混流式水轮机转轮间隙流动特性与工况的关系
2023年流体机械基础题库
是非、选择、填空30，画图5，论述5，计算10《流体机械基础》题库一、是非判断：1． 根据能量传递旳方向不一样，可以将流体机械分为容积式和叶片式流体机械。
（ ）2．反击式水力机械旳叶轮中，流体旳压力发生变化而流体旳速度不变。
（ ）3．冲击式流体机械旳叶轮中，流体旳压力是不变旳，流体与叶片互换旳能量中只有动能。
( )4.对于两个不相似旳水轮机，在某些工况单位参数也许相等，但不是相似工况。
5.对于流体机械，特性点旳单位参数（ ），不仅依赖于流体机械旳形状，并且依赖于流体机械旳绝对尺寸。
6.应用雷诺数准则时，是以粘性为重要考虑原因。
7.应用欧拉数准则时，是以重力为重要考虑原因。
8.应用斯托努哈数准则时，是以非定常为重要考虑原因。
9.应用佛努德数准则时，是以压力为重要考虑原因。
10. 相似工况下流体机械效率相等，对所有几何相似流体机械，其最优工况点旳单位参数也许不一样。
11. 对两个相似旳水轮机，若工况相似，则满足水头系数相等，而流量系数也许不一样。
12.在我国，计算水轮机、泵、通风机旳比转速都用最长处旳工况参数。
13.在水轮机旳各项损失中，容积损失和机械损失比较小，因此，在原型和模型旳换算中，以水力效率换算为主。
1111,n Q14、泥沙磨损旳破坏形态为海绵状针孔、蜂窝状透孔及穿洞。
15、汽蚀破坏旳发生部位只发生在叶片旳背面，在叶片正面不也许发生。
16、空化比转速C标志泵旳空化性能旳好坏，在相似旳流量和转速时，C越小，泵旳抗空化性能越好。
17、立轴轴流转浆式水轮机和立轴混流式水轮机旳安装高度是下游水位至导水叶水平中心线处，而立轴斜流式水轮机旳安装高度是下游水位至导叶底环水平位置处。
18、空化和空蚀是一种在液体中发生旳现象，在固体或气体中都不会发生。
19、在水力机械中，空化是一种非常有害旳现象。
空泡旳产生和发展，变化了流道内旳速度分布，会导致效率下降，水轮机旳功率减少、泵旳扬程减少，引起机器旳振动。
空化发展到一定旳程度时，可使水力机械完全不能正常工作。
水电站运行与管理基础知识单选题100道及答案解析
水电站运行与管理基础知识单选题100道及答案解析1. 水电站的主要动力设备是（）。
A. 水轮机B. 发电机C. 变压器D. 调速器答案：A。
解析：水轮机是将水能转换为机械能的设备，是水电站的主要动力设备。
2. 水电站中把机械能转化为电能的设备是（）。
A. 水轮机B. 发电机C. 水泵D. 阀门答案：B。
解析：发电机的作用是把水轮机传来的机械能转化为电能。
3. 水电站的水库主要作用不包括（）。
A. 蓄水B. 发电C. 防洪D. 美化环境答案：D。
解析：水库主要用于蓄水、发电、防洪等，美化环境不是其主要作用。
4. 水轮机的工作水头是指（）。
A. 上游水位与下游水位之差B. 水库水位与水轮机进口水位之差C. 水轮机进口水位与出口水位之差D. 水库水位与下游水位之差答案：C。
解析：水轮机的工作水头是指水轮机进口水位与出口水位之差。
5. 水电站的流量通常用（）来表示。
A. m³/sB. m²/sC. m/sD. m³答案：A。
解析：流量的单位通常是立方米每秒（m³/s）。
6. 水电站的出力与（）无关。
A. 水头B. 流量C. 效率D. 气温答案：D。
解析：水电站的出力与水头、流量、效率等有关，与气温无关。
7. 水轮机的类型按水流能量转换特征可分为（）。
A. 冲击式和反击式B. 轴流式和混流式C. 卧式和立式D. 高水头和低水头答案：A。
解析：按水流能量转换特征，水轮机分为冲击式和反击式。
8. 反击式水轮机按水流在转轮内的流动方向可分为（）。
A. 轴流式、混流式和斜流式B. 冲击式和反击式C. 卧式和立式D. 高水头和低水头答案：A。
解析：反击式水轮机按水流在转轮内的流动方向分为轴流式、混流式和斜流式。
9. 冲击式水轮机主要适用于（）。
A. 高水头B. 低水头C. 中水头D. 任何水头答案：A。
解析：冲击式水轮机适用于高水头的情况。
10. 混流式水轮机的水流在转轮内的流动方向是（）。
混流与轴流水轮机转轮流道几何参数
转轮体通常用ZG30或ZG20MnSi 材料轴流式水轮机转轮流道几何参数一、设计工况和最优工况的关系：n n f 1111)4.12.1(～=Q Q f 1111)6.135.1(～= 式中－n f 11、Qf 11为设计工况的单位转速、单位流量； n 11、Q 11为最优工况的单位转速、单位流量； （适当选取较大的单位转速、单位流量作设计工况参数） 二、叶栅稠密度tL （如下图所示）—比转速查算术平均值栅距t ：Z Rt 12π=→R-圆柱层面半径 z 1－转轮叶片数翼型弦长L ：翼形后端点和翼形中线与前端交点的连线的长度 叶栅稠密度tL →是翼型弦长与栅距的比值： ａ.轮毂处的叶栅稠密度：)()()2.11.1(t L tL av B ～= （此时计算栅距ｔ中的R 为轮毂半径） ｂ.轮缘处的叶栅稠密度：)()()95.085.0(A t L t L av～= （此时计算栅距ｔ中的R 为转轮半径）＿式中)(t L av为叶栅稠密度的算术平均值（在下图取值）三、转轮叶片数－算术平均值算叶片数确定Z 1的原则是：不使叶片太长，且平面包角θ不太于90°；所谓平面包角－指叶片位于水平位置时，叶片进出水边所对应的中心角当叶片栅稠密度确定后，Z 1按下式计算取整：)()(1360tL Z av θ= 当θ＝70°～90°时，Z 1与)()(L av 关系见下表： 四、转轮体转轮体有环形与圆柱形两种外观形式：球形转轮体（用于ZZ 式水机）时：转轮叶片内表面与转轮体之间的间隙较小，不同转角时间隙可保持不变。
圆柱形转轮体时：一般按最大转角确定转轮叶片与转轮体之间的间隙附：相同直径下，采用球形转轮体的水机效率高于圆柱形转轮体水机五、泄水锥泄水锥长度系数指：转轮叶片转动轴线到泄水锥底部的高度。
其高度采用主：D L 1165.0=同时，采用高度为0.4D 1与0.6D 1泄水锥的大型高水头ZZ 水机其水机效率一样六、导叶相对高度-b 0、轮毂比-d h 及转轮叶片数Z 1与最大水头的关系 轮毂比计算式建议采用以下公式：-d h ＝－0.0005n s ＋0.75一+0.065 或，-d h ＝0.25＋n S 64.94 式中－n s 为水轮机比转速（m ·hp ）七、转轮室ZL 式水轮机转轮室有圆柱形、球形和半球形三种现多采用半球形转轮室：转轮叶片转动轴线以上采用圆柱形，在其以下采用球形ZL 水机宜采用喉部（指转轮室直径最小的部位）直径为（0.955～0.985）D 1的半球形转轮室较为适宜混流式水轮机转轮流道几何参数（40m ～450m 水头选混流式最为有利）一、 设计工况和最优工况的关系：120 m 水头段： n n f 1111)08.193.0(～= QQf 1111)91.069.0(～= 200m 水头段，有些转轮：n n f 111107.1=Q Q f 111104.1= 式中－n f 11、Qf 11为设计工况的单位转速、单位流量； n 11、Q 11为最优工况的单位转速、单位流量； 二、 导叶相对高度-b 0三、上冠上冠流线形状有直线形与曲线形两种；现多采用曲线形上冠，它可以增大单位流量与水力效率，但曲率不能太大－会加大出口附近上冠表面的局部所蚀四、下环下环形状有直线形与曲线形两种(ａ)为低比转速水轮机（H ＞230ｍ）下环,一般为曲线形；最优直径比为76.06.012～D D =(ｂ)为中高比转速水轮机（H ＜115ｍ）下环,一般为直线形，用下环锥角α表示扩散程度，一般α＜13°，(ｃ)（115m ＜Ｈ＜230m ）范围的转轮，下环可做成圆锥形或圆柱形，0.112=D D ；但（115m ＜Ｈ＜170m ）推荐采用10.19.012～D D =五、叶片数Z 1与最大水头H m ax 、比转速n s 及叶片包角θ的关系六、叶片进出水边位置转轮轴面投影如图：1与3连线成进水边，2与4连线成出水边D 1为标称直径；D 113005.1或D D j =Dj 1的大小与叶片进水角β1和单位转速n '1有关；有β1＞90°、β1＝90°和β1＜90°三种情况（如下图）：一般按β1＝90°计算： n D D g h j '60111πη=轮廓线绘制：叶片进水边－由1点向下引垂线，然后用弧线将垂线与3点相连 叶片出水边－参照相近比速的转轮确定（所有尺寸均为转轮直径的倍数）。
混流式水轮机转轮下拆装置
混流式水轮机转轮下拆装置
樊世英
【期刊名称】《电工专用设备》
【年(卷),期】1990(000)004
【总页数】6页(P14-19)
【作者】樊世英
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TK733.108
【相关文献】
1.下环间隙对混流式水轮机转轮进口的影响 [J], 李进博;邹同升
2.下环间隙对混流式水轮机转轮进口的影响 [J], 李进博;邹同升;
3.涡带工况下混流式水轮机转轮动应力特性分析 [J], 肖若富;王正伟;罗永要
4.混流式混流式水轮机转轮裂纹原因分析及预防措施 [J], 王大朋
5.部分负荷下混流式水轮机转轮叶片变形对流场的影响 [J], 廖伟丽;徐斌;逯鹏;罗兴锜
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混流式水轮机转轮动力特性分析及综合优化设计
混流式水轮机转轮动力特性分析及综合优化设计水轮机组的稳定与效率、气蚀一起成为机组的三大主要考核指标。
随着水轮机组朝着大尺寸、大容量的方向发展，其自身的固有频率也随之降低，与干扰激振力的频率属于同一数量级，因此，水轮机组运行的稳定性就变成更为重要的问题。
水轮机转轮设计的优劣直接影响或决定三大技术指标，而目前我国在水轮机转轮设计方面与国外先进水平仍存在一定差距。
水轮机转轮动力特性分析和综合优化设计是水轮机设计中的一项十分有意义又有相当难度的研究课题。
本文对此进行了有益的研究与探索，取得以下主要成果： 1)从水流和转轮的耦合作用出发，比较系统、全面分析了多种工况下转轮的动力特性，包括分别计算转轮及叶片在空气中和水中的固有频率和主振型，计算了转轮结构在运行状态下旋转离心力和流道水压力对转轮动力特性的影响，分析了转轮在运行工况下发生共振的可能性。
通过计算结果与有关试验结果的比较和分析，为设计提供参考指导。
2)在计算流体动力学(CFD)的基础上，发展了一种流固耦合计算模式(FSI)，流体为粘性介质，采用ALE格式处理流体和结构之间的移动界面，流体域和固体域分别独立计算，程序控制传递流体压力及固体位移和速度作为对方的边界条件，实现耦合计算。
在ANSYS5.6的基础上，应用其参数化设计语言APDL 编制程序，控制流体计算和结构计算，实现耦合系统的求解。
通过3个算例证明了所提出的计算方法及程序的有效性，并对转轮在不同工况下动水压力产生的动应力进行了计算分析。
3)对某水轮机进行了现场测试和计算，综合研究分析，得到该水轮机的剧烈振动、噪音及叶片开裂的原因，并提出解决问题的指导意见。
4)在转轮结构动力分析的基础上，结合转轮的水力设计，首次将遗传算法用于转轮的综合优化设计，研制了水轮机转轮的水效率和动力特性综合优化设计软件。
以上研究构成了转轮动力特性分析的一套完整的程序和方法，同时各部分又可独立运行，可分别进行转轮液固祸合振动、过渡过程动态特性的计算以及转轮的综合优化设计。
混流式水轮机转轮空化流动特性的数值计算及性能改善
混流式水轮机转轮空化流动特性的数值计算及性能改善在水轮机运行过程中,当内部压强降低到一定程度时,水中含有的不溶解气体、泥沙等杂质和泥沙表面细缝中寄存着的气核就会膨胀形成空泡,进而发生空化、空蚀,造成水轮机过流部件表面破坏,引起机组结构部件振动损坏,致使机组效率下降不能正常工作。
因此,水轮机空化问题一直是水轮机研究的重点、难点课题。
本研究以混流式水轮机为研究对象,根据厂家提供数据,应用UG软件,建立全流道几何物理模型,对全流道单相流、空化多相流进行定常及非定常数值计算,研究内容及成果如下:首先,对水轮机全流道进行单相定常数值计算,探讨转速与开度对水轮机内部尤其是转轮区域的影响。
结果表明:在同一单位转速时,随着开度的加大,转轮区域流线愈顺畅,同时叶片出水边尾部低压区范围逐渐扩展;在同一开度时,小开度下低单位转速的转轮区域流线比高单位转速时紊乱,大开度下高单位转速的转轮区域流线比低单位转速时紊乱;无论转速是否相同,小开度下的低压区更容易出现在叶片出水边靠近上冠的位置,大开度下的低压区更容易出现在叶片出水边靠近下环位置。
其次,对水轮机全流道定常及非定常空化两相流动进行数值计算,对转轮区域的空化性能及压力脉动进行分析,结果表明:大开度与小开度的转轮空化发生位置变化差异较大:大开度时,主要集中在叶片吸力面靠近下环一侧;而小开度时,比较集中在靠近上冠位置。
转轮区域不但存在低频同时也存在高频压力脉动,高频压力脉动主要由活动导叶与转轮间的动静干涉引起,其引起的高频压力脉动对转轮叶片表面影响很大,该频率压力脉动幅值的大小与活动导叶到转轮叶片表面的距离有关;叶片表面振幅从叶片的进水边沿出水边方向呈减小变化,验证了动静干扰产生的高频脉动,同时说明了在吸力面的出水边位置低压区压力较容易趋于稳定,更利于初生空化的发生。
最后,提出了两种空化性能改善的方法,即加副叶片和叶片开孔,并对相应方案进行数值计算与分析。
结果表明:两种方法都能有效的改善空化性能,说明这两种方法在理论上具有实用价值,但由于本研究只是做了初步探讨,尤其是对开孔减小空化这一方案还研究的还比较笼统,具体的深入研究还需要结合试验做进一步分析证明。
混流式水轮机的水动力特性研究与优化
混流式水轮机的水动力特性研究与优化混流式水轮机是一种常见的水力发电设备，广泛应用于水电站和水力发电厂。
其独特的结构和设计使得其在转速范围内具有较高的效率和可靠性，同时适应范围广，适合多种水源条件。
本文将对混流式水轮机的水动力特性进行研究，并提出优化措施，以改善其性能和效率。
混流式水轮机的水动力特性主要包括流体的流动和叶轮的工作。
在设计和优化过程中，需要重点关注以下几个方面：进口流场的分析、叶轮叶型的设计、流经叶轮过程中的流体力学特性、叶轮和排水管系统的匹配等。
首先，进口流场的分析是研究混流式水轮机水动力特性的基础。
通过对进口流场的特性进行分析，可以确定流体的初始状态和速度分布。
这将有助于进一步分析叶轮叶型的设计和流体力学特性的研究。
其次，叶轮叶型的设计是优化混流式水轮机性能的关键。
叶型的设计直接影响到流体在叶轮中的流动情况和叶轮工作效果。
通过合理优化叶轮的叶型设计，可以提高水轮机的功率输出和效率。
一种常用的方法是利用数值模拟和实验数据，通过多次优化，找到最佳的叶型参数和结构。
另外，在研究混流式水轮机的水动力特性时，需要对流经叶轮的流体力学特性进行研究。
这包括叶轮的受力情况、流动分离和阻力损失等。
通过数值模拟和实验测试，可以获得叶轮转速和功率输出之间的关系，进而优化叶轮的设计。
最后，混流式水轮机的排水管系统也需要与叶轮匹配，以确保流体流动的顺畅和能量的最大化利用。
排水管系统的设计应考虑流量、压力和速度等因素，并与叶轮叶型的设计相协调。
优化排水管系统的结构可以进一步提高混流式水轮机的效率和性能。
对于混流式水轮机的优化，除了上述水动力特性的研究外，还可以考虑其他方面的改进措施。
例如，引入可变叶型技术和流量调节装置，以适应不同工况下的能力需求。
同时，采用新型材料和制造工艺，减小叶轮的质量和惯性，提高响应速度和工作稳定性。
总之，混流式水轮机的水动力特性研究与优化是提高水轮机性能和效率的关键。
通过对进口流场的分析、叶轮叶型的设计、流体力学特性的研究以及排水管系统的优化，可以进一步改善水轮机的性能和效率。
影响混流式水轮机稳定性的主要问题及建议、
响 混流式水轮机稳 定性 的 因素进行分析研究 ，提 出了提 高机 组运行 稳定性的对策建议 。
关 键 词 ：水 电站 ；混 流 式、 低成本 、 效益的具体体现。我国水 电站大部分为混 高
区域 内运行 ， 在交变动态载荷和压 力脉 动的作 用下大大增 加了转轮出现 ３ 提 高水 轮机稳定性的几点建议 ． ３ 合理选 择水轮机 Ｈ ａ／ ｍｉ １ ｍ ｘＨ ｎ的变化范 围 混流式水轮机是固定叶片式 的水 力机械 ， 转轮的设计和选型都是确
叶片 自振频率与冲击频率相 同， 便产生共振 。 五是水力不平衡 引起的压 最 大应力应小于 １０ ａ ５ ＭＰ 。叶片出水边 与上冠交接处属于高应 力区，应 力脉动。当流人转轮 的水流 失去轴对称时 ，出现不平衡 的横 向力， 是 适当加大 圆弧段直径 ， 于 以改善应 力状况 。 二是计算 出水边卡 门涡频率与 造成转轮振动。 ２ 转轮设计制造方面的原 因 ． ２ 各部件固有频率 ， 使其不产生 共振。三是适当控制叶片数量。转轮叶片 数量与稳 定性之间虽然没有直接 的明确 关系 ， 但在一定条件下其影响也
“ 稳定、安全 、满发“ 是水 电站机组普遍追 求的 目 ， ， 标 也是水 电机 疲 劳裂纹 的几率。 流式水轮发 电机组 ，由于 混流式水轮机结构 简单 ，水头适用范围宽广 ， 制造技术较为成熟 ， 混流式机型已经 占居水 电站机 组的主导地位 。 混流
式水轮机有着强大 的生命 力 ， 但又存在不可忽视 的问题 ， 机组振动和 叶 保 在设计水头处有 比较宽 的稳定运行 区， 为了减 小振动和裂纹对混流式 片裂纹是 目前混流式水轮机稳定运 行的焦点。 尤其是一些水 电站水轮机 水轮机 的危害 ，要求 大型混流 式水轮机 水头变幅 不宜过大。 有文献建 的振动和裂纹已严重影响 了机组 的稳定运行和 经济效 益的发挥。 水轮机 议 ， 水轮机 最大水 头和 设计水头的比值应控制在 １ 以下 ，最大水头与 Ｉ ２ 运行的稳定性 ， 尤其是混流式水 轮机 的运行稳定性已经成为水轮机学术 最 小水头的比值应控制在 １ 以 内。 ． ５ 界讨论的热门话题。 ２ 影响混流式水轮机稳定性 的主 要原 因分 析 ． ２ 水力方面 的原 因 ． １ ３ 确保 水力设 计的科学性和合理 陛 － ２ 一是合理选取水轮机 的比转速 。 过高的 比转速 ， 将削弱水轮机的强 度 ，影响空化及 防泥沙磨损 的性能 ，对水轮机 稳定性 不利。 当水 轮机
混流式水轮机顶盖取水及转轮上冠泵板工作特性研究
混流式水轮机顶盖取水及转轮上冠泵板工作特性研究混流式水轮机顶盖取水作为水电站技术供水方式的一种正被逐渐推广应用。
顶盖取水是将顶盖止漏环与转轮止漏环间不作功的泄漏水作为技术供水的水源,具有节能、清洁环保、安全可靠的特点。
目前技术条件下的顶盖取水结构有带泵板和不带泵板两类,其结构设计会直接影响顶盖取水效果和机组运行安全。
目前对顶盖取水系统结构的定量研究成果较少,设计过程中无可靠的理论依据,因此进行顶盖取水结构的工作特性研究具有重要的意义。
苗尾和黄登水电站均采用顶盖取水技术方案。
本课题以两电站顶盖取水系统为研究对象,研究顶盖取水结构对技术供水性能的影响,对多种顶盖取水结构模型进行三维建模,采用数值模拟的方法,对不同计算域划分网格,依据水电站的实际工况,选择合适的边界条件进行计算。
由数值模拟结果,对比分析各顶盖取水结构方案的工作特性,进而获得性能最佳的水力模型方案。
论文重点介绍了三个方面的研究工作。
首先,在已有的顶盖取水经验基础上,对径向布置泵板的顶盖取水结构和两种常见的不带泵板的顶盖取水结构进行CFD数值模拟计算分析。
重点从顶盖取水口压力、上冠轴向水推力和泵板功耗三项指标入手,分析顶盖与上冠空腔中的内部流动,研究泵板在顶盖取水结构中的作用,以及带泵板和不带泵板顶盖取水结构的各自优缺点,进而为设计顶盖取水结构提供理论依据。
其次,本文根据苗尾和黄登水电站机组技术供水的需求,针对水轮机结构特点,先后在泵板倾斜角和泵板密封半径两方面研究了泵板结构对顶盖取水的影响,同样以顶盖取水口压力、上冠轴向水推力和泵板功耗为性能指标。
对泵板倾斜的不同方案在若干工况下进行了流动特性分析。
不同结构形式的泵板对顶盖取水口压力、上冠轴向水推力以及泵板功耗的影响不同,可以通过对比分析,探索出最有利于改善顶盖取水性能的泵板布置倾斜角;在此基础上,以设计单位提供的泵板密封设计半径R为比较依据,将泵板密封半径沿径向增大和减小,设置若干对照组,在相同工况下进行对比计算,找出泵板密封位置对顶盖取水性能的影响,为以后的顶盖取水结构设计打下基础。
长短叶片混流式水轮机流动特性分析 崔芷维 张琦
长短叶片混流式水轮机流动特性分析崔芷维张琦摘要：本文对长短叶片混流式水轮机处于叶道涡小流量工况当中存在的流动特性进行分析，采取RNG κ－ε湍流模型实现对水轮机在非定常流动与定常流动下的数值进行模拟，对叶道涡当中存在的复杂流动所能带来的影响进行分析。
结果显示：处于叶道涡工况中，因为导叶出流角出现减小，造成转轮叶片头部和来流出现撞击，导致流道当中的湍流与旋涡现象更为犊砸，同时使叶片当中的压力出现不均匀情况。
同时尾水管当中的压力与速度能够保证对称分布，而且压力在径向上也具有较为均匀分布。
关键词：混流式水轮机；流动特性；计算模型；涡轮压力；涡量分布前言：水利机组存在震动将会对整个机组稳定运行造成严重的影响，同时也会对机组寿命造成一定的缩短。
因此对混流式水轮机可靠性做出深入的研究具有非常重要的意义。
处于小流量工况当中，因为转轮水流方向角和进口角存在一定的差异，造成水流无法顺畅流入到转轮当中，同时水流在离开转轮之后便会导致涡流出现流出现象，鸡儿导致涡轮内部流动出现一定的不稳定性，导致出现大量的复杂旋涡出现。
对此本文采取数值模拟实现对长短叶片混流式水轮机流动特性进行研究，对叶道涡所能造成的作用机理进行分析。
一、计算模型及数值分析（一）计算模型本文以某电站当中的长短叶片混流式叶轮机作为计算模型，该叶轮机相关的参数如表1所示。
为了保证计算模型当中具有更为平稳的湍流，同时也保证模拟结果具有更高的准确性，对蜗壳进口进行一定的延长。
叶轮机过流部件利用Unigraphics软件作为建模基础，并利用Auto CAD对其二维模型进行构建，其三维模型与计算区域计算区域如图1所示，主要由蜗壳区域、尾水管区域、双列叶栅区域以及转轮区域。
在模型构建完成之后利用Unigraphics软件使所有部件模拟组装[1]。
混流式叶轮机三维模型当中主要包括叶片以及具备回转特点的下环与上冠构成。
由于混流式叶轮机当中的叶片为雕塑曲面体，整个水轮机当中各有15片的长叶片与短叶片。
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混流式水轮机转轮间隙流动特性与工况的关系混流式水轮机转轮上冠和顶盖之间存在一个空腔,水轮机在工作过程中有一部分水流会通过转轮上冠的密封间隙,泄漏进入该空腔内。
该部分泄漏水不仅造成了水轮机的容积损失,还会对转轮产生一个沿着水轮机主轴作用向下的轴向水推力。
随着水轮机单机容量和转轮直径的不断增大,大型混流式水轮机,因上冠的承压面积较大,泄漏水压力较高,产生的较大轴向水推力对机组的稳定运行产生不良影响,会导致推力瓦烧瓦等事故,严重的会制约水轮机推力轴承的设计。
由于转轮上冠流道内部流动特性与结构密切相关,采用传统的经验方法很难对其进行可靠的分析和计算,因而水轮机上冠泄水减压结构的设计是目前业内十分关注的研究课题。
随着CFD数值模拟分析技术在叶轮机械内流模拟的应用日益广泛和成熟,数值模拟分析方法已经成为研究叶轮机械间隙流动的重要方法。
本文以东方电机公司提供的古里水电站水轮机泄水减压结构的研究课题为基础,采取数值模拟分析的方法主要完成了以下三个方面的研究工作。
古里水电站水轮机在上冠泄水减压结构中设计了两个方案。
本课题首先针对两种上冠泄水减压结构的内部流动进行了数值模拟分析,对比研究上冠间隙相对泄漏量、轴向水推力之间的差异,在保证水轮机容积损失在设计范围内的情况下,研究选取轴向水推力较小的方案作为推荐方案。
其次,本文还以古里水电站的真机方案作为原型方案,验证了水轮机设置减压板的必要性,研究在上冠空腔内不同的减压板布置位置对水轮机上冠间隙相对泄漏量和轴向水推力的影响。
最后,针对水轮机长时间运行后受到水流冲击和泥
沙磨损等影响导致密封间隙尺寸增大的问题。
本文以古里水电站的真机方案为原型方案,设计五个渐变的转轮间隙尺寸方案进行对比分析,研究转轮间隙尺寸对上冠间隙相对泄漏量和轴向水推力的影响,为日后水轮机的稳定运行和维护提供理论依据。