西藏地区某水电站水轮机主要参数选择及模型验收试验

针对西藏地区某水电站海拔高、气温低、泥沙含量较大的特点,结合电站工程特性及类似工程实际经验,对水轮机设计参数的选择进行了探讨,并将上述水轮机参数提供给机组制造厂家用以开发水轮机模型转轮。为验证水轮机参数的合理性及水轮机模型的水力特性,进行了水轮机模型验收试验,试验结果表明水轮机参数选择合理先进,开发的水轮机模型转轮具有良好的重复性,模型水轮机的各项水力性能指标均满足合同要求,上述成果可为同类型水轮机的选型设计提供参考。     

复杂管系水轮机调节系统非线性建模与分析

为了深入揭示水轮机调节系统的非线性本质,研究了非线性水轮机调节系统的建模及动力学问题.在引水系统为复杂管道情况下,考虑水轮机调节系统中传递系数随运行工况变化而呈现的非线性,引入水轮机非线性传递系数,建立了复杂引水管系时的水轮机调节系统非线性数学模型.使用直接代数判据进行理论分析,得到了系统Hopf分支临界点组成的曲线.理论分析表明：水轮机调节系统响应在曲线的一侧区域内是稳定的,在另一侧是不稳定的.通过数值模拟,分析了Hopf分叉点两侧水轮机调节系统稳定性的变化情况,验证了理论分析结果的正确性,得到了使水轮机调节系统处在稳定区域内的调速器PID参数的范围.通过分岔图、Poincare映射图、功率谱图、时域图、相轨迹图、频谱图等,综合分析了随水轮机调节系统参数变化时,系统非线性动力学行为特性.该分析方法与结果,可为水电站系统的安全稳定运行提供理论依据.     

丰满电厂7号水轮机转轮叶片割边

水轮机增容常用的两种方法是更换新转轮和转轮叶片修形。通过更换新转轮增容方式是最彻底的,但工期长、人力投入和资金投入都很大。转轮叶片修形增容方法则投资少、见效快,适合于设计制造较早、参数标准较低、有增容潜力的水轮机。本文采用贴体坐标下的有限体积法和k-ε模型,对水轮机转轮内部的三维粘性流动进行数值模拟,科学合理地确定转轮叶片的切割量,实现水轮机增容,并将该方法应用于丰满七号水轮机。在水轮机转轮叶片割边增容改造中应用计算机数值模拟计算新技术,不仅提高了水轮机出力,实现增容目的,而且改善了机组运行性能,为老水轮机增容改造探索出一条新路。     

多泥沙河流水轮机的磨蚀与防护技

水轮机磨蚀一直是困扰多泥沙河流上水电站安全运行的难题,通过分析泥沙磨蚀的特性,水轮机磨蚀的破坏特征,提出了关于水轮机过流表面防护、减少过机泥沙、机组检修策略与方法等方面的水轮机泥沙磨蚀的防护措施,为我国其他多泥沙河流水轮机的磨蚀防护提供了理论依据,对提高我国水电站的安全运行和经济效益具有重要的意义。     

丰满电厂7号水轮机转轮叶片割边增容改造

水轮机增容常用的两种方法是更换新转轮和转轮叶片修形.通过更换新转轮增容方式是最彻底的,但工期长、人力投入和资金投入都很大.转轮叶片修形增容方法则投资少、见效快,适合于设计制造较早、参数标准较低、有增容潜力的水轮机.采用贴体坐标下的有限体积法和k～ε模型,对水轮机转轮内部的三维粘性流动进行数值模拟,科学合理地确定转轮叶片的切割量,实现水轮机增容,并将该方法应用于丰满7号水轮机.在水轮机转轮叶片割边增容改造中应用计算机数值模拟计算新技术,不仅提高了水轮机出力,实现增容目的,而且改善了机组运行性能.     

耦合故障下水轮机振动特性分析

针对水轮机转子质量偏心和不对中等故障,建立水轮机转子非线性动力学模型,并分析质量偏心、不对中量和转速等对水轮机振动的影响,探索水轮机转子的非线性动力学特性。仿真结果表明,同样条件下耦合故障对水轮机运行状态的影响要大于单故障情况,且随着转速增加,多故障耦合下水轮机振动不仅剧烈,且水轮机运行状态复杂,可分为平稳运行状态、周期性碰摩状态和混沌运行状态等3种类型,这为分析和研究水轮机振动现象及故障诊断提供了理论依据,具有重要的学术意义和实用价值。     

贯流式水轮机的应用与技术发展的

分析了费流式水轮机的结构特点、技术经济优势以及国内外贯流式水轮机的应用现状，探讨了我国贯流式水轮机的应用前景及技术发展，对我国各类水电资源开发，特别是加强各类费流式水轮机组的技术开发和关键技术研究提出了建议。     

一种新型水轮机的研究与设计

介绍了一种新型水轮机及其设计理论。这种水轮机集现代应用最广泛的Ｆｒａｎｃｉｓ式水轮机和贯流式水轮机的优点于一体,具有独特的理论依据,结构紧凑,体积小、质量轻、成本低,便于运输、安装和维修,运行稳定,具有良好的水力、空蚀性能。     

中小型水电站水轮机选型与优化的探讨

为了研究影响中小型水电站水轮机优化选型的主要因素，根据中小型水电站的特点及代表水轮机技术特性的各参数之间相互关系，论述了水轮机考虑抗磨蚀和运行稳定性时，其技术经济参数选择和优化的方法、途径，并对信息技术用于水轮机的选型和优化做了初步探讨。     

基于逆向设计理论的水泵水轮机设计与数值模拟

针对水泵水轮机效率普遍较低这一问题,借鉴低比转数混流式水轮机的叶片设计理论,对一给定参数的水泵水轮应用水轮机逆向设计理论对水泵水轮机进行水力设计、三维造型和ICEM网格划分;通过建立相对坐标系下的时均连续方程及N-S时均方程等控制方程组,利用标准k-ε湍流模型来封闭方程组,采用有限元体积法进行离散,离散方程的压力-速度耦合处理采用压力耦合方程组的半隐式(SIMPLEC)算法对水泵水轮机进行数值计算,得到其内流场流动特性,与试验的水泵和水轮机工况下压力分布对比分析,预测了水泵水轮机在设计工况下的转轮效率.数值模拟结果表明,基于逆向设计理论设计的水泵水轮机工况的最优效率可以达到91%,水泵工况的最优效率达到82%,充分说明应用逆向理论设计方法对水泵水轮机的设计,可以兼顾水泵工况和水轮机工况在较优的情况下运行.     

微型水轮机系列化问题的研究

“微水电”的主要发电设备为微型水轮发电机组,其中水轮机的作用是将水流的能量转换为旋转机械能。随着微型水轮发电机组的发展,微型水轮机的系列化问题已成为一个首要而且重要的问题。由于“微水电”的特点,使得微型水轮机与中小型水轮机有较大的差异。因此微型水轮机全部套用中小型水轮机系列及标准是不合适的。从“微水电”及微型水轮发电机组的特点出发,分析研究了微型水轮机系列化的主要问题,并提出笔者的看法。     

小型水电站水轮机改造研究与实践

小型水轮机由于存在设计不合理、技术手段落后、机电设备陈旧老化和效率低等问题,具有改造的必要性.从小型水电站水轮机存在的主要问题出发,提出了水轮机改造的措施、改造的技术途径,以及在改造中应注意的问题.并由此指导工程实际,得到了满意的结果.     

水泵水轮机飞逸稳定性及其与反S特性曲线的关联

抽水蓄能电站的安全稳定运行与水泵水轮机反S特性直接相关。在电站甩负荷工况下,时有发生调速器事故,导致水泵水轮机导叶拒动,使机组进入飞逸工况。而由于水泵水轮机的反S特性会使得机组参数不能像常规水轮机一样快速收敛,甚至出现振荡的现象,导致事故进一步扩大。针对布置有下游调压室的抽水蓄能电站,采用线性化处理方法获得了水泵水轮机反S特性曲线的传递函数,并建立了流道-水轮机-发电机耦合的常微分数学模型,并进一步推导了水泵水轮机飞逸工况稳定性的判别条件。结果表明飞逸振荡的现象由多种因素共同决定,其中水泵水轮机飞逸点的曲线斜率为关键因素。利用已建立的物理模型平台,对这些影响因素进行了分析,并验证了所得的理论分析结论。     

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GA-BP神经网络的水轮机非线性建模方法研究

建立精确的水轮机模型是水轮机调节系统有效建模仿真的关键。运用基于遗传算法改进反向传播神经网络的GA-BP神经网络对水轮机工作特性进行非线性拟合建模。详细介绍了利用水轮机模型综合特性曲线与飞逸特性曲线获取水轮机流量特性与力矩特性样本数据的方法,并对基本样本数据进行补充延伸。结合BP神经网络与遗传算法两者优点构建了GA-BP神经网络,利用所得样本数据进行训练,获得了基于GA-BP神经网络的水轮机非线性模型,并与传统BP神经网络在水轮机流量特性和力矩特性拟合效果上进行对比试验。仿真结果验证了论文提出方法的可行性和优越性。     

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%.     

座环对微型混流式水轮机水力效率的影响

为了使冷却塔节能,使用水轮机代替电机驱动塔内风机,节约电机所需电能。水轮机串联于冷却塔循环水系统中,利用循环水余压工作,水头和流量受限于循环水系统,主轴与风机主轴直联,因此功率小、水头低,属于微型超低比转速混流式水轮机。水轮机的引水部件水力损失大,是水轮机水力损失的主要部分,针对等厚度固定导叶、翼型固定导叶和无固定导叶3种座环进行研究。研究表明：①无固定导叶座环的水轮机水力效率比等厚度固定导叶座环高出10%,利用水头降低了2m,可改进蜗壳设计提高水轮机的利用水头。②翼型固定导叶座环的水力效率比等厚固定导叶座环高出3%,其利用水头相似。     

射水减弱混流式水轮机尾水管内压力脉动的数值模拟

选用RNGk-ε湍流模型,对一台混流式模型水轮机在部分负荷工况下的流动进行了全流道三维瞬态湍流数值模拟.数值计算结果与模型试验结果进行了比较,成功预测了水轮机尾水管内压力脉动的幅值与频率特性.从混流式水轮机泄水锥处向尾水管内射水可减弱尾水管内低频压力脉动,对射水后水轮机内的流动进行了数值模拟.计算结果表明,通过射水可以有效减弱尾水管内的压力脉动,减小压力脉动幅值.随着射水量的增加,压力脉动幅值减小更加明显,但是同时会导致水轮机效率的下降.为了尽可能大的减小压力脉动幅值,并兼顾水轮机效率,建议选择0.03～0.05倍该工况流量的射水量.此时,水轮机压力脉动幅值降低明显,而水轮机效率下降不大.     

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.     

新型双击式水轮机的研制

新型双击式水轮机与传统的双击式水轮机相比,具有结构简单、造价低廉以及效率高的优点。它们在结构和调节方面,有很大的差异。本文除对以上问题作了较详细的阐述外,特别详细地对双击式水轮机今后的研究方向作了全面的探讨,同时,简要介绍了国内外在双击式水轮机研究方面的成果。