%,证明了所采用的优化方法的有效性.     

水泵水轮机泵工况轴向力特性分析与改善

水泵水轮机是抽水蓄能电站的核心部件,水泵水轮机的轴向力特性对其运行稳定性与安全性具有主要影响。作为一种典型的立式机组,为防止抬机事故的发生,机组转轮部分需要具有向下的轴向力,但在泵工况下,该轴向力容易过大,并可能引起机组下沉。采用计算流体动力学方法,研究分析抽水蓄能水泵水轮机泵工况不同流量与活动导叶开度下的轴向力特性。研究结果表明,在泵小流量、小导叶开度、高扬程的工况下,向下的轴向力较大;采用对称布置的均压管路连接转轮上冠腔体与尾水管,轴向力变为轻微向上,扬程与水力效率无显著变化,有效解决了机组泵工况向下轴向力较大的问题,机组运行的安全性与稳定性得到了显著提高。     

轴向射水减弱尾水管低频压力脉动试验

设计了一种从蜗壳引水通过泄水锥向尾水管内进行轴向射水的结构,实现减弱尾水管内低频压力脉动.对轴向射水和无射水情况下混流式水轮机内部压力脉动进行了模型试验研究.分析了4种部分负荷工况轴向射水和无射水时水轮机内部压力脉动幅值特性和频率特性,研究了轴向射水减弱尾水管低频压力脉动的效果.研究表明,在部分负荷工况下尾水管中存在螺旋涡带并引起尾水管壁处强烈的低频压力脉动,其频率约是1/5转频,该低频压力脉动是引起水轮机不稳定运行的主要原因;实施轴向射水后,在各部分负荷工况尾水管中低频压力脉动幅值都有明显减弱,但涡带频率基本保持不变.轴向射水使涡带向下游移动并对双涡带结构起到抑制作用.     

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.     

太阳升电站卧式水轮机推力轴承故障分析处理

太阳升电站卧式水轮机推力轴承故障分析处理刘克仁城步苗族自治县太阳升水电站太阳升水电站共装设四台混流式卧式水轮发电机组。３、４号机组于１９８９年８月投产；ｌ、２号机组于１９９０年５月投产。四台机组自运行以来，多次发生推力轴承烧损事故ｏ．为提高推力轴承的...     

基于真机试验的尾水管压力脉动研究

尾水管的压力脉动特性是混流式水轮机运行稳定性的重要评价指标,研究其特性对于解决由水力因素引起的机组不稳定问题具有重要意义。为掌握尾水管的压力脉动特性,以国内某水电厂200MW混流式水轮机为对象,采用真机试验的方法进行全范围变负荷试验。试验数据表明,在部分负荷区域尾水管内部存在较大的压力脉动,其对机组摆度有一定影响,但对机组振动影响甚微。     

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。     

溪洛渡水电站巨型混流式水轮机水力开发

针对溪洛渡水电站机组具有水头高、变幅大和单机容量为770 MW的巨型混流式水轮机水力开发的特殊问题展开研究.从水力稳定性控制的角度,讨论了水轮机水力开发条件,论证了额定转速、单位流量、单位转速、设计水头等4项关键水力参数和导叶相对高度、进出口转轮直径之比等2项关键几何参数的选择原则与匹配关系.并通过研究对比不同水力初设方案,分析不同设计参数可能引发的水力稳定性问题,结果表明:在巨型混流式机组的设计过程中应该选择较低的水力参数进行设计.研究结果显示,通过提高设计水头的水力优化措施既使得转轮叶片进水边背面初生空化远离了水轮机的运行范围,又改善了水轮机高水头部分负荷运行区转轮内的流道旋涡特性.最后根据模型验收试验证明了所采用的水力设计方法具有实际工程应用价值.     

混流式水轮机综合特性的Adaboost_LMBP集成神经网络模型

为提高基于模型综合特性曲线的混流式水轮机非线性模型精度,提出了一种适合描述水轮机综合特性的Adaboost _LMBP集成神经网络模型构建方法。该方法首先分别根据混流式水轮机单位力矩、单位流量特性数据,利用Levenberg -Marquardt算法反复训练出若干个BP神经网络弱学习器,然后采用Adaboost增强学习算法对全部BP神经网络弱学习器进行集成,最终构建出水轮机单位力矩、单位流量特性的Adaboost_LMBP集成神经网络模型。计算结果表明,相较于一般的神经网络模型,混流式水轮机综合特性的Adaboost_LMBP集成神经网络模型具有更高的拟合精度,更好的泛化性能,能够有效提升基于模型综合特性曲线的混流式水轮机非线性模型的计算精度。     

黄河2号离心泵轴向水推力研究

黄河2号泵是我国早期为解决西北地区泥沙磨损问题而研制的一种高扬程提灌工程的多级离心泵，该泵运行在多泥沙介质中，因间隙磨损泄漏引起较大的轴向下不平衡水推力，对该泵轴向水推力进行了分析和计算，指出引起级间密封泄漏的原因，提出了消除轴向水推力的措施。     

基于人工神经网络模型的混流式水轮机转轮多目标优化

【目的】探究一种同时提升混流式水轮机运行效率、空化性能及运行稳定性的优化方法,为混流式水轮机转轮的多目标优化提供技术途径。【方法】以转轮叶片进出口安放角、安装角为优化变量,通过对叶片几何参数随机离散抽样获取样本数据库,基于CFD数值计算获取各样本的性能参数,进而建立同时考虑混流式水轮机转轮效率、出口旋流数以及空化系数的多目标函数;基于人工神经网络建立优化变量与多目标函数的映射关系,最后采用遗传算法对转轮叶片的18个几何参数进行全局寻优,并对优化前后的转轮叶片性能进行对比分析。【结果】在导叶开度为112°且运行水头分别为160、175、180 m的3个工况下,优化后的转轮效率相较优化前分别提高了0.22%、0.56%、0.60%;叶片压力分布情况得到有效改善;转轮无叶区与尾水管锥管段处压力脉动幅值显著降低。【结论】叶片进口安放角的优化程度越大,混流式水轮机综合性能的提升幅度越大。     

水轮机综合特性的可视化建模

提出了一种处理水轮机综合特性曲线的三维曲面可视化建模方法。作为算例，建立了某水电站混流式水轮机模型综合特性曲线的可视化三维图形, 并运用等值线法还原为等效率线与模型综合特性曲线进行对比。结果表明，运用该方法生成的数据误差小、精度满足工程要求。该方法简单易行,物理意义明确直观,特别适用于水轮机选型设计及水力机组水力过渡过程计算。     

卧轴混流式水轮机前后盖板的自镗削装置

卧轴混流式水轮机前盖板(顶板)、与转轮上冠、下环的迷宫配合部位在运行中受泥沙磨损,使间隙增大。漏水量增加,造成效率下降;使较大颗粒的泥沙将进入前盖板内腔,加速其内表面的磨损;转轮背部水压上升,轴向水推力势必加大;瓦温升高,加速主轴密封的磨损。前盖板间隙的漏水量随     

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。     

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。     

混流式水轮机神经网络模型非线性仿真

针对水轮机非线性特性难以准确描述及混流式水轮机调节系统(FTGS)非线性仿真复杂性，利用前馈神经网络强大的非线性逼近能力，建立混流式水轮机神经网络模型(FTNNM)。描述流量和效率特性的FTNNM采用Levenberg—Marquardt算法进行离线训练，收敛速度快、模型精度高。训练后的FTNNM作为一个非线性环节和其他模块构成了在MATALAB的SIMUUNK环境下的非线性仿真系统。该系统实现了各种运行工况的非线性仿真，并能快速、准确地得到系统以及混流式水轮机内部各种参数的变化规律。为混流式水轮机调节系统(FTGS)控制策略的研究提供了一个良好的基础。     

基于正交设计的灯泡贯流式机组关闭规律优化

建立以转速升高、导叶前水压力以及轴向水推力组成的过渡过程目标函数,选取了相应的权重系数.采用适于多因素、多水平的正交设计计算法进行机组关闭规律寻优.给定导叶第一段关闭时间,以第二段关闭时间、分段点开度和桨叶关闭时间为因子,每个因子取4水平进行正交设计计算.研究表明:最佳导叶、桨叶关闭规律下,转速升高、导叶前水压力、轴向水推力以及尾水管进口压力等过渡过程品质较优化前有明显的改善.桨叶缓慢关闭能减小引水管中水击压力以及尾水管进口的真空度,可显著降低机组转速升高及轴向反推力.通过正交设计计算法可以寻求较佳的关闭规律,使灯泡贯流式机组在甩负荷时获得较好的过渡过程,对保障电站安全稳定运行具有指导意义.     

水轮发电机推力瓦的润滑与刮研

作用在伞式或悬吊式水轮发电机组推力轴承的轴向推力通常是相当大的。例如一台15万千瓦的混流式机组,满载运行时轴向推力达1600吨。因此,为了降低轴瓦摩擦产生的温升和功耗,运行中必须保证推力轴承得到良好的润滑和可靠的散热。水轮发电机的推力瓦都是用锡基轴承合金浇铸瓦衬的。品号Chsnsbll—6锡基轴承合金(旧称Ь33巴氏合金)优先用于重载轴承。它的特点是由软基体及均匀分布在软基体内的硬分子组成。软基体是锑和铜在锡中     

低比速混流式水轮机小开度叶道涡流动分析

混流式水轮机在偏离最优工况下运行时,转轮叶道内会出现旋转涡流,影响水轮机的高效稳定运行。为研究低比速混流式水轮机在小开度工况下叶道涡的流动特性,基于Navier-Stokes方程及Sparlart-Almaras一方程湍流模型,对运行在小开度不同转速工况下的某低比速混流式水轮机,进行三维全流道定常流动数值模拟。计算结果表明:在小开度工况下,两种转速条件存在着分布位置不同、形状大小不一的叶道涡;随着转速的增加,旋涡结构趋于不稳定,内部流场的流态变得非常紊乱,水轮机能量转化效率降低,叶道涡的流动特性与转轮转速密切相关。