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灯泡贯流式水轮机导水机构弹簧承载式安全连杆机构的设计

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大电机技术 2002年第3期 46-50页

作者：马锐黄凯哈尔滨电机厂有限责任公司黑龙江哈尔滨150040

本文介绍了用于灯泡贯流式水轮机导水机构保护的弹簧承载式安全连杆机构的结构特点和基本特性 ,并简要说明了该装置在设计和试验中的一些有益经验。该保护装置的成功开发和研制 ,为HEC在大型灯泡贯流式水轮机产品又增添了极为重要的一... 详细信息

本文介绍了用于灯泡贯流式水轮机导水机构保护的弹簧承载式安全连杆机构的结构特点和基本特性 ,并简要说明了该装置在设计和试验中的一些有益经验。该保护装置的成功开发和研制 ,为HEC在大型灯泡贯流式水轮机产品又增添了极为重要的一项新技术。

关键词：灯泡贯流式水轮机导水机构安全连杆机构设计弹簧承载式

灯泡贯流式水轮机出力不足原因分析与对策研究

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电站系统工程 2014年第6期30卷 73-74,76页

作者：刘忠邹淑云李建勇钟永长沙理工大学能源与动力工程学院五凌电力有限公司洪江水电厂

灯泡贯流式水轮机出力不足的问题,造成了水量浪费,影响了经济效益。从水头、流量和效率等方面分析了灯泡贯流式水轮机出力不足的原因,从设计、制造、安装、施工、运行等多个环节提供了相应的预防和处理对策,以便为提高灯泡贯流式水轮机... 详细信息

灯泡贯流式水轮机出力不足的问题,造成了水量浪费,影响了经济效益。从水头、流量和效率等方面分析了灯泡贯流式水轮机出力不足的原因,从设计、制造、安装、施工、运行等多个环节提供了相应的预防和处理对策,以便为提高灯泡贯流式水轮机出力和水电厂经济效益提供有益的参考。

关键词：灯泡贯流式水轮机出力不足原因分析效率对策

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灯泡贯流式水轮机出力提升方案研究

中国水利水电科学研究院学报 2016年第3期14卷 219-223页

作者：张飞陈俊锋吕刚潘罗平国网新源控股有限公司技术中心北京100161 松原市哈达山发电有限公司吉林松原138000 中国水利水电科学研究院北京100038

为提高灯泡贯流式电站机组出力,采用试验手段对原厂协联关系曲线下的流道损失和水轮机效率进行测定,确定了影响机组稳定性及效率的因素,指出模型协联换算到原型协联的不足和灯泡贯流式水轮机对工作水头的敏感性。结合工程实际,采用合理... 详细信息

为提高灯泡贯流式电站机组出力,采用试验手段对原厂协联关系曲线下的流道损失和水轮机效率进行测定,确定了影响机组稳定性及效率的因素,指出模型协联换算到原型协联的不足和灯泡贯流式水轮机对工作水头的敏感性。结合工程实际,采用合理技术方案对机组协联关系曲线进行了优化。同时在保证水轮机淹没深度的前提下,对电站尾水挡墙进行了适当削低,降低了尾水位,提高了水轮机工作水头,从而最终达到降低机组出力波动、提高单机效率和电站总出力的目的。

关键词：灯泡贯流式水轮机出力提升水力损失协联关系

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灯泡贯流式水轮机协联运行研究

灯泡贯流式水轮机协联运行研究

作者：张骁西南交通大学

学位级别：硕士

近年来随着我国水电事业的快速发展,小水电占到了我国水电装机规模及发电量的31%左右,其中灯泡贯流式水轮机由于结构紧凑、效率高等特点而被广泛采用,在地势平坦、水量丰富的地方较为适合建立该类水电站。灯泡贯流式水轮机桨叶与导叶在... 详细信息

近年来随着我国水电事业的快速发展,小水电占到了我国水电装机规模及发电量的31%左右,其中灯泡贯流式水轮机由于结构紧凑、效率高等特点而被广泛采用,在地势平坦、水量丰富的地方较为适合建立该类水电站。灯泡贯流式水轮机桨叶与导叶在发电工况下均可调节,由于其运行水头低,流量大的特点,运行中桨叶和导叶的协联关系对机组的运行效率及稳定性影响较大,在实际运行过程中常常不能按最优协联关系运行,导致水轮机效率降低、稳定性变差、噪声增加、甚至达不到额定出力。为此,本论文针对这一系列难题,从三个方面进行了水轮机协联运行的研究。首先,从水轮机水力设计角度出发,进行了基于协联关系的模型试验研究,从定桨叶角度条件下的能量试验开始,再通过数据分析和相似性换算,最终得到原型水轮机的协联关系,研究了协联运行工况下水轮机的压力脉动特性,通过模型试验获得了能够精准反映水轮机性能的数据,是进行后面一系列研究的基础。计算流体力学仿真模拟能够比较准确地分析和了解水轮机内部流动特性。详细探讨了湍流模型建立和网格划分技术,将水轮机引水段、导叶、转轮、尾水管进行全流道计算,通过对协联工况进行计算,发现贯流式水轮机水力损失主要集中在转轮和尾水管上,掌握了优化机组性能的关键。通过原型水轮机试验手段验证水轮机运行协联关系,在电站现场进行了相对效率和压力脉动试验。将现场试验结果与模型试验数据和电站长期运行数据对比分析,发现了协联关系的差异性,协联关系的差异可能由多种因素引起,包括模型试验的相似性偏差、原型机制造及安装偏差等。本文提出了改进方法,使用合理的技术方案对原型水轮机协联关系进行了优化,提高了水轮机效率和出力并有效改善了机组运行稳定性。

关键词：灯泡贯流式水轮机协联关系模型试验数值模拟计算原型水轮机试验

灯泡贯流式水轮机全流道数值模拟及其转轮叶片流固耦合振动分析

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灯泡贯流式水轮机全流道数值模拟及其转轮叶片流固耦合振动分析

作者：欧阳振宇昆明理工大学

学位级别：硕士

灯泡贯流式电站是开发低水头水力资源最有效的形式之一。研究流体诱发灯泡贯流式水轮机转轮叶片的振动问题,对确保整个水轮机组安全稳定运行具有重大意义。本文以某原型灯泡贯流式电站单台机组为研究对象,建立了三维模型,基于计算流体力... 详细信息

灯泡贯流式电站是开发低水头水力资源最有效的形式之一。研究流体诱发灯泡贯流式水轮机转轮叶片的振动问题,对确保整个水轮机组安全稳定运行具有重大意义。本文以某原型灯泡贯流式电站单台机组为研究对象,建立了三维模型,基于计算流体力学(CFD)理论,进行了水轮机在多工况下的数值模拟研究,得到了水轮机内部流场结构与特征监控点的动态压力;同时,基于声场的流固耦合理论,研究了水轮机转轮叶片在多种因素下的动力特性;基于弱耦合方法,研究了流体诱发转轮叶片振动问题,其主要成果如下： (1)通过对计算流体力学理论全面细致的研究,结合灯泡贯流式水轮机运行的特点,利用现有计算条件,提出了灯泡贯流式水轮机内部流场数值模拟合适的计算方法。 (2)基于Ansys-Workbench工作平台,建立了包含三维空间扭曲的转轮叶片、活动导叶以及灯泡体的全流道精细模型。利用ICEM专业网格划分软件,结合过流特一。点,进行网格分区划分,建立了全流道CFD网格模型,实现计算效率与计算精度的统 (3)采用滑移网格技术,选用DES湍流模型、PISO算法,对水轮机内部流场进行了非定常数值模拟,分析了设计工况和小开度工况下水轮机内部的流动特性,得到了流道与灯泡体上特征监控点的动态压力,为水轮机组的流激振动研究提供了理论依据。 (4)基于声场的流固耦合理论以及模态分析方法,对转轮在多种介质、工况下的动力特性进行了研究与分析,得到了影响转轮叶片振动特性的关键因素。 (5)考虑到水力激振是引起水轮机组振动的主要因素,论文采用弱耦合方法,对水轮机转轮叶片进行流固耦合数值模拟研究,计算结果显示了转轮叶片的流激振动过程,并通过分析单个叶片的动力响应,揭示了转轮叶片流激振动的主要特征。

关键词：灯泡贯流式水轮机 CFD 转轮叶片弱耦合振动特性

重力场对灯泡贯流式水轮机流场分析及水力性能评估的影响

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水利学报 2008年第1期39卷 96-102页

作者：刘延泽常近时中国农业大学水利与土木工程学院北京100083

本文采用黏性三维湍流流动分析法,通过Fluent软件分析了重力场对灯泡贯流式水轮机流场分析和水力性能预估的影响。计算中考虑了在不同的水头与转轮直径比的情况下,重力场的影响程度。计算结果表明:考虑重力后,水轮机进口断面的平均速度... 详细信息

本文采用黏性三维湍流流动分析法,通过Fluent软件分析了重力场对灯泡贯流式水轮机流场分析和水力性能预估的影响。计算中考虑了在不同的水头与转轮直径比的情况下,重力场的影响程度。计算结果表明:考虑重力后,水轮机进口断面的平均速度、流量和功率都比不考虑重力时大,但效率相差不大。由于重力作用在竖直于机组轴线方向上的压力分布不均匀,叶片上作用有交变应力。当水头与转轮直径的比值超过5时,重力的影响可以忽略。

关键词：重力灯泡贯流式水轮机流场水力性能预估

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灯泡贯流式水轮机固液两相数值模拟与分析

灯泡贯流式水轮机固液两相数值模拟与分析

作者：张家荣西华大学

学位级别：硕士

我国水电资源丰富,装机量全球第一,许多流域泥沙含量较高,运行中的水轮机无可避免遭受泥沙磨损,磨损后的水轮机在运行中出现机组振动、检修周期缩短及效率降低等问题,设计阶段针对这些问题采取了一系列措施,但效果不明显。与混流式水轮... 详细信息

我国水电资源丰富,装机量全球第一,许多流域泥沙含量较高,运行中的水轮机无可避免遭受泥沙磨损,磨损后的水轮机在运行中出现机组振动、检修周期缩短及效率降低等问题,设计阶段针对这些问题采取了一系列措施,但效果不明显。与混流式水轮机相比,灯泡贯流机组该问题的研究成果更少,为此从理论上分析在含沙水下运行的灯泡贯流式水轮机性能和泥沙磨损的影响具有实际意义和应用价值。本文选取典型的多泥沙黄河干流上的灯泡贯流式水轮机为研究对象,选取丰水期低水头电站额定工况,首先对全流道进行清水工况下的非定常数值模拟计算,计算结果作为分析固液两相流的对比基准,然后对全流道做固液两相流非定常数值模拟计算,以期得到泥沙颗粒直径及其入口体积分数与过流部件磨损程度的关系,分析泥沙颗粒在全流道中的流动规律,以及水轮机运行性能的变化。针对上述问题,本文做了如下研究工作:(1)根据该水电站的原型机二维图纸,借助三维建模软件分前流道、导叶、转轮、尾水管四个部分建立灯泡贯流式机组全流道模型,在ICEM CFD中将全流道进行结构及非结构网格划分。(2)在ANSYS CFX中选择非均相模型和Particle模型对全流道做固液两相流非定常数值模拟计算。从泥沙颗粒不同直径和不同入口体积分数这两个方面,共计9个工况进行计算,得到了水轮机的内流场特性变化规律,对灯泡体、活动导叶、转轮及尾水管表面进行了泥沙磨损分析及泥沙颗粒流动分析,当泥沙颗粒体积分数Cv为3.5%,直径d由0.15mm增加到0.75mm时,模拟结果发现泥沙颗粒直径越大,灯泡体底部泥沙量越多;活动导叶进口边、浆叶进口边及外缘和尾水管底部磨损严重。当泥沙颗粒直径为0.75mm,体积分数由1.5%增加到5.5%时,灯泡体磨损最严重之处先是底部而后转移到出口处;在5.5%时活动导叶进口边磨损严重,在3.5%时导叶内外环面局部磨损程度高;浆叶进口边和外缘磨损程度逐渐增加;在3.5%时尾水管底部泥沙淤积量大,而在5.5%时进口附进区域有泥沙周向分布。(3)清水工况和沙水工况对比发现,由于泥沙颗粒的存在降低了水轮机的效率,泥沙颗粒直径由0.15mm增加到0.45mm时的效率下降幅度大于0.45mm增加到0.75mm时,而泥沙颗粒入口体积分数的改变对效率降低幅度的影响则相反,1.5%增大到3.5%时的效率降低幅度小于3.5%增大到5.5%时。(4)对灯泡贯流式水轮机在沙水工况下做了效率试验和压力脉动试验,效率试验结果是水轮机效率随着泥沙颗粒直径和浓度的增大而降低,且颗粒浓度的变化带来的效率变化和压力脉动更为剧烈,与数值模拟分析的结果变化规律吻合。

关键词：灯泡贯流式水轮机固液两相流数值模拟泥沙磨损

灯泡贯流式水轮机内部流动特征及压力脉动数值模拟

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灯泡贯流式水轮机内部流动特征及压力脉动数值模拟

作者：李利婷江苏大学

学位级别：硕士

在低水头水力资源开发中,灯泡贯流式水轮机是首选形式之一。灯泡贯流式水轮机不设蜗壳,主要的导水机构为活动导叶。导叶开度是活动导叶的重要参数之一,其与转轮的匹配性直接决定着水轮机的性能和内部流动特性。由于灯泡贯流式水轮机运... 详细信息

在低水头水力资源开发中,灯泡贯流式水轮机是首选形式之一。灯泡贯流式水轮机不设蜗壳,主要的导水机构为活动导叶。导叶开度是活动导叶的重要参数之一,其与转轮的匹配性直接决定着水轮机的性能和内部流动特性。由于灯泡贯流式水轮机运行范围宽,不同的工况下,水轮机内部流动特征是不一样的,因此研究其在偏工况条件下的内部流动特征对水轮机运行具有指导意义。为确保整个水轮机组安全稳定性,水轮机的空化性能和压力脉动已成为研究的焦点。本文以某灯泡贯流式水轮机为研究对象,运用计算流体动力学(CFD)方法,分别对三种导叶开度下的水轮机在额定工况下进行全流道数值模拟。通过分析对比三种开度下的水轮机水头和效率,同时研究全流道截面压力、速度分布,导叶外环面压力分布,导叶叶片压力分布以及转轮叶片压力分布,获得最优开度,在额定流量和转速条件下得到最佳的水轮机外特性和内部流动质量。为了获得水轮机在不同工况的内部流动特征,对灯泡贯流式水轮机进行额定工况和小流量工况下的非定常数值模拟。通过对两种工况下水轮机内部流动进行分析,发现灯泡体流道在两种工况下流动稳定;导叶在偏工况下流动存在偏差,且在导叶进口边产生一定的水力损失。在导叶背面因脱流和旋涡产生大面积的低压区;转轮叶片背面靠近轮毂处存在低压区,容易产生空化,小流量工况下低压区面积较大,并且在叶片背面进口处存在低压;通过分析两种工况下的尾水管内压力和速度分布,证实了设计工况的合理性。为了探索空化对水轮机内部流场及振动特性的影响,在额定工况下对水轮机内部流场进行无空化和有空化时的非定常模拟,得到水轮机内部流场特征及监测点的动态压力。在灯泡体和活动导叶流道内空化现象不明显,流动顺畅;在转轮叶片背面和尾水管流道空化比较严重。通过转轮进出口压力脉动分析证实动静干涉是诱发水轮机振动的主要因素之一。空化引起流动的低频特征,且在叶片背面低频加强;空化同时诱发了多个高频特征。在尾水管内的空化导致整个流道流动的紊乱而引起整个尾水管的压力脉动。

关键词：灯泡贯流式水轮机导叶开度内部流动空化振动

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灯泡贯流式水轮机固液两相流及磨损特性研究

灯泡贯流式水轮机固液两相流及磨损特性研究

作者：刘思琦兰州理工大学

学位级别：硕士

我国具有丰富的水能资源,水电建设在国民经济和社会可持续发展中发挥着举足轻重的作用,灯泡贯流式水轮机是开发低水头水能资源常用设备。水轮机实际运行环境为江河流域内部含有泥沙等固体颗粒,不可避免的会对水轮机内流状态造成影响,对... 详细信息

我国具有丰富的水能资源,水电建设在国民经济和社会可持续发展中发挥着举足轻重的作用,灯泡贯流式水轮机是开发低水头水能资源常用设备。水轮机实际运行环境为江河流域内部含有泥沙等固体颗粒,不可避免的会对水轮机内流状态造成影响,对各过流部件造成磨损,进而对机组的安全稳定运行和效率产生影响。研究灯泡贯流式机组内流状态和磨损规律,对提高其性能和确保机组安全、稳定运行起着重要作用。本文研究的主要内容和结论如下:(1)对不同导叶开度的贯流式水轮机进行清水工况下全流道数值计算,计算结果为后续两相流工况对比分析提供基础,并且引入熵产概念对水轮机过流部件能量损失进行分析。(2)基于Particle非均匀相模型,对不同固相直径、浓度、导叶开度下水轮机固液两相流工况进行计算。结果表明,固相高浓度区集中在转轮域和尾水管进口处,且随着固相直径和浓度的增加而增加。随着固相直径和浓度的增加,导叶域表面压力、固相速度、固相浓度分布均增加,导叶背面更易发生磨损。在转轮域,固相高浓度区分布在叶片正面轮毂处和进水边,叶片背面整体固相浓度分布较高,且表面固相速度,浓度分布与固相直径和入口浓度呈正相关。在同一固相物性参数下,叶片工作面固相浓度分布与导叶开度呈正相关,叶片背面固相浓度与导叶开度呈负相关,叶片表面固相速度与导叶开度呈正相关,机组效率和出力均随着固相直径和浓度的增加而减小。(3)固相的加入改变和破坏了转轮进口和尾水管进口处压力脉动在时域上的周期性,使压力脉动在时域上的波动变大。当固相浓度增大时,主频所对应的转轮进口与尾水管进口处的压力脉动幅值随之增大,尾水管中间截面主频所对应的压力脉动幅值逐渐减小。随着固相直径的增加在转轮进口和尾水管进口处主频所对应的压力脉动幅值逐渐增大。(4)采用欧拉—拉格朗日法和Finne磨损模型对水轮机过流部件磨损特性进行分析。结果表明,水轮机各过流部件中磨损程度由大到小分别为叶片、转轮室、导叶、尾水管。固相直径与转轮室、叶片、导叶的磨损面积和最大磨损率呈正相关,和尾水管呈负相关。固相浓度与转轮室、叶片、导叶、尾水管的磨损面积和最大磨损率呈正相关。导叶开度与导叶、转轮室、磨损面积及最大磨损率呈负相关,与尾水管呈负相关,叶片最大磨损率在小开度工况下最大,随着导叶开度的增加最大磨损率先减小后增加。

关键词：灯泡贯流式水轮机两相流磨损数值计算