混流式水轮机

摘要： 文章主要介绍了高水头混流式水轮机转轮的修复及性能优化情况,重点介绍了水轮机转轮经过若干年运行磨蚀后采用了全修复技术以及转轮修复的性能保证措施。修复后的转轮能够重新投入稳定运行,提高了水轮机核心部件即转轮重新利用的可行性和经济性,对其他高水头电站水轮机转轮修复改造提供了借鉴。

摘要： 针对混流式水轮发电机组转轮叶片头部区域破坏严重、机组运行时噪音较大、振动频繁等问题,文章在分析电站的水头、流量等特点的基础上,提出了增加活动导叶数量以及更换尾水管的优化设计措施。在额定工况下,采用CFD技术对改造前后机组的流场进行分析和对比。结果显示,改造后机组流场的顺畅性较之改造前有了较大的提升,转轮叶片头部区域的旋涡等现象消失,且尾水管的涡带水平降低、机组工作效率提升至预期水平。根据真机运行的结果显示,较之改造前,转轮叶片头部区域的破坏程度下降较多,机组的噪音明显减小,振动的频率显著下降,且额定工况下的效率达到了93%。由此可知,增加导叶数量和更换尾水管的方式能够提升组的水力特性。

摘要： 混流式水轮发电机组在发电排沙时容易因轴向水推力过大发生推力轴瓦烧损事故。基于CFD仿真分析某过流泥沙含量较大的水轮机的轴向水推力。建立水轮机主流道、上冠流道和下环流道的仿真模型,在ANSYS FLUNET中采用雷诺时均N-S方法(RANS)求解各流道含沙水的稳态湍流流场,其中含沙水流通过MIXTURE多相流模型模拟,湍流模型采用RNG k-ε两方程模型。分析了由各流道轴向水推力合成的水轮机全流道水推力随工况参数和含沙水参数的变化,结果表明水轮机转速、水头和泥沙颗粒直径对轴向水推力影响较小,流量、泥沙密度和泥沙含量的影响较大,轴向水推力随流量、泥沙密度或泥沙含量的增大近似线性增大,为采取有效措施减小水轮机轴向水推力起到了指导作用。

摘要： 为缩短小型混流式水轮机设计周期,确保机组良好的发电性能,文章采用相似理论对某水电站的小型混流式水轮机进行设计,并建立了机组流道的三维模型,通过CFD分析显示,在额定工况下,该机组的水力特性基本满足要求,其能量转化率和发电效率均符合预期目标。该研究结果表明:基于相似理论的水轮机设计,是一种可以有效缩短设计周期,保证机组良好性能的方法。

摘要： 为探究水光互补系统中混流式水轮机在非设计工况下转轮的结构稳定性,基于单向流固耦合理论,采用ANSYS软件对猛固桥水电站混流式水轮机进行了数值模拟。结果表明:转轮上较大等效应力区域出现在叶片出水边与上冠连接部分,而较大变形量分别位于叶片与下环连接处和叶片出水边靠近上冠位置;在模态分析中预应力对转轮固有频率影响较小;受导叶出口不稳定流动的影响,转轮结构极易发生径向变形,对叶片与下环连接处影响最大,易引起变形和断裂。研究成果可为水光互补系统中混流式水轮机结构稳定性设计提供理论指导。

摘要： 为了解某混流式水轮机超出力运行的可行性,借助ANSYS计算平台,分析额定工况及水头超10%出力工况下流场及结构场进行的数值仿真计算,所得尾水管脉动压力、转轮叶片静应力等均满足规范要求;对尾水管锥管段等关键部位压力脉动监测结果也表明,各观测值均满足设计要求,说明水轮机在一定高水头区域超出力运行是可行的。

摘要： 自激振动是一种常见的自然现象,水电站运行中最常见的当属混流式水轮机的自激弓状回旋,给机组安全稳定运行带来很大危害。混流式水轮机自激弓状回旋的研究主要集中在对其特征和规律的总结,对其形成机理的研究还相对较少。本文首先阐述了存在负阻尼是自激振动本质特征这一机理性认识,分析了间隙空化后空化、空腔作用力的变化及其负阻尼作用,提出该负阻尼作用是自激弓状回旋发生的主要源动力这一观点。通过对现有的增大迷宫间隙、向迷宫间隙处补气、减小顶盖排水等减轻自激振动措施的分析,间接证明了该观点的正确性。研究发现,常规弓状回旋公转频率和自转频率相同,但自激振动后公转频率和自转频率不同,公转频率达到临界转速频率后发生共振。本文还论证分析了自激弓状回旋和转轮转向相同、相反两种状况的启动力矩来源,发现并指出了自激弓状回旋和转轮转向相反时,振动频率等于主轴临界转速频率减转速频率这一规律。

摘要： 空化空蚀作为水轮机运行过程中的常见问题,对水轮机性能以及机组安全稳定运行产生影响。该研究以HLX80-LJ-145混流式水轮机为研究对象,在原始转轮的基础上增加襟翼,利用ANSYS CFX对流量0.6Q_(d)、0.8Q_(d)和设计流量Q_(d)工况点下清水与含沙水的转轮空化现象展开数值分析。结果表明:转轮叶片吸力面靠近转轮出口边出现大面积空化;增加襟翼后转轮进口来流得到分流,水流流态变好,流线顺畅,水流和泥沙流速均减小,空泡体积分数减小,清水介质中流量0.6Q_(d)工况点减小最为明显,相对减小约16.35%;泥沙对转轮内的破坏减弱,含沙水介质中流量0.6Q_(d)工况点最大空泡体积分数相对减小约11.34%,空化性能得到改善。

摘要： 为研究低开度下混流式水轮机的流固耦合特性,根据单向流固耦合理论,采用ANSYS软件中WorkBench中流固耦合计算模块对其进行数值模拟并对结果进行分析。数值模拟结果显示,在低开度下混流式水轮机转轮最大等效应力值出现在转轮叶片出水口与上冠连接处;在极低开度下,转轮最大位移变形值在叶片出口边中部有小范围分布。另外,还发现活动导叶开度的上升会造成最大位移值与等效应力值的上升。该研究结果可为经常运行于低开度情况下的混流式水轮机组提供一定的理论参考。

摘要： 对于投运多年的水电站,机组在运行过程中普遍暴露出效率低、水力稳定性差等问题。究其原因主要是设计之初的自然环境已发生巨大改变,设计理念的不成熟以及生产制造技术的精度跟不上,加上运行过程中的必要损耗,故而造成机组存在多方面的隐患,给设备的安全稳定运行带来严重威胁。对于老旧电站,现阶段提升水轮机的水力性能主要通过技术改造更换水轮机转轮和导水机构或切割叶片出口边来实现。常规的转轮改造方法是选用型谱中出力更大的转轮匹配原有流道实现提升机组出力,但是近年来数值模拟技术在水力机械优化设计中广泛应用,为水轮机的增容改造提供新的思路和方向。经过对国内某水电站HL160-WJ-84型号混流式水轮机组水力参数的探讨和设计理念的研究,最后决定采用负倾角叶片设计理念来设计转轮叶片代替传统二维设计方法设计出来的叶片。对转轮采用重新设计流道、减少叶片数为15片、装载新式叶片的改型方案。

摘要： 水轮机在部分负荷工况运行时,其内部流动状态十分复杂.尾水管涡带与叶道涡是混流式水轮机运行在部分负荷工况下出现的两种典型的涡流现象,然而其外在表现及动力学特性各不相同.本研究以某一低水头混流式模型水轮机为研究对象,进行了部分负荷工况下尾水管涡带及叶道涡流动特征的数值研究.研究结果发现,在额定负荷70％工况,螺旋形尾水管涡带出现且涡带进动频率约为转频的0.3倍;当负荷减小至45％时,相邻两叶片之间出现连续的空腔涡管,叶道涡充分发展,尾水管内回流严重.进一步分析比较了尾水管内轴向及圆周方向的速度分布以及两种典型涡流结构对水轮机水力性能的影响.

摘要： 混流式水轮机在偏离最优工况区运行时,不但在尾水管中有明显的旋转涡带,在转轮区也会有涡束沿着叶片流出,称为叶道涡.随着大型混流式水轮机的广泛应用,叶道涡有可能对机组的稳定运行产生影响.本文介绍了利用CFD数值分析方法对混流式水轮机的叶道涡进行优化.

摘要： 为了研究混流式水轮机在高水头段的水力性能,本文设计了一种带有长中短叶片的混流式水轮机,并对其进行了全流道的数值模拟.结果表明长中短叶片水轮机在最优工况点的表现略优于传统的长短叶片,但是长中短叶片水轮机的运行范围偏窄,在偏离最优点小流量工况和大流量工况中虽然没有涡流产生,但是转轮效率偏低,存在进一步优化的空间.

摘要： 本文主要介绍了越南中宋水电站混流式水轮机设计情况,重点对水轮机结构设计的主要特点和优点进行了介绍:水轮机总体采用东芝先进的技术和设计理念,模型试验在东芝的日本水力试验台通过验收;主轴密封采用无接触式主轴密封结构,并设置了集水箱和排水管;导叶接力器为14.0MPa高油压操作等级;机坑内地板平台采用全覆盖布置方式;蜗壳采用弹性层浇筑方式,蜗壳无需保压.东芝水电作为联营体一方承担中宋水电站水轮发电机组设计制造,从2013年10月开始进行设计,最终于2017年6月4台机组完成72h试运行,结果显示水轮机运行稳定,振动、摆度、温度等各项指标优良,各项设计总体达到预期目的,为东芝水电首个在越南成功设计、投运的海外项目.

摘要： 为了探究混流式水轮机上游部件对尾水管压力脉动的影响,本文采用SST湍流模型对混流式水轮机模型机全流道和部分流道(无蜗壳和无固定导叶两种情况)的低负荷和高负荷两个工况分别进行了非定常数值模拟研究,并通过FFT变换对计算结果进行频谱处理,得出以下结论:尾水管压力脉动为低频脉动,并且涡带在低负荷区顺时针旋转,而在高负荷区逆时针绕转轴旋转,旋转涡带产生的压力脉动为其转动频率的整数倍;蜗壳和固定导叶对水轮机尾水管压力脉动均不产生明显的影响.

摘要： 混流式水轮机涡带压力脉动是影响机组运行稳定性的主要因素之一,国内外均非常重视.涡带压力脉动有很好的频率相似性,但其幅值却可能随水头、转速、空化系数及原模型尺寸的变化呈现出很大的变化或不确定性,需要深入研究.本文选择对混流式水轮机涡带压力脉动幅值相似性影响比较大的两个参数进行研究.首先,研究了涡带偏心距对涡带压力脉动幅值的影响,指出了对压力脉动相对值的影响趋势;其次,研究了涡带空腔和尾水管边壁接触时压力脉动幅值的变化规律,探讨了其对压力脉动相似性的影响,指出涡带空腔碰壁产生的压力脉动幅值降低是造成压力脉动相似性随空化系数逆变化的主要因素.

摘要： 有限元应力计算结果的评判,直接影响设计方案的优劣.合理准确的评判,是使设计安全可靠且节约成本资源的有效途径.本文依托国家"一带一路"合作项目——老挝某超高水头、大容量、高转速的混流式水轮机,在详细的座环蜗壳有限元应力计算基础上,探讨和分析了如何使用不同的规范基准对应力进行合理评判.

摘要： 本文针对某水电站混流式水轮机在开展金属监督过程中发现固定导叶存在不同程度的裂纹,通过对发生裂纹的固定导叶进行深人分析,找出固定导叶裂纹产生的原因,并制定补强技术方案,取得良好的效果,保证了机组的可靠稳定运行.

摘要： 巴基斯坦科哈拉水电站装设4台单机容量275MW的混流式水轮发电机组,水轮机运行范围为277.58～321.19m.国外工程在运营、检修和维护等方面均存在一定的特殊性,本文在保证能量指标的前提下,充分考虑高水头电站在泥沙、空化等方面的影响,对科哈拉水电站水轮机模型及真机参数进行了论证,对水轮机抗磨措施进行了初步探讨.

摘要： 巴基斯坦科哈拉水电站装设4台单机容量275MW的混流式水轮发电机组,水轮机运行范围为277.58～321.19m.国外工程在运营、检修和维护等方面均存在一定的特殊性,本文在保证能量指标的前提下,充分考虑高水头电站在泥沙、空化等方面的影响,对科哈拉水电站水轮机模型及真机参数进行了论证,对水轮机抗磨措施进行了初步探讨.

摘要： 本发明公开了一种轴流式水轮机配水装置及水轮机节能设计方法，属于水电机组节能设计领域，包括轴流式水轮机，轴流式水轮机安装于水轮机配水装置的下方，轴流式水轮机的尾部安装有尾水排水管，轴流式水轮机的内部布置有水轮机多级叶轮，水轮机多级叶轮用于提高轴流式水轮机的效率，水轮机配水装置包括多个配水动叶，配水动叶环形设置在水轮机主轴的外侧，水轮机配水装置与调速器连接，调速器与控制柜连接，水轮机配水装置的上方与上水库之间设置有闸门。当水电机组运行时，投入轴流式水轮机配水装置，提高能量利用率，增发电量，提升水电站的经济效益水平。

摘要： 本发明公开了一种改善混流式水泵水轮机尾水管压力脉动的方法，涉及尾水管压力脉动技术领域，用于解决现有技术中水泵水轮机尾水管在运行过程中由于尾水管涡带的周期性旋转，会产生较强的压力脉动现象，从而使得水泵水轮机运行不稳定的问题，本发明包括尾管本体，所述尾管本体包括依次成型为一体的倾斜锥管段和连接部，所述倾斜锥管段包括相互成型为一体的倾斜段和竖直段，所述倾斜段向尾管本体的出口方向倾斜。本发明中倾斜段向尾管本体的出口方向倾斜，从而使得倾斜段对混流式水泵水轮机运行过程中的尾水管本体涡带现象起到一定的抑制作用，使得混流式水泵水轮机的压力脉动幅值呈现大幅度的下降，进而使得水泵水轮机运行过程中更加稳定。

摘要： 本实用新型涉及一种混流式水轮及水轮机，混流式水轮包括：轮盘；轮环，与轮盘同轴间隔设置；叶片，包括径向受压部及轴向受压部；径向受压部位于轮盘与轮环之间，径向受压部沿轮盘的轴向延伸呈平板状，径向受压部的两端分别连接轮盘及轴向受压部，径向受压部具有径向迎水面；轴向受压部位于轮环内，轴向受压部的一侧与轮环的内周面连接，轴向受压部相对径向受压部倾斜设置，轴向受压部具有与径向迎水面平滑相接的轴向迎水面，轴向迎水面为凹弧面并朝向轮盘。上述混流式水轮，部分水流在混流式水轮的径向及轴向都做功，促使混流式水轮，对水流能量的利用率较高，减少水流能量的损失，有效提高水流能量转换为混流式水轮转动能量的转换效率。

摘要： 本实用新型涉及一种混流式及轴流式水轮机导叶传动机构。其特点是包括导叶控制环和与所述导叶控制环通过其两侧大耳孔连接的两个接力器，所述导叶控制环的大耳孔有全关位置、中间行程位置和全开位置，其特征是：所述接力器位于所述导叶控制环大耳孔的全关位置和中间行程位置之间。本实用新型通过将接力器布置在导叶控制环大耳孔的全关位置和中间行程位置之间，减小了接力器推拉杆的摆角，使接力器推拉杆附加应力减小，使其运动更平稳，受力状态更合理，有效地减轻了接力器推拉杆的磨损，延长了接力器的使用寿命，工作安全可靠。

摘要： 一种混流式与轴流式转轮组合的两级水轮机，蜗壳状引水室上面固定装有盖板，盖板上部装有轴承室，轴承室内装有轴承，主轴下端伸进蜗壳状引水室，一级混流式转轮和二级轴流式转轮装在主轴上，一级混流式转轮与蜗壳状引水室连接，出水室与蜗壳状引水室周边连接，水流经导水叶改变水流环量后，进入一级混流式转轮，转换70%~80%的环量，然后进入二级轴流式转轮转换剩余20%~30%的环量，一级混流式转轮叶片进口夹角β11为130°~160°，出口夹角β12为40°~70°，二级轴流式转轮叶片进口夹角β21为40°~70°，出口夹角β22为10°~40°，设计新颖独特，运行稳定、效率高，解决了混流式水轮机叶片过于弯曲、效率较低、难焊接的问题，社会和经济效益显著。

摘要： 本发明提出一种带有弧线出水边翼型的混流式水轮机固定导叶，固定导叶的上端平面与水轮机座环上环板连接为一个整体，固定导叶的下端平面与水轮机座环下环板连接为一个整体，翼型吸力面为光滑过渡曲线；翼型压力面尾翼后缘为特定弧线；翼型出水截面尾翼后缘与压力面切点夹角θ1为15°～30°，翼型出水截面尾翼后缘与吸力面切点夹角θ2为60°～90°，翼型出水截面尾翼后缘长度L为翼型弦长的1％～5％，可以减小固定导叶出水边厚度、减少固定导叶出水边脱流、降低其出水边脱流点尾迹宽度、提高卡门涡街频率、降低涡街能量，实现错频、减小共振的目的。

摘要： 本发明公开了一种混流式水轮机的主轴密封装置，包括主轴、转轮和支持盖，主轴的下端通过法兰、螺柱和第一螺母与转轮的上端连接，主轴上套装有护管，支持盖的内壁上设置安装环板，安装环板的内环上固定有密封套，密封套的内壁与护管的外壁之间设置有O形密封圈，支持盖和转轮之间设置有升降环板，升降环板与转轮的上端面之间设置有弹性元件，升降环板上设置有截面形状为三角形的密封环，且三角形的一个角朝上布置，法兰的侧壁上设置有定位环，支持盖下部的内壁和定位环的外壁分别与密封环的两个斜面贴合。本发明可靠性高，密封效果好，还能对主轴起到保护作用，具有显著的经济价值和社会价值。

摘要： 一种具有泵式水轮机转轮的混流式水轮机，蜗壳引水室出口内装有固定导叶，固定导叶内面的蜗壳引水室内均布装有活动导叶，活动导叶内面的蜗壳引水室中心内的主轴上装有泵式水轮机转轮，水轮机转轮的出水口与尾水管构成的出水室相连通，泵式水轮机转轮包括上冠、泵式水轮机叶片和下环，泵式水轮机叶片均布装在上冠和下环之间，泵式水轮机叶片呈向内凹的后弯式，泵式水轮机叶片的进口安放角β1b为15°~60°，出口安放角β2b为10°~50°，包角α为40°~200°；本实用新型结构简单，设计科学合理，水力性能优良、运行稳定可靠，生产难度小、适宜整铸，有效的克服小微型常规混流式水轮机转轮在生产加工过程中遇到的技术问题，具有良好的经济和社会效益。

摘要： 一种混流式与轴流式转轮组合的两级水轮机，蜗壳状引水室上面固定装有盖板，盖板上部经支撑装有轴承室，轴承室内中心装有轴承，伸出轴承的主轴上端与另设的外部负载连接，主轴下端穿过盖板伸进蜗壳状引水室，盖板上面的主轴上装有轴封，一级混流式转轮进口外周与蜗壳状引水室的出口连接，蜗壳状引水室与一级混流式转轮之间连通的管道内装有均布的导水叶，一级混流式转轮与二级轴流式转轮连通，二级轴流式转轮装在出水室主轴下端，出水室与蜗壳状引水室周边连接在一起，设计新颖独特，操作方便，运行稳定、效率高、利解决了使用单机超低比转速混流式水轮机时叶片过于弯曲、效率较低、难焊接的问题，社会和经济效益显著。

摘要： 本实用新型公开了一种混流式水轮机消涡装置，包括支撑装置、三个导流板；支撑装置的一部分安装在尾水管直锥段内壁上；三个导流板安装在支撑装置的另一部分上，并置于水轮机转轮出口处；三个导流板形成为涡轮状结构，三个导流板的周向设置方向与机组转轮旋转方向相反。本实用新型中，三个导流板形成为涡轮状结构，且三个导流板的周向设置方向与机组转轮旋转方向相反，并置于水轮机转轮出口处，可以有效阻止尾水管涡带的产生，降低尾水管内的涡带能量，使水流在尾水管内不能形成一个完整的涡，也杜绝了空腔空化，达到降低压力脉动，减少机组振动、保证稳定运行的目的。