贯流式水轮机

摘要： 贯流发电机组尾水流道为喇叭口形状,因此混凝土施工时必须采用异型模板,本文介绍峡江水利枢纽东电水轮机尾水流道模板设计,阐述尾水流道模板设计质量控制要点及施工后实际效果。

摘要： 贯流式水轮机在实际运行过程中受力不对称,这使得叶片容易出现疲劳损坏、裂纹等问题,为准确地揭示贯流式水轮机内部流动状态,分析水轮机振动及叶片疲劳损坏的内在原因,该研究在考虑上下游库区自由液面及水体重力的情况下对灯泡贯流式水轮机进行真机流动性能的数值研究,并采用流固耦合的方法对不同工况下转轮叶片进行应力应变分析。结果表明:受水体重力产生的静水压力影响,贯流式水轮机叶片旋转的过程中经历周期性的压力波动,且水头越低、转轮淹没深度越大,叶片表面所承受的压力波动幅值越大;叶片的形变量沿半径方向逐渐增大,叶片位于0°位置时,静水压力方向与叶片表面动水压力方向一致且相互叠加,使得叶片产生最大形变量,叶片处于180°位置时,静水压力推动叶片转动有助于缓解叶片发生形变;由于悬臂梁结构的叶片在轮缘处的应力可以通过形变量得到释放使得此处等效应力接近为0,随着半径的减小等效应力逐渐增大,叶片靠轮毂处受枢轴的约束而使得此处应力出现最大值;水头的增加导致转轮淹没深度减小,使叶片表面承受的静水压力减小,因此叶片上的最大形变量及最大等效应力均有所减小。研究结果对贯流式水轮机转轮叶片设计优化、运行维护具有理论指导意义。

摘要： 研究灯泡贯流式水轮机在低水头工况下的内流特性,以南平电站贯流式水轮机为研究对象,利用RNG k-ε湍流模型对全流道进行了数值计算,分析在低水头工况下机组全流道流动情况,并定量分析了转轮的径向力分布情况。结果表明:南平贯流式水轮机在低水头的工况下,机组内部流动紊乱,在尾水管中存在大量的涡,导致机组在运行不稳定;在低水头小开度工况会导致机组出力不足,在大开度工况下造成机组效率较低,对电站水资源造成浪费。贯流式水轮机偏离协联工况时会造成转轮区域径向力的不平衡,将会引起机组运行运行过程中的振动和噪声,甚至引起转轮叶片的裂纹,将会降低电站的安全性和经济性。则水电站运行中要做好水情预测,及时调节水轮机导叶和桨叶开度,提高电站水能利用率。

摘要： 贯流式水轮机流道较短,纵横尺度相当,且机组水头与转轮直径之比相对较小,因此库区自由液面与水体重力对水轮机内部流动影响较其他类型水轮机更明显。基于此,本文以福建某灯泡贯流式水轮机为研究对象,构建包含上下游水池在内的全过流流道模型,利用Fluent软件中VOF模型,对不考虑和考虑自由液面两种情况分别进行三维数值模拟并对结果进行对比,结果表明:考虑重力项和自由液面后,受到气相和水相的交互影响,机组流量提高了1.79%,转轮力矩减小了6.65%,效率降低了7.5%,压力脉动幅值更大,进出水池内与空气层交界处的压力比增大2.4%,导叶进口处湍动能产生突变,转轮区域涡速高,尾水管低压区分布更广。

摘要： 随着贯流式水轮机发电技术的日益成熟,利用其回收循环水系统余压能的工业应用越来越多。本文将一维特征线(MOC)方法与三维计算流体力学(CFD)方法相结合,开发了一维管网和三维贯流式水轮机耦合模拟方法,模拟了真实系统中贯流式水轮机飞逸过程,探究了该过程中故障水轮机流动特性及转轮受力特性。主要结果表明:由稳态工况到飞逸状态所需的时间随着转动惯量减小而变短;转轮和尾水管域的监测点压力脉动振幅高值均发生在转轮叶频及其高次谐波;飞逸过程中,转轮所受轴向力大幅下降,而径向力表现出大幅增加且剧烈振荡特性;转轮叶片表面压力出现明显的交变规律,负压区位于进水侧叶缘处;尾水管内逐渐形成较大旋涡,并沿着流动方向逐渐向管道壁面发展。

摘要： 贯流式水轮发电机组在低水头水力资源开发利用中使用广泛,贯流式机组分为全贯流式、灯泡贯流式、竖井贯流式和轴伸贯流式.竖井贯流式机组具有水头低,单位流量大、结构简单、造价低廉,水工结构紧凑、土建投资较少等优点,贯流式机组主轴密封漏水一直是运行故障中的突出问题,对机组安全运行存在较大隐患.在原有结构的基础上,尝试使用骨架油封替代原密封装置.使用NOK系列骨架油封有效解决贯流式机组工作密封漏水问题、延长检修周期,取得良好效果.

摘要： 许多贯流式水电站机组振动严重、噪声大,部分电站难以正常运行。目前的贯流式水轮机稳定性研究多侧重于转速频率和涡带频率,对高倍转速频率压力脉动危害性及其成因关注较少。本文将空腔危害水力机械稳定性理论应用于灯泡贯流式水轮机间隙空化研究,采用理论分析和原、模型试验验证相结合的方法,论证分析了间隙空化和高倍转速频率压力脉动的联系。本文介绍了贯流式水轮机原、模型尾水管压力脉动和真机振动的频率特性及工况条件,指出其产生原因是转轮叶片或导叶端面间隙空化,证明1倍、2倍或3倍叶片通过频率压力脉动产生于叶片内、外侧端面间隙空化,导叶通过频率压力脉动来自于导叶端面间隙空化。

摘要： 鱼类在通过贯流式水轮机流道时会遭遇撞击、压强变化等引发的损伤.本文基于试验和CFD分析方法探究了不同工况下贯流式水轮机全流道压强变化对鱼的损伤机理及阈值.通过试验实现鱼经过水轮机过程中压强变化情况的高精度仿真,研究鱼类在贯流式水轮机内部受压强及压强梯度的影响.试验结果表明:正压状态下加压至最大压强0.68MPa时,对鱼损伤不明显;随着压强阈值的降低,受损伤和死亡的试验鱼越多,负压状态下降压至压强-0.015 MPa时,鱼类受到损伤,下降至-0.075 MPa时,鱼类全部死亡.通过数值计算分析得出:相对压强小于-15 kPa的区域主要位于叶片背面靠近进口边的位置,且当贯流式水轮机在不同导叶开度下运行时,相对压强小于-15 kPa的区域随着流量的增加呈增多趋势,鱼类遭受压强损伤概率随着流量的升高呈增大趋势.当水轮机在最小水头的大流量工况时,鱼类遭受压强损伤概率达到了最大值6.45％.鱼类遭受压强梯度损伤概率随着流量的升高呈先增大后减小趋势.当水轮机在最大水头的导叶开度为60mm时,鱼类遭受压强梯度损伤概率达到了最大值4.61％.

摘要： 为了研究不同泥沙直径对贯流式水轮机全流道磨损情况,基于雷诺时均N-S方程,采用欧拉-拉格朗日法并结合多面体网格技术、Realizable k-εTwo-layer湍流模型对贯流式水轮机全流道进行三维非定常固液两相流数值模拟.结果表明:同一泥沙浓度下随着泥沙直径的增大,进水管道上端面磨损较小而下端面磨损较大,当泥沙直径为0.20 mm时下端面最大磨损率达到0.000795 kg/(m2·s);活动导叶和尾水管磨损区域随着泥沙直径的增大逐渐减小,当泥沙直径为0.01 mm时活动导叶最大磨损率为0.004600 kg/(m2·s),主要磨损区域为导叶吸力面,尾水管最大磨损率为0.000540 kg/(m2·s);转轮最大磨损率随着泥沙直径的增大逐渐变小,当泥沙直径为0.01 mm时,转轮最大磨损率为0.062200 kg/(m2·s),主要磨损区域为叶片出水边和靠近轮毂处.机组在运行过程中,磨损最严重的部件是转轮,当泥沙直径为0.05 mm时,转轮体整体磨损率达到了5.750000 kg/(m2·s),应避免转轮长时间在小直径泥沙下运行,导致磨损加剧.

摘要： 以柴家峡电站原型机为研究对象,采用数值计算对水轮机转轮区域空化现象进行了系统的研究。通过改变轮缘间隙的距离,对灯泡贯流式水轮机不同轮缘间隙时的空化现象进行模拟,比较了不同间隙值转轮空化的发生状态,分析了轮缘间隙值变化对水轮机转轮空化性能及流场压力脉动的影响。结果表明:转轮内空化区域主要发生在叶片背面轮缘靠近出水边处和叶片背面轮毂间隙处,间隙值增大使轮缘处间隙空化发生剧烈。这是由于叶片与转轮室之间的位置存在间隙泄漏流动所引起的,此位置流体受到转轮主流的排挤作用并且在二次流和回流的共同作用下,间隙泄漏流动容易形成漩涡,从而致使此处的压力降低;叶片压力脉动呈现出周期性的变化,轮缘处对压力脉动所引起的振动敏感性大于叶片中部和轮毂处,当间隙值远离设计值时,压力幅值变化剧烈。

摘要： 本文以长沙枢纽电站的原型水轮机为对象建立几何模型,采用SSTk-ω湍流模型通过CFX软件对从进口到尾水管出口的全流道进行了数值计算.通过对比加入重力场前后的计算结果,分析了重力场对预估灯泡贯流式水轮机性能的影响.结论是:当计算目标为效率、出力等水轮机外特性时,可忽略重力场的影响;当计算目的是结构强度计算时,必须考虑重力场的影响.

摘要： 贯流式水轮机已成为开发特大流量、低水头和超低水头水力资源以及潮汐能的良好机型.但是贯流式机组水头与转轮直径之比(H/D1)较小,依靠模型机研究所得到的水轮机运行性能与实际情况下存在差异.针对此问题,本文对贯流式水轮机进行真机尺寸下的数值计算,对比分析了考虑与不考虑自由液面及水流重力情况下贯流式水轮机的性能差异,以揭示贯流式水轮机内部的流动状态.研究结果表明:在自由液面及水流重力影响下,贯流式水轮机内压力分布由顶部到底部逐渐增大,叶片在旋转过程中要经历周期性的压力波动;同时贯流式水轮机的运行区域向小流量、高水头方向移动.本研究结果将对贯流式水轮机的设计及运行具有一定的指导意义.

摘要： 针对目前国内关于竖井贯流式水轮机压力脉动方面的研究工作较少,本文以某水电站模型水轮机为对象,运用计算流体力学(CFD)数值模拟,通过改变水轮机导叶和叶片安装角度,研究导叶角度与叶片角度的变化对竖井贯流式水轮机能量的影响规律.通过采用“Second Order Backward Euler”法对水轮机进行非定常模拟,研究在额定工况、小流量及大流量工况下,竖井贯流式水轮机压力脉动变化特征.计算结果表明;随着导叶角度的增大,水轮机效率先减小后增大,但效率变化范围很小;叶片角度的改变对水轮机效率影响较大,在某一角度下,水轮机达到高效率点,并基本保持稳定.压力脉动从进水流道到转轮区,脉动频率基本稳定,出水流道的脉动频率会有所增加,且由尾水管部分产生的压力脉动由尾水管到转轮区、导叶区向前部传递.本文的研究工作为预测竖井贯流式水轮机能量及压力脉动奠定了理论基础.

摘要： Fe3O4质量分数对橡胶密封性能有着极大的影响.近年来,因贯流式水轮机导叶套筒密封材料失效而引起水或油泄漏事故层出不穷,对于在贯流式水轮机导叶套筒密封材料的研究也成为了很多研究人员所关注的焦点.因此,本文通过对不同质量的Fe3O4密封橡胶材料在贯流式水轮机导叶套筒应用进行理论方程分析发现:一定配比的Fe3O4质量分数的密封橡胶材料相比于传统密封材料来说,它的摩擦系数更小、抗磨损性能更强.最后,将几种不同质量分数的Fe3O4密封橡胶材料在水电站进行实际应用,一定配比质量分数的Fe3O4密封橡胶材料使得贯流式水轮机导叶套筒的泄漏量相比于对照组显著减少,水轮机的密封性能得到极大的提高.

摘要： 为了计算贯流式水轮机叶片流固耦合下,应力、变形以及流动特性.本文以某电站贯流式水轮机为研究对象,采用顺序双向流固耦合计算方法对不同工况下贯流式水轮机进行数值计算,并将计算得到的结构应力,变形位移,流场的压力与非耦合情况下计算的结果进行对比.计算结果表明:不同工况下,单向和双向耦合下最大等效应力值都发生在转轮叶片靠近轮毂处,最大位移发生位置为叶片出水边轮缘处,耦合前后分布基本一致,双向耦合得到的最大值比单向有所增加.在最大变形位移处,耦合前后等效应力值差值较大,反之较小;随着导叶开度的增加,最大等效应力及变形位移值有所下降,单向和双向耦合计算得到的最大等效应力及变形位移相对差值有所增加;与考虑耦合前相比,在变形位移较大且靠近叶片间隙位置,耦合后叶片正面和背面的压差有所上升.

摘要： 为研究贯流式轮机在各个工况下的尾水管流动情况,应用计算流体力学软件CFX分别对贯流式水轮机某开度下的额定工况、大流量工况和小流量工况进行数值模拟,分析了尾水管内的流动情况和压力脉动.结果表明:额定工况下运行稳定,压力脉动的最大幅值在尾水管进口处,频率为叶片频率,管内脉动主频为转轮转动频率;大流量工况在转轮出口形成了纺锤形涡带,虽然较稳定但造成了效率的下降;小流量工况下由于偏心涡带的影响,进水口处的脉动频率接近管内频率,即转轮的转动频率.

摘要： 本文结合南津渡水电厂贯流式水轮机调节系统的技术改造,对开机控制过程进行了进一步优化调整，采用加速度控制的启动方式。在整个开机过程中，测频信号一直参与控制，调速器始终处于闭环调节状态。加速开度（启动开度）的整定值较小，既可小于空载开度也可略大于空载开限，当机组开始转动，调速器刚测到机组频率，轮叶就从启动角缓慢向协联角度关闭：频率给定（频率目标值）结合机频的当前值按近似指数规律逐渐增加至额定值，使机频也按指数规律逐渐达到额定值。从机组开始转动至额定转速的20%，频率给定跟踪机组频率；机组转速约达额定转速的85%前，机组加速度设定为2Hz/s;机组转速约达额定转速的95%前，机组加速度设定为lHz/s;机组转速达额定转速的95%后，机组加速度设定为0.5Hz/s，直至频率给定值达额定值。这种启动方式对水头与空载开度关系的依赖小，机组升速平稳快捷、轴向力及转轮力矩波动小、转轮动应力小、流道压力变化较小。

摘要： 贯流式水轮机适用于低水头水力资源的开发,具有良好的发展前景.但是,由于贯流式水轮机特殊的轴系结构形式,实现贯流式水轮机的高精度模型测试的难度更大.本文介绍了中国水利水电科学研究院(IWHR)的贯流式水轮机模型试验技术的进展情况,通过开展桨叶水力矩和导叶水力矩等测试技术研究,实现了对贯流式水轮机模型力特性的高精度测量.目前该试验台已经完成多项贯流式水轮机模型开发和验收试验,取得了较好的试验效果.

摘要： 洪江水电厂3号水轮机自投产以来就存在效率偏低及水头较低时无法带至额定功率的状况,电厂运行数据显示:3号机在与其它机组带相同负荷的情况下,导叶开度、桨叶开度均大于其它机组,给电厂经济运行带来了损失.针对3号机组效率偏低问题,洪江电厂通过对导桨叶叶型开口的测量及真机试验发现其主要原因是协联关系欠优,为此洪江电厂组织开展了多水头下的水轮机现场协联优化试验研究,优化了水轮机的协联关系,提升了灯泡贯流式水轮机效率,并改善了机组运行稳定性.

摘要： 波黑MRSOVO水电站的水头范围8～21m,正好处于两种机型的交叉区域.本文介绍了波黑MRSOVO水电站水轮机选型的详细过程,从技术、经济、安装、运行维护各个方面对比了轴流式水轮机和贯流式水轮机各自的优缺点.通过详细的计算分析发现,贯流武水轮机在经济上比轴流式水轮机略有优势.但是结合目前国内在高水头20～30m的贯流式水轮机制造业绩及本电站的装机规模分析,目前阶段不推荐贯流式水轮机.

摘要： 特大型灯泡贯流式水轮发电机组水轮机转轮安装工艺，其步骤如下：1)、将桨叶操作机构与水轮机转轮体在机坑外进行组装；2)、利用吊具拉动桨叶操作机构的缸体，试验检查桨叶操作机构的行程及灵敏度；3)、将水轮机转轮体吊入机坑并与导水机构把合；4)、转轮连轴工作完成后进行桨叶安装，依次将5个桨叶安装到位；5)、检查桨叶与转轮体结合面之间的密封性，检查接力器活塞组合的密封性。本发明安装工艺不需要对桨叶进行预装，一次安装成功，省略了桨叶的预装和拆卸，保证了安装质量，节约了工期，降低了安装难度及安装风险，为我国特大型灯泡贯流式机组水轮机转轮的安装提供了宝贵的经验和借鉴的工法。

摘要： 特大型灯泡贯流式水轮发电机组水轮机转轮安装工艺，其步骤如下：1)将桨叶操作机构与水轮机转轮体在机坑外进行组装；2)利用吊具拉动桨叶操作机构的缸体，试验检查桨叶操作机构的行程及灵敏度；3)将水轮机转轮体吊入机坑并与导水机构把合；4)转轮连轴工作完成后进行桨叶安装，依次将5个桨叶安装到位；5)检查桨叶与转轮体结合面之间的密封性，检查接力器活塞组合的密封性。本发明安装工艺不需要对桨叶进行预装，一次安装成功，省略了桨叶的预装和拆卸，保证了安装质量，节约了工期，降低了安装难度及安装风险，为我国特大型灯泡贯流式机组水轮机转轮的安装提供了宝贵的经验和借鉴的工法。

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： 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： 本发明公开了一种贯流式水轮机尾水管同步压力脉动的识别方法，在尾水管外侧同一截断面上安装有3个压力脉动传感器，通过对贯流式水轮机尾水管压力脉动信号进行变分模态分解和时频分析识别出其同步压力脉动；通过本发明能够识别出贯流式水轮机尾水管压力脉动中的同步压力脉动，为水轮机设计阶段避免运行过程中同步压力脉动的出现提供依据。

摘要： 本发明公开了一种用于调节灯泡贯流式水轮机主轴转动惯量的装置及方法，装置包括永磁装置和电磁控制装置，永磁装置为永磁铁材质，固定套设在主轴的外侧壁上；电磁控制装置包括电磁控制器、电磁控制体和电磁线圈，电磁控制器固定在灯泡体内壳壁上，电磁控制器位于永磁装置正下方，电磁控制体分别固定连接在电磁控制器的两端，两个电磁控制体相对主轴对称设置，电磁线圈缠绕在电磁控制体上。调整机组转动惯量，在机组负荷增加时，通过电磁控制器对电磁线圈通电，电磁线圈产生的磁场使电磁控制装置与永磁装置之间相互排斥；在机组负荷减小时，通过电磁控制器对电磁线圈通电，电磁线圈产生的磁场使电磁控制装置与永磁装置之间相互吸引。

摘要： 本发明公开了一种用于灯泡贯流式水轮机出水管的变角度伞式导流装置，设置于出水管入水口处，导流装置的主杆的两端各连接一个固定杆，通过将两个固定杆的顶端连接在出水管顶壁上，将整个导流装置沿着水流方向悬挂于出水管中；三个连杆的一端均铰接于主杆连接固定杆一的一端，三个连杆的另一端分别与一个导流叶片连接；三个支撑杆的一端分别与一个导流叶片的内侧铰接，三个支撑杆的另一端均铰接于卡环上；调节杆的一端与固定杆二铰接，另一端与卡环铰接，调节杆能相对固定杆二上、下滑动，调节杆推动卡环滑动，改变导流叶片与主杆之间的夹角。本发明所述导流装置能够根据实时监测的流量，自动调节至不同的叶片角度，引导水流，改善出水管流态。

摘要： 本发明公开了一种高强度贯流式水轮机，包括安置空腔、设置在安置空腔内且分别与上、下游水流相连的转轮室，转轮室内设有灯泡体，灯泡体在靠近下游水流一端设有转轮，转轮室通过混凝土支撑块与安置空腔形成固定连接。本发明可使转轮室得到良好的支撑，提升其稳固性，并且有利于降低、甚至消除转轮室的振动现象，提升转轮室的强度和使用寿命。

摘要： 一种贯流式水轮机控制环、外配水环之间的装配方法，其特征在于：包括以下安装步骤：第一步骤，将安装的环境温度降到所述形状记忆合金不能恢复形变的温度之下；第二步骤，将所述U型形状记忆合金，由锐角压为直角或为大钝角；第三步骤，将所述U型形状记忆合金、所述高分子复合材料滑块用所述螺栓把合到所述控制环、所述压环上，用润滑脂将所述U型形状记忆合金、所述高分子复合材料滑块黏在所述控制环、所述压环设置的盲孔内；第四步骤，装配所述控制环、所述外配水环、所述压环、所述滚珠；第五步骤，升温激活所述U型形状记忆合金的形状记忆效应。

摘要： 一种降低贯流式水轮机控制环、外配水环之间应力的方法，其特征在于：降低贯流式水轮机控制环、外配水环之间应力的以下两种方法：第一种方法，将滚动结构的点接触优化为线接触；所述贯流式水轮机控制环与所述钢珠的接触方式由点接触优化为线接触；所述贯流式水轮机压环与所述钢珠的接触方式由点接触优化为线接触；所述贯流式水轮机外配水环与所述钢珠的接触方式由点接触优化为线接触；第二种方法，所述贯流式水轮机控制环与所述贯流式水轮机外配水环之间设置所述高分子复合材料滑块；所述贯流式水轮机压环与所述贯流式水轮机外配水环之间设置所述高分子复合材料滑块；所述高分子复合材料滑块采用自润结构。