高水头混流式水轮机技术交流会综述

西南地区水能资源极为丰富。目前开发的重点是中高水头电站，它们具有许多共同的特点：水头高，河流含沙量大，水头变幅较大。已建成了多座高水头大中型容量的电站，均采用混流式水轮机，其中云南的鲁布革、四川的二滩、广西、贵州的天生桥一级电站都是引进国外先进转轮和技术的大容量水轮机，投运以来都显示出这些水轮机良好综合性能，尤其是鲁布革电站引进的挪威克瓦纳带副叶片、X型叶片的转轮及偏心大轴颈导水叶等，经过十多年运行，显示了良好的抗磨蚀及水力稳定性能，水轮机效率和运行可靠性也达到了国际先进水平，积累了丰富的运行经…     

基于欧拉固液两相流模型的混流式水轮机导水机构磨蚀损伤研究

为保障水轮机发电机组的安全运行,对水轮机活动导叶磨蚀损伤机理进行研究。基于欧拉固液两相流模型对水轮机活动导叶内部的固液两相紊流进行数值模拟,对磨损情况进行了分析,提出了导水机构的磨损预估及相应的修复建议。所得结论可供相关研究人员参考。     

江边水电站高水头混流式水轮机设计

主要介绍了四川江边水电站高水头混流式水轮机设计情况,重点对水轮机主要部件结构设计特点进行了介绍:转轮采用长短叶片结构,控制转轮进口处的流态;泵板和无接触式主轴密封结构;导水机构的剪断销加摩擦装置;高尾水位的主轴中心孔补气装置;水轮机中拆结构;水导轴承及导水机构密封等东芝公司经典结构。江边水电站3台机自2011年4月已先后投入运行,至今已正常运行3年多。     

高水头混流式水轮机主轴密封的改造研究

国内高水头混流式水轮机主轴密封一般采用端面式结构，实践证明在许多电站这咎结构达不到安全可靠运行的要求，螺旋动力泵式主轴密封为一种非接触的动力密封，能使机组主轴密封处于不接触，无漏泄的运行状态，南桠河和耿达水电站机组主轴密封履行为螺旋动力泵式主轴密封后，解决了多年存在的运行缺陷。这种主轴密封结构可以广泛应用于高水头混流式水轮机主轴密封中。     

混流式水轮机导水机构损伤三维数值模拟分析

为了分析和预测混流式机组导水机构在运行中出现的损伤,结合华能瑞丽江一级水电站机组的设计参数及运行实例,利用CFD软件,采用雷诺时均Navier-Stokes控制方程、S-A湍流模型和SIMPLC算法,对额定运行工况下的混流式机组导水机构进行三维数值模拟,分析导水机构内部流速场、压力场分布情况。数值模拟结果显示,蜗壳引水区流态良好,活动导叶区流态紊乱,出口边存在较大尺度脱流现象,压力分布不均匀,背水面偏心小圆面处出现负压区,存在空化现象,能量损失较为严重。水电站导水机构实际运行情况与数值模拟结果基本吻合,证明了数值模拟方法的有效性。根据导水机构损伤情况提出了相应的修复建议。     

高水头混流式水轮机长短叶片转轮裂纹分析

石板水电站装有3台35MW采用长短叶片转轮的高水头混流式水轮机,机1997年投入运行以来,水轮机在空蚀、磨蚀、效率、运行稳定性方面表现出很好的性能,但转轮叶片出现了裂纹。为此,从设计、制造质量和运行方面．分析了引起该水轮机转轮叶片裂纹产生的主要原因,提出了防止裂纹的建议,对水轮机的制造和运行有较好的参考价值。     

高水头混流式水轮机蜗壳水压试验及封堵设施

高水头混流式机组蜗壳安装完成后通常需进行水压试验,试验所用的临时封堵设施,不同厂家有不同做法,归纳其典型做法有如下两种:一种是挪威克瓦纳公司采用的顶盖、底环、活动导叶加试验环仿真试验方法;另一种是许多厂家常用的在蜗壳/座环安装完成后单独使用水压试验筒完成水压试验的方法。两种试验方法各有利弊。以天荒坪电站、惠州蓄能电站为例作一简要介绍,供选型参考。     

混流式水轮机内部空化流动数值模拟

为探究不同比例的长短叶片对混流式水轮机内部流场空化特性的影响,基于欧拉-欧拉方法中均匀多相流假设的混合两相流体无滑移模型,采用RNG k~ε湍流模型以及三维时均N-S方程,对各混流式水轮机进行全流道三维定常空化湍流计算,获得了3种不同比例长短叶片对应的混流式水轮机在各空化系数下空泡相的流动特征以及各水轮机对应的σ~η曲线图。计算结果表明,当长短叶片比例为0.47时,水轮机临界空化系数最小,为0.060 8,相比长短叶片比例为0.6时降低了8.82%;当3种水轮机处于同一空化系数下时,该型水轮机效率最高;随着水轮机转轮短叶片的增多,水轮机的空化性能及能量性能得到了明显的提升。研究结果对长短叶片混流式水轮机的设计、优化和改型等具有一定的指导意义。     

高水头混流式水轮机的结构及运行特性

高水头混流式水轮机具有其独特的结构及运行特性,根据多个高水头水电站采用混流式水轮机的实际设计经验,对高水头混流式水轮机的主要结构特点及运行特性进行了分析总结,并说明了带副叶片的高水头混流式水轮机的应用优势和特点。     

高水头混流式水轮机的发展趋势及水力特点

高水头混流式水轮机是当前较为先进的水轮机设备,具有尺寸小、重量轻、水力效率高等优点。在设程中,考虑了不同部件对水力效率的影响,设计开发了长短叶片转轮和带翼大端面大轴颈偏心导叶,了高水头机组在运行中效率损失、空蚀和磨损等诸多难题。适合多泥沙河流电站开发使用。     

混流式水轮机内三维定常湍流数值研究

基于 k-ε紊流模型和三维时均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.捕捉到了水轮机过流部件内的流场和非最优工况下转轮通道及尾水管内的旋涡结构与演化特征等流动信息.结果表明,水轮机的全通道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.     

三维非定常湍流尾水管涡带数值模拟

采用全流道三维非定常流动数值模拟方法,研究了混流式水轮机在部分负荷工况运行时,尾水管涡带在尾水管内引起的压力脉动现象。计算工况为典型的部分负荷工况,单位转速为70.52r/min, 单位流量为0.679m3/s。计算结果表明在4个计算点都得到了涡带低频压力脉动：频率为0.333Hz, 是转频1.25Hz的1/3.75,相近工况（n11=71.25r/min,Q11=0.689m3/s）模型试验测得涡带频率为5.31Hz, 是转频18.62Hz的1/3.51,从涡带频率看计算结果与试验测量结果一致。研究成果表明数值模拟方法是可行的,可以在设计阶段预测尾水管内涡带压力脉动的特性。     

高水头混流式水轮机减负荷瞬态流动特性研究

为了平衡和补偿间歇性可再生能源不定时并网对电网的不利冲击,水轮机不得不频繁地经历减负荷瞬态工况转换过程,从而诱发水轮机内部不稳定的压力脉动及涡流结构。基于多面体网格及动网格技术,开展了高水头混流式水轮机导叶关闭减负荷过程水轮机特征参数响应、压力脉动及涡流演化特性的数值模拟工作。研究发现,采用压力边界条件获得的水轮机水头与试验结果吻合较好,流量结果可信度高。负荷变化过程中,无叶区压力脉动相对变化趋势与导叶运动规律一致,且幅值变化不大。导叶开始及停止运动,引起尾水管内的压力信号发生突变,并逐渐形成低频周期性压力脉动。涡带运动诱发的不稳定压力脉动,是转轮轴向水推力形成的主要原因。在导叶闭合过程中,强度较小的轴对称涡带首先沿轴向和径向拉伸,随后沿轴向收缩。导叶停止运动进入部分负荷工况,直涡结构进一步收缩,演变为细长状双螺旋结构,最后双螺旋涡结构合并成强度较高的单一螺旋状涡带。此外,水轮机负荷的减小使尾水管内出现回流,漩涡运动等不稳定现象。     

固液两相湍流和颗粒磨损的数值模拟

基于两流体模型，建立了固液两相流中更一般的Ｋ－ε双方程湍流模型，模化了固相和液相的连续方程，动量方程及Ｋ方程和ε方程，在这些模化方程中，考虑了固液两相间的滑移，颗粒间的作用及相间作用，使用本文所建立的流模型和粒磨损模型，可 液两相湍流中的流动特性和颗粒对过流部件的磨损率，本文给出了一水轮机导叶在含沙水流中的过流特性及磨损情况的数值模拟，预测结果与实验结果比较一致。     

混流式水轮机叶片流激振动机理的数学描述

诱发混流式水轮机水力振动的机理十分复杂，理论上按振因可将其分为湍流激振、涡激振动、流弹性失稳振动、两相流激振以及平均轴向流诱发振动等因素。这些激振因素可能是单项激励诱发振动，也可能是多因素并存而发振。本文在正交流线坐标系中，使用一般壳体理论及任意拉各朗日一欧拉描述(ALE)，建立了描述混流式水轮机叶片流激振动及其稳定性的数学模型，为从理论上深入分析叶片流激振动的机理及振动特性提供一个分析平台。     

混流式水轮机转轮双向流固耦合力学特性研究

为了解运行过程中的水轮机叶片应力、应变和流场的分布状况及规律,以某高比转速混流式水轮机为例,采用双向流固耦合算法,对其转轮叶片的应力应变情况和内部流动特性进行了研究和计算分析。研究结果表明,在高转速小流量的工况下,叶片的最大变形出现在出水边的下部,出水边中部也出现了比较大的变形,叶片的进水边、出水边与上冠及出水边与下环的相连接处出现了集中应力;在其他工况下,叶片的最大变形出现在出水边的中部,集中应力出现在叶片出水边与上冠的相连接处。该水轮机在正常运行的情况下,转轮叶片的变形很小,对内部流场的影响不大。因此,如果只是对水轮机进行水力性能方面的分析,则没有必要进行双向流固耦合计算。     

混流式水轮机轴向水推力研究综述和讨论

混流式水轮机稳定性的好坏直接关系到机组能否正常运行,其影响因素主要可分为水力稳定性和非水力稳定性,而前者是研究的热点问题。作为水力稳定性影响因素之一的轴向水推力是水流作用在转轮轴向上的力,通过推力轴承传递到厂房承重机架基础上,会影响轴承和厂房的安全运行。本文归纳分析了已建成水电站中由于轴向水推力异常导致的主要事故案例,从理论公式、试验测量和数值计算3个方面总结了轴向水推力计算的研究进展;系统讨论了多种水力激振力作用下轴向水推力的脉动特性,有利于提高对厂房的结构振动特性的认识;综合对比了减轻轴向水推力的各种措施及其特点,强调了对推力轴承的运行状态进行分析的重要性;最后展望了轴向水推力研究的发展趋势。本文可为继续深入研究涉及轴向水推力的相关工程设计、安全运行等问题提供参考。     

高水头混流式与低水头灯泡贯流式机组特性比较

分析了白石窑水电厂低水头灯泡贯流式水轮发电机组多年运行的经验、成绩以及存在的问题,通过与高水头水电厂(一般采用立式混流水轮发电机组)在经济、技术上进行对比,论述了低水头灯泡贯流式水轮发电机组的优点和缺点,认为在25 m水头以下灯泡贯流式机组有较好的技术、经济效益。