基于数值试验的微型管道式涡轮机设计及性能预测

管道式涡轮机在远距离输油、输水管道系统中具有实际应用价值,但由于其出力小,用处独特,尚未引起业界重视.结合管道式涡轮机的工作特性,在限制条件下采用一元理论和数值积分方法进行了涡轮机转轮的水力设计,利用UG软件对涡轮机转轮及流道建立了三维几何模型.在此基础上,通过CFD技术对其进行了内部流动分析、性能预测和效率估算,从而实现了微型管道式涡轮机的数值试验.经比较,给出了推荐方案.这是在流体机械研发中一个研究成本低、开发周期短的有效技术途径.     

考虑蜗壳热损失涡轮机三维流动数值仿真研究

针对涡轮增压器中涡轮机蜗壳散热对涡轮流动以及输出功的影响,采用Pro/E和ANSYS-ICEM软件对涡轮机内部流道分别进行实体建模和网格划分,并通过计算流体力学软件ANSYS-CFX对涡轮机进行三维流动数值模拟,获得了在不考虑和考虑涡轮热损失两种情况下的涡轮机温度、压力、速度及密度的分布情况,使涡轮的热损失对涡轮机流场的影响更加清晰。结果表明,涡轮机实际工作过程中存在的蜗壳热损失会影响涡轮机的内部流动,并且使涡轮机的压气效率减低,这将使得绝热模拟结果与实际结果存在差异。     

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。     

轴伸贯流式水轮机CFD计算的性能分析

针对某水电站GD008—WZ—140轴伸贯流式水轮机运行中存在着出力不足,并伴随有振动和噪声等导致不能正常运行的问题,运用CFD数值模拟技术分析并找出了其问题产生的主要原因,依据最终模拟与性能预测的结果对其翼型与叶片作了修形,并对整个转轮作了改造,设计出了LGD08—WZ—140型转轮.对LGD08—WZ—140型转轮配以原过流通道进行了全流道的CFD数值模拟.对其进行的性能预测与试运行结果表明：机组出力和效率达到并可超出原设计指标要求;噪声明显减弱,已由95 dB降低为83 dB,震动亦基本消除.因此,转轮叶片的改造是成功的.     

对称翼型转轮双向泵装置紊流数值模拟与性能预测

运用紊流数值模拟技术对包括转轮、导叶在内的对称翼型转轮双向泵装置进行数值模拟。计算采用RNG紊流模型 ,通过 SIMPL EC算法 ,利用控制容积有限元法离散三维不可压 Navier- Stokes方程 ,计算了不同工况下双向泵装置定常流动。通过计算预测了泵装置水力性能 ,并与模型试验结果进行了比较 ,研究表明数值预测与试验数据值吻合较好。数值分析显示对称翼型转轮的正反向性能差异不大 ,对称翼型转轮在低扬程有双向工况要求的泵站中有广泛的应用前景。     

冲击式水轮机斗叶根部型线优化设计

应用UG软件完成转轮斗叶模型建立,采用CFD技术对多喷嘴冲击式水轮机内部流动进行数值模拟,并结合ANSYS软件对斗叶应力的分析结果,完成转轮斗叶及根部型线的优化,成功地解决了喷嘴数增加后,射流之间、转轮内部流动之间的流动干涉问题,保证了冲击式水轮机转轮的强度和水力性能,使设计的机组运行更加稳定,效率提高。     

提高水轮机稳定性的几点措施

从水力设计的角度出发，结合CFD技术的具体使用实际，分析讨论了棍流式水轮机转轮压力脉动与转轮出口环量、尾水管中的流速分布、转轮泄水锥、导叫一等之间的关系，提出了几点减轻压力脉动的具体措施。对利用水力设计来预测转轮压力脉动进行了一此探索。     

叶片高压边安放角对高水头水泵水轮机性能的影响

基于低比转数混流式转轮设计程序,在保证转轮其他参数一致的条件下,分别设计了3个具有不同高压边安放角的叶片,并采用CFD技术对3个转轮分别进行了5个水轮机工况和5个水泵工况的全流道数值模拟,分析了叶片高压边安放角对水泵水轮机能量特性、水轮机工况转轮的来流和水泵工况转轮与活动导叶的动静干涉现象的影响.研究表明,水轮机工况下,数值计算的叶片冲角绝对值大于给定冲角的绝对值,叶片的负冲角越大,导致转轮进口撞击越剧烈,引起水轮机工况水力效率略有下降,但是对转轮内流态扰动很小.水泵工况下,叶片高压边安放角越大,与其相匹配的活动导叶转角越小;由于安放角2叶片与14°转角的活动导叶和固定导叶三者相匹配,其水力效率相对最高;而其他3种高压边安放角叶片由于不匹配,内部流场出现了撞击、脱流和回流等不稳定现象,引起水泵工况水力效率的严重下降.     

带分流叶片水泵水轮机转子强度及模态分析

以带分流叶片的水泵水轮机为研究对象,基于CFD与FSI方法分析其泵工况下转子的振动特性,对3种开度即小开度9.8°、最优开度17.5°和大开度24.8°下的流场进行数值模拟,将额定工况下的流场结果导入转子结构实现单向流固耦合,对带预应力的转子模型进行形变与等效应力分析.此外,还计算了转轮的干湿模态,对比分析了不同条件下转轮的振动特性.结果表明:不同开度对应的预应力下转轮形变与等效应力分布规律相似,转轮形变主要发生在上冠低压侧.按ND(节径数)在转轮圆周方向划分振动扇区描述振型规律时发现,各扇区内转轮上冠、下环低压侧的振幅较大.湿模态下水介质对转轮振型影响不大,但会明显降低转轮的振幅.预应力对转轮固有频率影响较小,可忽略不计,但在湿模态下,转轮固有频率会显著下降,这表明分析结构振动特性时应充分考虑水介质作用.     

半固定管道式喷灌系统移管机的运动学与动力学分析

为了更加深入研究半固定管道式喷灌系统移管机，对其运动的确定性进行了论证，并对其运动性质和动力特性进行了分析计算。通过分析移管机的运动情况，得出了加速、匀速、减速过程中的运动方程；通过受力分析，得出了加速、匀速、减速过程中作用于行走轮的外加牵引力。     

水轮机转轮叶片裂纹的产生原因及对策

转轮是水轮机的关键零部件,其叶片的材料质量及设计与制造方式又决定了转轮的质量。转轮叶片频频出现裂纹,对水轮机安全生产产生了较大的影响,同时也会使水电厂造成很大的经济损失。因此,分析水轮机转轮叶片裂纹产生的原因,并对裂纹处理的常用方法进行论述是十分必要的。     

巨型轴流转桨式水轮机转轮组装工艺研究

轴流转桨式水轮机转轮的组装是水电站机电设备安装过程中的节点性关键工序,尤其是尺寸和重量都较大,零件复杂而精细的巨型转轮,其组装精度和质量对于机组投产后的安全可靠运行至关重要。根据桐子林水电站轴流转桨式水轮机转轮的结构特点及组装流程、工程项目施工方案、现场组装情况,分析总结了巨型轴流转桨式水轮机转轮体的组装、翻身装配、桨叶安装以及转轮试验等关键工序和技术要点。实践证明,水轮机转轮的组装质量满足相关技术标准的要求,机组安装工作顺利开展。     

半固定管道式喷灌系统移管机可靠性研究

通过对半固定管道式喷灌系统移管机的可靠性分析，建立了其可靠度计算的数学模型；采取了技术措施，从而大大提高了其可靠度，并由实例验证了其正确性。     

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。     

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.     

高杆喷灌技术研究与应用

目前,国内推广的移动式喷灌机、半固定管道式喷灌机、固定管道式喷灌机、机组式喷灌机以及卷盘式喷灌机,都因为支管、竖管、机组移动和竖管高度所限等原因,而难以在山区和高茎秆作物中推广,直接影响到山区或高茎秆作物灌溉或抗旱。为满足此类地区和高茎秆作物的喷灌需要,2002年8月,山东莱州市农机局协同水利部门进行了高杆喷灌试验研究,     

混流式转轮叶片数对鱼类撞击死亡率的影响

鱼类在通过水轮机流道时会受到其内部高速旋转的转轮叶片撞击而出现伤亡。为了优化某电站混流式转轮的鱼类通过生存率,综合计算流体动力学分析方法与鱼类-叶片撞击的数学模型,研究了不同优化转轮方案下的鱼类撞击死亡率及机组能量性能,获得了混流式水轮机过流量及转轮叶片数对鱼类死亡率的影响规律。研究结果表明,在额定水头下,鱼类通过转轮的撞击死亡率与转轮的流量以及叶片数呈正相关关系;对于原始转轮,当流量增加到额定流量时,鱼类通过转轮的撞击死亡率达到了16.85%;而叶片数为13和11的两个优化转轮则使额定流量下的鱼类撞击死亡率比原始转轮分别降低了2.93和5.3个百分点。最后,通过分析两个优化转轮的鱼类生态性能与能量性能,选择采用13叶片的优化转轮作为最终方案。     

导叶开度对混流式水轮机转轮应力应变的影响

为了研究混流式水轮机转轮应力及变形情况,基于单向流固耦合理论,利用Workbench平台对其进行数值模拟.在模拟过程中首先利用ANSYS CFX软件,采用标准k-ε湍流模型对水轮机三维流态进行计算,其次通过Static Structural将流场水压力传递到转轮表面,进而进行耦合计算并得到了转轮应力和变形分布规律,最后通过试验结果对数值计算结果进行验证.研究表明:在100%开度下,从最低水头到额定水头、从额定水头到最高水头,转轮最大主应力与等效应力分别增大了9.8%,15.9%.另外在不同导叶开度下,水轮机转轮叶片瞬态较大变形、最大主应力以及最大等效应力均主要集中在叶片出水边与泄水锥交界处和叶片出水边靠近下环处,且随着导叶开度增大这些值均逐渐增大,特别在叶片出水边靠近下环处,由于该位置较薄,且在交变应力的反复作用下,该位置易发生疲劳破坏,因此更易出现裂纹和断裂.     

周转轮系的转化与传动比计算方法

在学习《机械设计基础》课程中轮系章节内容时,学生们普遍反映的难点就是周转轮系。由于周转轮系种类繁多结构复杂,需要我们明白其转化原理并使用合理的计算方法,才能快速而准确地计算出其传动比,本文主要针对几种典型的周转轮系进行传动比计算予以讲解。     

水泵水轮机泵工况转轮流场分析

基于三维定常N-S方程和标准κ-ε湍流模型,采用贴体坐标、结构化网格和基于有限体上的有限元法,对400 m水头水泵水轮机模型转轮泵工况进行内部流场模拟.通过转轮内部有限体上的速度、压力积分求解转轮扬程、净正吸出高度和效率,从而预测转轮泵工况的能量、扬程及空化性能,并对转轮的内部流速分布、涡分布和叶片压力分布进行了分析研究.