廖书长[1]2008年在《高比转速混流式水轮机低负荷运行稳定性研究》文中指出近年来,由于计算机技术和计算流体力学的迅速发展,现代水轮机的水力性能得到了进一步的提升,大型混流式水轮机的效率已接近极限,但随着水轮机单机容量(尺寸)的增大和参数的提高,混流式水轮机运行的稳定性问题空前凸显。国内外投运的许多大型混流式水轮机均不同程度地出现振动过大或转轮裂纹等问题。水轮机运行稳定性的好坏直接影响机组和电站正常生产和运行的经济效益,因此,对其进行深入研究具有重要的理论和实际意义。本文搜集并统计了国内外众多大型混流式水轮机基本资料及运行情况,并在前人研究成果和方法基础上,对混流式水轮机尤其高比转速混流式水轮机特性及其在低负荷的运行稳定性进行了研究,从理论上分析了高比转速混流式水轮机转轮的结构和形状特点,转轮进口水流冲角、出口水流环量和压力梯度与水轮机运行工况的关系,以及低负荷涡带成因及其压力脉动的频率和幅值特性;同时,在研究水力机组振动频率特征和稳定性试验数据分析方法的基础上,以某大型高比转速混流式水轮机稳定性试验结果为例,进行了真机运行稳定性分析,研究了水轮机不同负荷尤其低负荷运行特性以及水头变化对其的影响;最后研究了改善混流式水轮机低负荷运行稳定性的设计和运行措施,并提出了基于部分负荷运行稳定性优化的水轮机额定水头选择方法。混流式水轮机在不同运行工况下,转轮进出口流态有很大变化,从而水轮机稳定性也有很大差别。除了众所周知的涡带振动区外,更小负荷时的叶道涡有时也能引起较大的压力脉动或振动。真机试验表明,水头对水轮机运行稳定性有重要影响,随着运行水头的增大,水轮机运行不稳定区向大负荷方向扩展,稳定区变窄。对高比转速混流式水轮机,在水头变幅较大或偏离额定工况较远条件下,低负荷运行稳定性问题可能更为严重。混流式水轮机低负荷振动是其固有属性,这种属性是由其叶片的不可调节决定的,在一定程度上可通过优化转轮叶片、泄水锥和尾水管等过流部件及水轮机整体设计等手段使之得到改善。对于某一水轮机,必然存在一定的运行不稳定区域,通常可通过补气或装设稳流和阻水装置加以消减。同时,优化水轮机工作参数(额定水头)选择、合理安排机组运行方式,对改善混流式水轮机低负荷运行稳定性具有重要作用和意义。
苑连军[2]2002年在《大型混流式水轮机参数选择研究》文中研究指明随着现代科学技术的迅速发展，装设大容量水轮机的电站越来越多。在我国陆续投运的大型水轮机转轮相继不同程度地出现振动与裂纹，因此，保证大型混流式水轮机的安全稳定运行就成为设计选型研究的重要问题。 本文针对黄河上游即将开工建设的拉西瓦水电站700MW水轮机的参数选择进行了研究，通过对国内外的大容量、高水头水轮机的比转速统计计算，利用水轮机的相似理论，采用回归统计计算方法，统计出了比转速统计方程，并进行了水轮机主要参数选择论证，提出了适合拉西瓦水电站水轮机的主要目标参数。 本文提出的水轮机主要参数，结合国内外已建和拟建大型电站水轮机的实际运行和模型试验，并经过哈尔滨、东方两厂进行的计算机CFD水力计算，得出了与本文研究选择相一致的结论，并论证提出了拉西瓦水电站前期发电运行的可行性和初期运行水头。 通过对大型混流式水轮机参数选择的研究，对同水头段的转轮参数选择比较具有一定的指导意义，同时对拉西瓦水轮机在招标设计工作中具有重要的实际意义。
金少士[3]1996年在《按比转速选择混流式水轮机的主要参数》文中指出本文根据国内外大型混流式水轮机的统计资料，考虑了水头变幅和含沙量等对水轮机参数选择的影响，提出一套按比转迹选择混流式水轮机主要参数的公式．经与近年来国内各设计和制造单位选择大型混流式水轮机的参数对比，能较好地吻合．因此，可以用这套公式来选择混流式水轮机的主要参数，以减小使用统计资料和不同经验公式的随意性，保证所选水轮机的技术参数既先进又可靠．
唐澍, 潘罗平[4]2009年在《大型混流式水轮机的应用现状与技术发展》文中研究表明根据我国水力资源特点,分析总结了我国大型混流式水轮机技术的应用需求和应用现状,以及大型混流式水轮机技术的发展趋势,并分析提出了当今国内外混流式水轮机的技术发展水平。混流式水轮机模型的最优效率已从20世纪80年代的92%~93%到90年代的93%~94%,提高到现阶段94%~95%的水平,部分水头段已超过95%,空化性能和水力稳定性较过去有了相当大的改善。
王鑫[5]2017年在《6MW小型混流式水轮机过流部件匹配设计》文中进行了进一步梳理我国水利资源非常丰富,水能又是清洁的可再生能源,开发水能是实现可持续发展战略的重要条件。经过近十年我国水力资源的大力开发,已经有很大一批河流的资源得以开发,兴建了很多大型水电站。目前除西藏的水力资源还未大力开发外,其余河流基本已经没有足够的资源兴建大型电站,但是还有很大一部分水力资源可以开发一些小型水电站。以往小型水电站基本都是选用一些较早开发的水力方案,这些设计方案往往都比较陈旧,导致水力参数达不到理想的效果。但是小型电站建造设计时考虑成本问题,又不可能像大型机组一样去做模型试验开发转轮,所以需要一个折中的方法去设计建造小型机组。论文中介绍了小型混流式机组,选用一新开发的大型机组模型,然后通过一系列方法应用到小型机组上的设计方法。首先根据电站参数,选择了适合于本电站的大型机组模型,然后从结构上分析大型机组模型在小型机组上应用所产生的一些问题,并提出解决问题的一些方案。为了准确的预估水轮机的性能,采用国际先进的数值计算软件ANSYS CFX对修改后的水轮机模型整机进行流动数值仿真,水轮机的整体几何造型采用Unigraphics NX 7.5软件平台完成,所有过流部件采用ANSYSICEM-CFD软件进行高精度的六面体网格划分,最后采用ANSYS CFX对水轮机全流道进行流场分析计算,来确认修改方案是否可行。最后通过有限元分析的方法对机组的主要部件进行了分析计算。本文采用workbench14.5对水电站转轮进行了详尽的有限元分析。分析包括额定工况、最大出力工况及飞逸工况,同时对转轮振动形态也进行了详细的计算。
王宏伟[6]2010年在《长短叶片混流式水轮机的数值模拟与性能分析》文中研究说明水轮机作为水电站的核心部件,对水电站的整体性能起着决定性的作用,水轮机技术的研究一直伴随着水电的开发在不断地发展。但是,国内外的不少水电站也因一些尚未解决的技术问题导致机组出现异常甚至过流部件的损坏,因此,还是存在着困扰水轮机安全高效稳定运行的一些技术难题亟待解决。另外,随着机组容量和尺寸的逐步增大,水轮机比转速不断提高,人们对于混流式水轮机的运行稳定性日益重视,这使得进行水轮机内部流动的模拟分析十分必要。总之,开展水轮机过流部件内部的定常及非定常流动分析对于深入了解水轮机振动的内在机理、改善水轮机的综合水力性能、提高水轮发电机组的运行稳定性具有十分重要的意义。近年来,随着制造水平的提高和抗磨蚀材料的应用,我国高水头混流式水轮机运用较多,但是高水头混流式常规水轮机的流道内部流速较高,易导致严重的空蚀磨损,且在非设计工况转轮进口产生的二次流及固定、旋转部件相互作用均能诱使机组产生强烈振动及压力脉动现象。长短叶片转轮能够有效的解决这些问题,由于长短叶片转轮具备较宽的高效率区、优良的稳定性和抗空蚀性能,得到了较普遍的认可。本研究以一个具体水电站的长短叶片转轮的水轮机为参考,建立了该水轮机的全流道几何模型,并应用CFD软件对其内部流动进行了数值模拟,通过计算结果对水轮机内部流动情况及性能进行了分析。本研究具体完成的工作内容如下:一、根据所选水电站的实际水力参数,对水轮机引水部件、导水机构、转轮和尾水管进行了叁维几何模型。并将建好的水轮机的叁维模型导入Gambit软件中,对过流部件依次进行网格划分;二、研究了利用Fluent软件对水轮机各主要部件的边界设定、参数选择、求解计算等一系列软件应用的关键步骤。将已经做好的网格文件导入软件后设置边界条件并进行计算;叁、对求解收敛的结果进行后处理,得到了各个计算流体区域的压力等值线分布和速度矢量分布,分析流体流动状态、速度分布和压力变化;四、通过对比和分析水轮机内部流动特征,获取水轮机各过流部件的流动信息,在定量和定性两个方面评价水轮机的性能。
何芳[7]2008年在《混流式水轮机转轮结构及优化设计》文中认为对于混流式水轮机,影响水电站机组安全、运行效率的因素有很多,如蜗壳、固定导叶、活动导叶、转轮以及尾水管等水力通道中的部件,都对水轮机的效率有影响;但转轮是水轮机组的核心部件,对水轮机的效率有着决定性的影响,所以水轮机转轮的优化设计是整个水轮机设计中最重要的部分。近十年,流体力学研究工具CFX(计算流体动力学)已经在流体机械的设计,尤其是在优化设计中得到广泛的应用,成为水轮机转轮设计的主流工具。使用先进的CFX技术与模型试验技术相结合,可以开发出具有优良性能的水轮机转轮,大大缩短水轮机设计开发周期,降低开发成本,并可准确地进行性能预测,提高水轮机水力设计的质量。论文应用ANSYS-CFX11.0仿真软件对水轮机转轮叶片的叁维流动及能量分布进行数值计算、模拟仿真,对修型后叶片的各项性能指标进行分析,通过优化设计得到叶片厚度的最佳改变量,为减小转轮振动、涡列和控制振动等方面提出新的改进方法。论文主要内容是:1、分析研究引起水轮机水力振动的原因,并且通过对转轮的优化设计减少和控制水力振动,达到水轮机在最优工况时具有最佳运行效率;2、对转轮叶片削薄,应用CFX技术进行数值模,优化设计水轮机叶片.研究表明,将基于有限元法的结构分析仿真技术应用于水轮机转轮结构优化设计分析,可以缩短研制周期,降低开发成本,具有重要的理论意义及工程实际意义.
张双全[8]2008年在《大型混流式水轮机水力稳定性研究》文中认为随着水电机组单机容量的提高,机组尺寸的逐步增大,比转速的不断提高,相对刚度的减弱,人们对于大型混流式水轮机的运行稳定性日益重视,同时,随着技术的高速发展,机组运行的自动化程度越来越高,无人值班、少人值守,远程控制的水电厂日益增多,对机组运行稳定性的要求亦日趋严格。另一方面,国内外许多大型混流式水轮发电机组相继出现振动问题,不仅影响了正常的生产运行,有的还危及到机组的安全,因此,水力稳定性已经引起电力及制造行业的普遍关注,也给行业内的专家学者提出了新的研究课题,本文的研究就是基于这样的背景下进行的。大型混流式水轮机水力稳定性有关的原因比较复杂,在电站的表现形式也多种多样,如尾水管低频压力脉动、卡门涡、叶道涡等,在这些水力原因中,尾水管涡带又是机组振动最主要的原因,其危害性也最大。而对水力稳定性的研究方法主要有模型试验研究、真机试验研究、CFD数值解析这叁种。本文针对东江水电厂机组出现的振动问题,采用以上叁种方法相结合的手段,对机组振动的原因进行了综合研究。水轮机模型试验是研究真机水力稳定性的重要手段。尽管现在已经具备对水轮机进行较准确的数值模拟及性能预测的手段及仿真技术,但是最终仍需进行模型试验来确定模型转轮的能量特性、汽蚀特性以及水力稳定性等。对于已运行的机组,通过模型试验可以模拟电厂的运行工况以研究真机运行的各种特性。通过对电厂的模型机组进行多方面试验研究的结果表明,转轮的能量特性较差;在小开度下,模型机组尾水管内存在较大的低频压力脉动;不同形状的泄水锥对模型机组尾水管的低频压力脉动有较大的影响;针对具体情况,采用不同的补气方法可减轻机组的振动。真机试验是研究真机水力稳定性的直接手段,模型试验固然重要,但也有其局限性,如真机与模型几何相似的假定条件就是相对的,加上水轮机过流部件内的流动极为复杂,各电站水轮机结构的设计也差别很大,由水轮机模型试验的振动特性很难预估真机的运行稳定性,使水轮机振动的真机试验研究为国内外专家所重视。通过大量的研究表明,水轮机振动有其共性,也有其个性。可见,通过模型试验并不能全面了解真机的所有性能,尤其是和机组振动密切相关的动态特性,因此,虽然相比模型试验来说,真机试验受到许多实际条件的限制,但是在研究具体电站的具体问题,特别是要了解机组的制造质量、安装质量等模型上没有的信息对机组运行稳定性的影响时,真机试验必不可少。本论文对电厂的真机做了多方面的试验研究,包括过流部件的实测;不同水头下的变负荷、变励磁试验研究;机组振动的频率特性分析;补气对真机稳定性的影响以及机组振动与大坝振动的之间的关系分析。试验的结果表明,东江水电厂机组的制造及安装质量存在较大的缺陷;机组在每个水头下均存在两个振动工况区,且随着水头的升高,振动工况区有向小出力偏移的趋势;在部分负荷时,尾水管中产生偏心涡,引起尾水管低频压力脉动;采用合适的补气方法及补气量,对于减轻东江水电厂机组的振动是有效的。与模型试验和真机试验相比,CFD数值解析在成本与周期、所获得的信息量等方面有着巨大的优势,因此,这一方法的应用也越来越普遍、深入,也使得人们对于大型混流式水轮机过流部件中主流内特性的了解日益加深。本文通过“部分耦合”的方法对真机在不同运行工况下的稳定场进行了数值解析,并全面的分析了各过流部件内的流动特性以及其能量特性。仅仅对机组的过流部件进行稳定场的CFD数值分析还不足以解决所有与水轮机水力稳定性有关的问题,因此在本论文的最后,采用雷诺应力湍流模型对真机尾水管在不同运行工况下进行了非稳定场的CFD数值解析,分析涡带的运动规律及其产生的低频压力脉动特性,并与真机的试验结果进行了比较,结果比较吻合。
肖若富[9]2004年在《中比转速混流式水轮机内流场数值模拟及性能改善研究》文中研究说明效率、空化性能及稳定性是混流式水轮机的叁大综合性能指标,也是我们研究的重点。水力机械内部流场的CFD数值解析是我们研究混流式水轮机性能指标的重要工具,它可以通过对水轮机各过流部件内部流动稳定场及非稳定场的详细解析,了解过流部件内部的综合特性,为研究水轮机水力性能及稳定性提供理论基础。长期以来,人们一直在寻找有效的高精度的计算方法以及合适的湍流模式等,使其能够准确的分析及预测混流式水轮机组在较大运行范围内的能量特性、空蚀性能及水力稳定性,从而最大限度的减少模型试验费用及时间。本文首先介绍了与水力机械CFD解析有关的若干理论问题,着重比较了各种湍流模式的优缺点及在水力机械CFD解析中的适用性;其次通过“部分耦合”的方法解析了某中比转速混流式水轮机真机在不同工况下的稳定场,全面的分析了各过流部件内的流动特性以及其能量特性,并与模型试验的数据进行比较分析;对该水轮机空化性能进行研究,分析该水轮机转轮叶片空化的原因,提出改善叶片空化性能的修型方案,并对修型前后转轮的空化性能进行比较,取得了较好的实际效果。随着水力机械CFD解析技术的发展,人们对于混流式水轮机过流部件中主流的内流特性的了解正日益加深,而对于转轮与静止壁面之间上下迷宫环间隙内的流动以及其引起的流量损失和动力损失的认识还停留在经验公式上。本文首次通过对主流与间隙流的整体解析,详细的分析了混流式水轮机上下迷宫环间隙的内部流动情况,着重分析了上下迷宫环中能量损失的分布以及上下迷宫环间隙引起的流量损失及动力损失,并讨论了不同间隙形状对于流量损失及动力损失的影响;在此基础上,深入的对混流式水轮机中包括能量效率、流量效率及动力效率的综合水力效率进行详细分析,并与模型试验数据进行比较;最后,进一步分析了间隙流与主流之间的干涉作用,重点的分析了下环间隙出口流动对于尾水管内的水力性能的影响。另一方面,随着机组容量和尺寸的逐步增大,水轮机比转速不断提高,人们对于混流式水轮机的运行稳定性日益重视,这使得水轮机内部非定常流场解析十分必要。作为中比转速的混流式水轮机,尾水管内部螺旋形涡带所产生的压力脉动是造成这类<WP=5>机组振动的最主要根源。但由于尾水管内流动是强叁维、非定常、非线性的粘性流动,当涡核在尾水管内形成空化空腔时,它还是两相流。因此要对尾水管内的流态进行准确的数值模拟是十分困难的。此外,关于尾水管涡带的形成机理,目前尚存在不同看法。本文中作者应用最小能量损失原理及自由剪切层的拟序结构对于尾水管内死水区及螺旋形涡带的形成机理进行分析,提出尾水管中锥形自由剪切层之间的大涡结构是形成尾水管内螺旋形涡带的根本原因。本文中还详细的讨论了各种湍流模式在尾水管内部流动非定常数值解析中的适用性,并利用微分雷诺应力模式对尾水管内部流动进行非定常解析,验证了尾水管中螺旋形涡带形成的机理。最后通过对不同工况下的尾水管内部流动的解析,详细的分析了不同工况下尾水管内螺旋形涡带的运动规律及其引起的压力脉动。随着水电工程建设的高速发展,机组运行的自动化程度越来越高,无人值班、无人值守,远程控制的水电厂日益增多,对机组运行稳定性的要求日趋严格。本文基于对混流式水轮机稳定性的机理研究,以工程实际为背景开发了一套大型水力发电机组振动监测系统。本文首先详细的介绍了该振动监测系统的硬件及软件系统的总体结构,以及传感器的布点位置;然后,着重的比较了基于小波包分析的现代频谱分析方法和基于FFT传统频谱分析方法在提取混流式水轮机弱故障信号中的应用;最后通过在水电厂实际水电机组上对该系统进行安装调试,对其典型工况下的振动情况进行分析。
李黎[10]2010年在《污水处理厂尾水发电站水轮机全流场的CFD分析》文中研究说明水电是可再生的清洁能源,是中国能源结构的重要组成部分。近年来,我国经济快速发展,随着工业、农业的发展提速以及城市基础设施建设步伐的加快,社会电力需求紧张的矛盾开始凸现。同时随着水力资源的开发,可利用的高水头资源己经越来越少,所以低水头水电开发逐渐引起各方面的广泛关注。在这种情况下,我国第一个污水水处理厂尾水发电站于2009年9月在重庆正式发电运行。该项目综合考虑了社会经济发展的需求、能源的节约、水环境的保护与开发利用,符合国家有关节能减排、发展循环经济的相关政策。作为循环经济示范工程,为同行业开展循环经济研究提供参考,具有较大的借鉴意义。水轮机作为水电站的核心部件,对水电站的运行起着决定性的作用,水轮机技术的研究一直伴随着水电的开发在不断地发展。但是,国内外的不少水电站也因一些尚未解决的技术问题导致机组出现异常甚至过流部件的损坏,因此,还是存在着困扰水轮机安全高效稳定运行的一些技术难题筮待解决。另外,随着机组容量和尺寸的逐步增大,水轮机比转速不断提高,人们对于混流式水轮机的运行稳定性日益重视,这使得进行水轮机内部流场的模拟解析十分必要。总之,开展水轮机过流部件内部的定常及非定常流动分析对于深入了解水轮机振动的内在机理、改善水轮机的综合水力性能、提高水轮发电机组的运行稳定性具有十分重要的意义。本文以该污水处理厂尾水发电站的水轮机为参考,建立了该水轮机的全流道几何模型,并应用CFD软件对其内部流动进行了数值模拟,通过计算结果对水轮机内部流动情况及性能进行了分析。本研究具体完成的工作内容如下:一、根据所选水电站的实际水力参数,用Unigraphics软件建立了该电站的蜗壳、导叶、尾水管等水轮机过流部件的叁维几何模型,并将建好的水轮机的叁维模型导入gambit软件中,对过流部件进行网格划分。二、研究了利用Fluent软件对水轮机各主要部件的边界设定、参数选择、求解计算等一系列软件应用的关键步骤。将已经做好的网格文件导入软件后设置边界条件并进行计算。叁、采用数值模拟方法分析该混流式水轮机在清水介质中分别在大流量、最优工况、小流量工况下全流道叁维定常湍流动,建立了基于CFD分析的混流式水轮机性能预测方法。四、对求解收敛的结果进行后处理,得到了各个计算流体区域的速度矢量分布、压力等值线分布、湍流强度等值线分布,分析流体流动状态、速度分布和压力变化。通过对比和分析水轮机内部流动特征,获取水轮机各过流部件的流动信息,在定量和定性两个方面评价水轮机的性能。
参考文献：
[1]. 高比转速混流式水轮机低负荷运行稳定性研究[D]. 廖书长. 昆明理工大学. 2008
[2]. 大型混流式水轮机参数选择研究[D]. 苑连军. 西安理工大学. 2002
[3]. 按比转速选择混流式水轮机的主要参数[J]. 金少士. 云南电力技术. 1996
[4]. 大型混流式水轮机的应用现状与技术发展[J]. 唐澍, 潘罗平. 水利水电技术. 2009
[5]. 6MW小型混流式水轮机过流部件匹配设计[D]. 王鑫. 西安理工大学. 2017
[6]. 长短叶片混流式水轮机的数值模拟与性能分析[D]. 王宏伟. 西华大学. 2010
[7]. 混流式水轮机转轮结构及优化设计[D]. 何芳. 南昌大学. 2008
[8]. 大型混流式水轮机水力稳定性研究[D]. 张双全. 华中科技大学. 2008
[9]. 中比转速混流式水轮机内流场数值模拟及性能改善研究[D]. 肖若富. 华中科技大学. 2004
[10]. 污水处理厂尾水发电站水轮机全流场的CFD分析[D]. 李黎. 西华大学. 2010
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