混流式水轮机叶片进出水边外延方法

在混流式水轮机叶片改型中，为了改变转轮的单位转速、单位流量及出口环量，经常需要延长叶片进出水边。根据延长叶片进出水边的基本原理和混流式水轮机的特点，研究出了一种实用的外延方法，该方法对圆头叶片外延同样实用。同时，对改型后的误差进行了分析。岩滩电站的改型试验取得了预期的效果。     

贯流混流式水轮机的设计

介绍了贯流混流式水轮机的基本原理、水力性能、水流运动规律及其过流部件的水力设计理论，并根据这些理论进行了转轮的系列开发及实验研究，完善结构设计，推出了3个水头段8个转轮系列的小型机组，可替代中小型水电站应用最广泛的混流式水轮机。     

混流式水轮机转轮叶片三维造型的研究

传统的水轮机转轮设计包括流体动力学设计和几何设计,在几何设计中采用二维木模图来表示叶片,无法满足数字化设计与制造的要求.为了解决这一不足之处,介绍了利用CAD和Gambit进行叶片三维造型的方法.在叶片的三维造型完成后,可以实现转轮的三维造型,为转轮内流动CFD分析、性能预测和CAM提供基础.     

长短叶片混流式水轮机内部流动数值预测

为研究长短叶片混流式水轮机的内部流动特性,基于CFX软件平台,运用N-S方程和SST湍流模型,对HLA542-LJ-130长短叶片水轮机全流道典型小流量工况进行三维湍流计算,得到了水轮机各过流部件内流场的流动信息.计算结果表明,从固定导叶到活动导叶出口,速度矢量随压力降低而均匀增大,而且压力和速度分布在圆周方向的周向性较好,从叶片进水边到出水边,长短叶片压力变化为均匀减小,压力分布比较合理,叶片工作面表面没有明显的回流和二次流,流线分布较为流畅,尾水管进口压力、速度分布基本对称,压力沿径向分布比较均匀,尾水管肘管之前有与转轮旋转方向相同的涡带,涡带在尾水管中发展至尾端,但没有明显的偏心,在扩散段内逐渐减弱.研究结果对高水头水电站的水轮机选择和设计具有重要的指导意义.     

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。     

混流式水轮机叶片设计与木模图的数值实现

针对传统的混流式水轮机转轮叶片设计方法（如保角变换法）设计周期较长，且不易实现叶片模型制作的状况，通过给定速度矩方程对叶型骨线方程进行逐点积分，并由包角的误差分析对速度矩方程的系数进行修正，实现叶片正面型线的设计，在叶片正面计算流面上使用导出的最大流面厚度公式直接进行叶型加厚，得到水轮机叶片的背面叶型．文中同时给出了各部分的数学分析数值计算表达式，并用CAD系统进行叶片木模图的绘形．从得到的木模图可以看出，用该方法设计更为优化，能较好地体现设计要求，并符合实际转轮叶片的形状，确保了计算和造型的准确性，可用来进一步实现水轮机的整体水力性能分析．由于模型是数值生成，故结合相应的机械加工程序，可实现叶片木模的数控加工．     

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。     

卧轴双转轮混流式水轮机的优化设计

采用CFD计算分析了国外某电站的卧轴双转轮混流式水轮机组效率较低、空化性能较差的原因：主要是流道复杂,水流不畅,导致水力损失较大.由于不允许对流道进行调整,因而只能对转轮部分进行优化研究.转轮优化从3个方面进行：采用不同的叶片翼型、调整转轮上冠线的曲度和左右转轮叶片位置.基于N-S方程和Spalart-Allmaras湍流模型,采用SIMPLIC算法,对优化后水轮机的全流道进行了三维定常湍流计算,获得了各过流部件的流动细节,预估了水轮机的性能.计算结果表明：采用Ⅲ型叶片转轮、B形上冠线,并且当左右2个转轮叶片位置不同这一方案时,水轮机过流量增大到28.55 m3/s,左转轮效率达92.24%,右转轮效率达91.78%.同时分析了计算转轮上的绝对压力值,得到了分别采用Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ型叶片转轮的空化情况,结果表明：Ⅲ型叶片转轮的空化性能最好.     

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。     

周宁水电站水轮机参数优化设计

对穆阳溪周宁水电站各设计阶段的高水头混流式轮机选型进行了较为系统的分析比较。并提出了以安全、可靠、稳定为周宁水电站水轮机选型设计的基本原则。同时，介绍了周宁水电站最终选取的水轮机转轮“X”型长、短叶片在效率、气蚀、稳定等方面的突出优点。     

平班水电站水轮机转轮叶片漏油分析与处理

平班水电站水轮机转轮叶片存在漏油的现象,漏油产生的原因为工地安装顺序不当、意外的过速试验,通过采用补焊、重新装配等处理对策与措施,取得了良好的效果.     

观音寺电站水轮机转轮改型设计的经验

介绍ＨＬ７０２转轮在观音寺电站的使用情况，针对观音寺电站设计出替代转轮，新转轮在观音寺水电站２号水轮机上实际应用结果表明，在电站工况不变和未采取其他措施情况下，新转轮使原机组功率增容相对幅值达１６．１３％。新转轮完全可替代老的ＨＬ７０２型号水轮机转轮。     

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.     

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。     

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。     

灯泡混流式水轮机过流通道几何尺

从最佳的水力性能和水流运动规律出发，对灯泡混流式这种新型水轮机的过流通道进行分析研究，优化出了灯泡混流式水轮机过流通道的几何形状及尺寸系列，为这种新型水轮机的产品开发和设计提供了重要资料,同时认为灯泡混流式水轮机的最佳应用水头范围为20～300m。     

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.     

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。     

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。     

混流式水轮机振动研究

该文根据混流式水轮机水力振动原因,针对止漏环间隙不均匀、尾水管涡带引起的压力脉动进行分析研究.说明混流式水轮机振动的原因主要是由自激振动和低负荷下尾水管涡带引起,并提出减少振动的措施应从消除不均匀的止漏环间隙和尾水管涡带等方面综合考虑.