CFD在水电厂进水蝶阀动水关闭仿真中的应用
基于CFD方法的阀门传热仿真分析
基于CFD方法的阀门传热仿真分析
曹思民;陈志辉;王保平;杨灵均;侯丽强;金远;张峰;李颀铭;赵亮
【期刊名称】《阀门》
【年(卷),期】2024()5
【摘要】某核电厂蒸汽隔离阀长期处于蒸汽环境下,伴随高温、高湿状态,可能会导致阀门内部温度过高,引起阀门电装无法正常动作。
考虑到阀门内部温度场不能有效的通过实验方法进行测量,且数值计算(CFD)能通过精细化的后处理,将数值求解结果形象直观地表示出来,以便于理解,因此本次对于阀门内部温度分布及散热优化问题的分析,采用CFD方法开展。
结合本次阀门内部流场分布及温度场分布的实际情况,本次热工流体数值模拟采用非结构化网格开展数值模拟计算。
通过本次计算分析蒸汽隔离阀的传热情况,判断阀门在高温流体下电机的可用性。
经数值模拟仿真分析,结果显示配有散热翅片的闸阀有效地降低了闸阀阀体上端的温度,阀门在常开状态下,虽处于高温蒸汽中,也能保证电装的可用性。
【总页数】4页(P616-619)
【作者】曹思民;陈志辉;王保平;杨灵均;侯丽强;金远;张峰;李颀铭;赵亮
【作者单位】中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室;沈阳农业大学;中国船舶渤海造船厂
【正文语种】中文
【中图分类】TH134
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基于CFD仿真及水轮机理论研究液力透平最高效率点偏离设计工况的问题
基于CFD仿真及水轮机理论研究液力透平最高效率点偏离设计工况的问题【摘要】液力透平是水轮机中重要的组成部分，在实际运行中，最高效率点的偏离设计工况会造成能效降低和损耗增加的问题。
本文通过基于CFD仿真和水轮机理论研究液力透平最高效率点偏离设计工况的影响，探讨了液力透平最高效率点的重要性以及水轮机理论在解决该问题中的作用。
研究发现，最高效率点的偏离会导致液力透平性能下降，而利用CFD仿真和水轮机理论可以有效解决这一问题。
未来研究可以进一步深入探讨液力透平最高效率点的调整方法，以提高水轮机的性能和效率。
本研究对水轮机工程领域具有一定的理论指导意义和实际应用价值。
【关键词】1. 液力透平2. 水轮机3. CFD仿真4. 最高效率点5. 设计工况6. 水轮机理论7. 研究意义8. 影响分析9. 结果总结10. 未来研究方向1. 引言1.1 背景介绍液力透平是一种利用流体动能转换成机械能的设备，广泛应用于水轮机、涡轮发电机等领域。
在水力发电中，液力透平的效率直接影响了整个发电系统的性能与运行成本。
在实际运行中，液力透平的效率通常在其最高效率点处达到最佳状态。
在实际工况下，液力透平经常会偏离设计工况，导致效率下降，能量损失增加，甚至影响到整个发电系统的正常运行。
基于CFD仿真的研究在液力透平领域中扮演着重要角色，可以通过数值模拟来分析液力透平的内部流场，优化设计参数，提高效率。
目前对液力透平最高效率点偏离设计工况的问题研究较少，缺乏系统性的理论分析与解决方案。
研究液力透平最高效率点偏离设计工况的问题具有重要意义，能够提高液力透平的运行效率，降低能源损耗，优化水力发电系统的性能。
本文旨在结合CFD仿真和水轮机理论研究，探讨液力透平最高效率点偏离设计工况的影响因素，为提高液力透平效率提供理论基础与技术支持。
1.2 研究意义液力透平是一种能够将水流动能转化为机械能的装置，广泛应用于水轮机中。
其最高效率点的设计与实际工况存在偏离的问题一直是工程领域关注的焦点。
CAE仿真技术在阀门产品设计中的应用
CAE仿真技术在阀门产品设计中的应用简介✓碟板与阀体间的密封✓阀瓣与阀座间的密封✓其它动、静密封问题密封性是衡量阀门功能和质量的重要指标。
ANSYS Mechanical软件可以模拟各种动密封、静密封等问题，为密封结构的设计，密封材料的选择提供参考和指导。
✓阀体、阀瓣等的强度、刚度分析✓阀门非线性接触分析✓阀门螺栓预紧力分析✓阀门热应力及热变形分析阀门需要传输流体介质，会受到压力、温度等载荷，因此需要保证其强度安全。
ANSYS Mechanical软件可分析阀门在压力、温度、螺栓预紧力等载荷作用下的强度，保证阀门在各种工况下的强度安全。
✓阀门固有频率及振型分析✓阀门抗震分析✓温度变化引起的阀门疲劳失效分析✓往复开启引起的阀门疲劳失效分析核级阀门要求具有良好的抗震特性。
ANSYS Mechanical软件能够分析阀门组件的自振频率，能够评估阀门在地震载荷作用下的强度情况。
此外，ANSYS nCode或Fe-safe疲劳软件能够计算阀门在温度波动或力波动情况下的疲劳性能，提高产品可靠性。
✓阀门流动特性曲线计算✓阀门水击效应仿真阀门的特性曲线是表征阀门性能优劣最为常用的数据曲线。
ANSYS Workbench提供的参数化仿真平台可以帮助用户方便地设置几何或流动边界参数，与ANSYS CFD软件中的动网格技术一起，为用户的设计提供参考。
✓阀门的磨蚀问题✓阀门的气蚀问题通常阀门所输送的液体中包含了一些水流混合物，这些细小的颗粒在输送过程中对阀门和管道形成相当大的冲刷和磨蚀。
而在液体经过部分开启的阀门时或是关闭之后，导致静压降低，可能会产生气蚀现象，在阀门或者管壁表面形成快速的交变应力作用，最终导致部件局部疲劳损伤，严重危害阀门性能和安全。
ANSYS CFD 软件中拉氏多相流模型可以针对磨蚀问题进行处理；并且还提供了空化模型来模拟气蚀现象，为阀门设计提供有力的仿真解决方案。
✓ 流固耦合问题 ✓ 噪声问题 ✓ 产品优化问题通过ANSYS 独有的多物理场耦合技术，可以轻松实现流固耦合。
蝶阀课件
水轮机进水蝶阀简介为了满足水电站机组运行与检修的需要，在水电站的引水系统和水轮机的过流系统中，不同位置应装设相应的闸门或阀门对水流加以控制，如进水口的工作闸门和检修闸门、尾水管出口的检修闸门和水轮机蜗壳前的阀门等。
通常将装设在水轮机蜗壳前的阀门称为进水阀(又称主阀)。
水轮机进水蝶阀是水轮发电机组的取水咽喉所在，对水轮发电机组在运行中的安全运行有着重要的意义。
水轮机进水蝶阀是机组和电站的一种重要安全保护设备，通常只有全开和全关两种状态，不允许部分开启来调节流量，以免造成过大的水力损失和影响水流稳定而引起过大的振动。
水轮机进水阀是水电站进水管线系统中截断或接通水流的控制设备。
对其工况要求：发电时必须可靠开启，并且在全开位要保持，不能出现误关现象；正常停机或事故关机时阀门必须可靠关闭。
进水蝶阀设计指导思想◆注意液压、电气系统的安全性◆注意液压、电气系统的可靠性◆注意液压、电气系统控制功能的合理性和完整性进水蝶阀的作用1、为水轮发电站机组检修提供安全工作条件，即机组检修时，在静水中关闭进水阀，截断机组进水。
当压力钢管采用联合供水或分组供水时,其中一台机组检修，可关闭该水轮机前主阀，从而不影响其他机组的正常运行；2、当水轮机组长期停用时，截断上游来水，以减少导叶漏水及因漏水造成的间隙气蚀损坏，还可避免机组长期运行后,因导叶漏水量增大而不能停机的问题。
重新开机时还可缩短机组所需的时间,对于高水头长压力管道的水电站，意义尤为明显；3、当水轮机组调速系统发生故障，机组转速升高到整定值的情况下，动水紧急关阀，截断水流,保证机组安全,防止事故扩大；4、水轮机双密封进水阀不仅具有以上功能，而且可保证在不排空阀前压力钢管内部压力水的情况下，检修其阀轴密封或工作密封。
检修过程中，不影响其它机组的正常运行，解决了历年来因检修阀门必需停止发电的被动局面。
进水蝶阀的技术要求(1)、操作简便,体积小,重量轻；(2)、有严密的止水装置,减少漏水,以便对阀后部件进行检修；(3)、阀门及其操作机构的结构和强度应满足运行工况的要求。
水电站机组进水蝶阀关闭不正常故障的分析
水电站机组进水蝶阀关闭不正常故障的分析发表时间：2017-01-09T16:30:26.697Z 来源：《电力技术》2016年第10期作者：游远盛[导读] 进水蝶阀是水电站非常重要的设备，是机组发生水机事故时的最后一道保护，关乎着水电站的安全稳定运行。
中国华电额勒赛下游水电项目（柬埔寨）有限公司北京 100031摘要：本文描述机组进水蝶阀关闭不正常的故障情况，并对该故障进行分析，查找可能造成的因素，并提出相关的应对措施和解决方案。
关键词：柬埔寨；额勒赛；蝶阀；关闭；故障一、概述额勒赛下游水电项目位于柬埔寨王国西南部戈公省，首都金边以西约180km，戈公市以北20km的额勒赛河下游。
电站以发电为主，2013年已建成投产上、下两级电站。
上电站设2×103MW立轴混流式水轮发电机组，下电站设2×66MW立轴混流式水轮发电机组，上、下电站均采用约3km长的引水隧洞至厂房，机组进口设置进水蝶阀，下电站蝶阀型号PDF94-WY-380。
二、故障发生时的情况简介2016年6月1日，额勒赛下电站#4机调速器分段关闭阀渗油消缺，安全措施需关闭蝶阀，运行人员在上位机操作关闭蝶阀，蝶阀旁通阀打开正常，蝶阀接力器卸压电磁阀正确动作，接力器油压卸至0后，蝶阀的重锤未落下，蝶板还保持在全开位。
2016年9月16日，4号机停机后进行蝶阀开关试验，再次发生上述情况。
三、蝶阀关闭不正常原因分析经现场检查确认，4号机蝶阀并非每次都不能正常关闭，为偶发性的现象，其它台机并未出现类似情况，属个别现象。
经分析如下：蝶阀在全开位时，关门操作的瞬间起动力矩不够是蝶阀关闭不正常的主要原因。
造成这种情况，经分析主要有以下可能因素：1.阀轴轴承、轴端密封装置产生的摩擦阻力抵消重锤产生的关阀力矩。
2.制造、安装偏差产生的摩擦阻力影响蝶阀的正常关闭。
3.液压系统油质不合格造成摩擦阻力增大。
4.蝶阀重锤设计安全系数不足。
四、现场检查复核情况1.现场测量蝶阀超开8mm，曲柄以阀轴为中心旋转，开阀锁定开过8mm，计算锁定角度为0.705°，此时接力器开过角度一致，开过11.07mm到点M位置，拉力器基本长度2442mm不变，接力器伸出后长度3664mm也保持不变，接力器安装时头部中心不变（关阀锁定投入状态），以接力器头部中心按照基本长度（2442mm）为半径旋转和以接力器开启后M位中心按照接力器伸出后长度（3664mm）旋转，二者将于点N，接力器尾部理论中心实际安装点N的距离L为安装偏差，经核算为46.5mm。
自动保压式液控蝶阀在龙头桥水电站的应用
图 １ 液压 原 理 图 ２ ２ １ 开 阀 过 程 ．． 液控蝶阀接收 到开 阀信 号后 ， 油泵 电机启 动 ， 同时 锁定
电磁阀得电打开 ， 电磁 阀 １ 电关 闭， 失 电磁阀 ２得 电关 闭。此 时经油泵加 压的液压油一部分 经滤 网、 油泵 、 调速 阀 、 高压胶 管 ２和锁定 电磁 阀流 向锁 定油 缸 ， 出锁定 销 ， 除机 械锁 拔 解 定； 另一部分经滤 网、 油泵 、 速 阀、 压胶 管 １和单 向阀进 调 高
２１ ０ １年 第 １期 （ ３ 第 ９卷 ）
黑
龙
江
水
利
科
技
Ｎｏ ． ．１ ２０１ ｌ
Ｈ ｉ ｎｊ ｎ ｃ ｎｅａ ｄＴ ｃｎｌｇ ｆ ｔ ｏｓｒａ ｃ ｅ ｏｇｉ ｇＳ ｉ ｃ ｎ ｅｈ ｏ ｙｏ ｅ Ｃ ｎｅｖｎｙ ！ ａ ｅ ｏ Ｗａ ｒ
（ ｏａ Ｎ ． ９ Ｔ ｄｌ ｏ３ ）
该 阀做成双偏心形式 ， 偏心是将 阀轴与 阀体密 封 中心 一 偏移一定距 离 ， 使互 不 干涉 ； 二偏 心是 阀板 中心上 抬管 道 中 心线一定距 离 ， 使在 关 阀过程 中 ， 下半 部迎 水 面积 大于 上半 部， 帮助阀 门的关 闭 ， 减小 重锤 重量 。驱动 机构 由固定在 阀 轴上 的连接 头、 重锤 、 内外墙板 和 夹在 两墙 板 中间用 于驱 动
台水轮机进 口均采用 Ｋ ７ １ —Ｖ Ｄ ４ ｘ 型 自动保 压式液控 蝶 阀 ， 投入运干９ａ ， 亍 来 运行状 况一直 良好 ， 证 了电站安 全 、 保 稳定 、 可靠的运行 。
阀轴 回转 的摆 动油 缸组成 。驱动 机构 通过 阀轴 带动 蝶板 在 ９ 。 围内转动 ， ０范 由蝶 板上 实 芯橡胶 密封 圈与 阀体上 的不 锈 钢密封座接触形 成密 封 。摆 动油缸 在蝶 阀开启 过程 中做 工 作油缸 ， 在蝶 阀关 闭过程中做液力 控制器 ， 以控制快 、 关 用 慢 时间和角度 。驱动 机构 采用 液压 传动 和控 制 ， 阀力矩 大 ， 开 并使开 、 阀程序 调定 易于 实现 ， 用举 起 的重锤 提供 关 阀 关 采 动力 ， 并装有 自动保压 弹簧 蓄能装置 ， 进行 自动保 压 ， 提供 并 关 闭时解除锁定销的动力 ， 保蝶 阀运行安 全可靠 。驱动机 确 构 的所 有动作均 由蝶 阀电控 箱和 液压 控制 箱控 制。在 阀 门 全开后 ， 锁定油缸 中锁定销 自动 弹 出， 锁死 重锤杆 和蝶板 ， 保 证蝶板在全 开后 不抖 动。摆动油缸 、 锁定 油缸与 液压控 制箱 之 间采用 高压胶 管软连接。 通过轴封部件 与阀轴 形成 密封 ， 确保 管道 中的介质不 外 漏， 阀轴的位置通过 阀轴定 位部 件 调定 ， 保证 阀轴及 蝶板 位
水电站进水蝶阀调试方案及流程
水电站进水蝶阀调试方案及流程水电站是利用水能源发电的重要设施，而蝶阀则是水电站中常用的控制阀门之一。
蝶阀通过旋转阀板来调节流体的流量，是控制水流的重要装置。
在水电站中，蝶阀的调试工作尤为重要，它直接关系到水电站的正常运行和发电效率。
因此，水电站进水蝶阀的调试工作必须认真细致，合理有效，才能确保水电站的安全、稳定、高效运行。
一、进水蝶阀调试方案1. 蝶阀基本参数的确定在进水蝶阀调试之前，首先要确定蝶阀的基本参数，包括阀口直径、额定压力、阀座类型、阀体材质等。
这些参数是根据水电站具体情况和需要来确定的，只有确保这些参数是正确的，才能顺利进行蝶阀的调试工作。
2. 蝶阀的安装在确定了蝶阀的基本参数之后，就需要进行蝶阀的安装工作。
安装蝶阀时要保证阀门与管道之间的连接紧密、密封性好，确保阀门能够正常运行。
此外，还要注意蝶阀的方向和位置，确保其在运行过程中不会出现问题。
3. 蝶阀的打开与关闭在安装完毕后，就需要对蝶阀进行打开与关闭操作，检查其是否能够正常运行。
可以通过手动操纵蝶阀的旋钮或者电动操作来进行测试，确保阀门的启闭动作正常、灵活。
4. 蝶阀的密封性检验蝶阀的密封性是很重要的一个指标，它直接关系到阀门的使用效果和安全性。
因此，在调试过程中要对蝶阀的密封性进行检验，检查是否有漏水或者渗水的情况，确保阀门的密封性良好。
5. 蝶阀的流量调试最后，还需要对蝶阀的流量进行调试。
根据水电站的实际需求和要求，调节蝶阀的开度和流量，确保其能够满足水电站的运行需求，保证水电站的正常运行和发电效率。
二、进水蝶阀调试流程1. 初步检查在进水蝶阀调试之前，要对蝶阀进行初步检查，确保其安装位置正确、阀门与管道连接牢固、阀门启闭正常、密封性良好等。
2. 打开蝶阀在初步检查后，可以逐步打开蝶阀，观察其启闭动作是否正常、灵活，检查蝶阀的密封性和流量调节性能。
3. 检查开度和流量根据水电站的实际情况和要求，调节蝶阀的开度和流量，观察其对水流的控制效果，确保蝶阀能够满足水电站的需求。
CFD仿真验证及有效性指南
CFD仿真验证及有效性指南1.使用适当的模型和网格：模型是CFD仿真的核心，在选择模型时应考虑流动问题的特点，如湍流、边界层等。
网格的选择也是至关重要的，需要确保网格划分足够细致以捕捉流动中的细节，同时又要保持计算效率。
2.验证实验数据：要验证CFD仿真的有效性，可以使用已有的实验数据进行对比。
这些实验数据可以是来自于文献报道或自行进行的试验。
对比实验数据和CFD仿真结果可以评估仿真的准确性和可靠性。
3.系统误差分析：在仿真过程中，系统误差指代由于网格精度、求解方案或物理模型的近似导致的误差。
通过系统误差分析，可以确定系统误差的大小和对结果的影响。
减小系统误差可以提高仿真的准确性。
4.敏感性分析：敏感性分析可以评估一些关键参数（如初始条件、边界条件、物理模型等）对仿真结果的影响程度。
通过对这些参数进行敏感性分析，可以确定对结果影响较大的参数，并进一步优化仿真过程。
5.网格独立性分析：网格独立性分析用于确定所使用的网格是否足够精细。
通过在不同网格尺寸下进行多次仿真，可以比较结果的差异。
如果在不同网格下的结果趋于稳定，则认为所选择的网格尺寸是合适的。
6.验证验证案例：选择一些已知的验证案例进行仿真，比如经典的流体动力学案例，如流经圆柱体、层流流动等。
与已知的解析结果进行对比，可以验证仿真的准确性。
7.并行计算验证：CFD仿真通常需要大量的计算资源，通过并行计算可以提高仿真的效率。
进行并行计算验证可以确保并行计算的正确性，以及验证结果与串行计算的一致性。
8.实验验证：为了保证CFD仿真结果的有效性，最好还要进行实验验证。
通过在实验室或实际工程项目中进行实验，可以验证仿真结果的准确性和可靠性。
总结起来，CFD仿真的有效性验证需要综合考虑模型和网格选择、实验数据验证、系统误差分析、敏感性分析、网格独立性分析、验证验证案例、并行计算验证和实验验证等因素。
只有在这些方面充分考虑并且经过验证后，才能确保CFD仿真结果的准确性和可靠性。
偏心蝶阀水力特性的数值模拟与分析
偏心蝶阀水力特性的数值模拟与分析1 概述传统的阀门设计方法主要依据建立在一元流理论基础上的半经验公式与工程设计手册和图表，其中的各种经验常数和修正系数是通过大量试验获取的。
传统方法的优点是简便可靠，缺点是适用范围受资料来源的限制。
阀门类产品种类繁多，改型也较容易，随着工程技术的迅速发展，新的品种、新的设计在不断推出。
然而，用传统方法建立一套作为设计依据的参考资料需要大量试验数据，投入高，周期长。
因此，大多数情况下，在设计新产品时，设计人员只能参照以往几种常规品种的资料，凭经验进行推测。
以蝶阀为例，在现有的设计手册等参考资料上提供的只有传统的对称蝶阀的数据，很难找到偏心蝶阀的相关资料。
这给设计工作带来很大困难，限制了产品质量的提高。
计算流体力学(CFD)方法以其强大的数值模拟功能为解决这一问题提供了新途径。
2 计算流体力学方法通过数值模拟不但能取得产品设计所需的流动特性参数，而且还可以掌握流场内部的详细情况，如压力、速度和温度分布、流动分离状态及气蚀可能发生的部位等。
与实验方法相比，CFD数值模拟具有成本低、周期短和提供信息充分等优势。
CFD方法及其应用软件早已在飞机和汽轮机等高技术产品的设计中广泛应用，说明其模拟的精确度与可靠性完全能满足工程设计的要求。
工业发达国家的发展趋势显示，对于阀门和其他流体机械产品的设计工作都将以计算机数值模拟为主，实验测试为辅的方式进行。
本文运用CFD应用软件FLUENT对一种偏心蝶阀的三维流动特性进行了数值模拟。
通过对一系列开度下的各种工况的模拟得到了该蝶阀的水力特性曲线，并直观地显示出各种状态下阀门通道内部的速度压力分布和旋涡分布情况，由此进一步分析该蝶阀的特性。
3 阀门管道结构和计算方法3.1 控制方程将蝶阀内部流动介质设定为水，则流动模型为不可压缩三维粘性流动，可以用不可压缩流动的雷诺时均方程组与k-ε湍流模型构成封闭的方程组来求解。
(1)连续性方程(2)动量方程组(3)湍流动能是的输运方程(4)湍流耗散率ε的输运方程其中方程中各常数值可查表求得。
水利工程中的工程仿真与模拟技术在工程设计中的应用
水利工程中的工程仿真与模拟技术在工程设计中的应用水利工程是指利用水资源，以满足人类生产、生活和生态环境需求为目的的一系列工程建设。
它的设计与建造需要依靠准确可靠的技术手段，以确保工程的安全性和可持续发展性。
随着科技的不断发展，工程仿真与模拟技术在水利工程设计中的应用越来越广泛。
本文将介绍工程仿真与模拟技术在水利工程设计中的应用实例，从而说明它的重要性和优势。
一、水力学仿真与模拟技术的应用水力学是研究水的运动规律和相互作用的学科，对于水利工程设计起着重要的指导作用。
工程仿真与模拟技术可以通过模拟水的流动过程，预测工程中的水动力学效应，为工程设计提供依据。
例如，在水坝设计中，通过利用计算流体力学(CFD)方法，可以对水体在水坝下游的流动情况进行模拟，帮助工程师评估水坝对下游水体的影响，从而确定适当的泄洪方式和泄洪参数。
二、水文学仿真与模拟技术的应用水文学是研究水文过程及其规律的学科，对于水利工程设计具有重要意义。
工程仿真与模拟技术可以通过模拟降雨、径流和蓄流等水文过程，预测水库、河道和排水系统的水位和液流情况，为工程设计提供参考。
例如，在水库设计中，通过运用水文模型，可以模拟不同降雨情景下的径流过程，并根据模拟结果评估水库的蓄水容量和泄洪能力，从而确定正确的设计参数。
三、结构力学仿真与模拟技术的应用结构力学是研究结构受力和变形规律的学科，对于水利工程设计至关重要。
工程仿真与模拟技术可以通过模拟结构受力和变形的过程，预测工程的结构响应和安全性能，为工程设计提供保障。
例如，在水闸设计中，通过利用有限元分析方法，可以对水闸的开闭过程进行模拟，评估水闸的承载能力和安全性，提前发现潜在问题并进行修正，确保工程的正常运行。
四、环境与生态仿真与模拟技术的应用水利工程的设计和建设必须兼顾环境和生态问题，以保护水资源和生态系统的可持续发展。
工程仿真与模拟技术可以通过模拟工程对环境和生态的影响，评估工程的环境效应和生态风险，为工程设计提供参考和改进措施。
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图 １ Ｏ 蝶 阀流量 系数 计算结果 图１ １ 带插值 的特征 网格
４ 蝶阀动水关 闭过渡过程分析
４ ． １ 仿真数 学模 型
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１ ）引水 系统 数学 模 型 引水 系统采 用 特征线 法 求解 有压 输水 系统 连续 性 方程 和运 动方 程 【 ３ Ｊ（ 见图 １ １ ） 。水 库 边 界 考 虑 到 进 口损 失 和进 口速 度头 相对 于 电站水 头小 得 多 ，可 以忽 略不 计 ，则 水 库 边 界 Ｈ。 ＝ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ 。调 压 井 边 界 基本方 程 为连续 性 方程 、能 量方 程 和调压 室 水位变 化方 程 ，可联 立 流道特 征线 方程 求解 ＿ ３ ３。 ＿
３ ）蝶 阀过 流数 学模 型
图１ ２ Ｈ Ｉ ． Ｊ Ｍ９ ７水轮机综合特性 曲线
４ ． ２ 仿 真 与 实测结 果对 比
为 论证 蝶 阀动 水 关 闭 能 力 ，２ ０ １ １年 １ ２月 电厂
组织 相关 单 位 开 展 了机 组 进 水 蝶 阀 的 动 水 关 闭 试 验 ，试 验前 机组 分 别在 １ ０ Ｍ Ｗ、１ ７ Ｍ Ｗ 负荷 工况 点 稳 定运 厂位 于 广 东 省 韶 关 市 乳 源 县 县 城 西
甩负荷调速机构失灵的情况 ，蝶阀必须可靠动水关
闭 ，以保障设备 的安全。为保证水 电厂机组 的安全
运行 ，需 要开展 蝶 阀关 闭 的过渡过 程计 算 ，分析 蝶 阀动水 关 闭过 程下 流道 内的压力 变化 过程 。要 准确 地对蝶 阀关 闭过渡 过程 进行 仿真分 析 ，需要 明确蝶 阀在 不 同开度 下 的过流 特性 。 目前 对 蝶 阀过流 特性 的研究 往 往采 用 试 验 的 方法 ，但 是试 验 成 本 较 大 ，
直 径９ ． ５ ｍ （ 见表 １ ） 。
表 １ 设 备主要参数
３ 蝶阀过 流特 性分析
３ ． １ 控 制 方程
收 稿 日期 ：２ ０ １ ４—０ １ —２ ０
选 择流 动模 型为 单相 流体 的不 可压 缩三 维粘 性
作者 简介 ：许 洪文 （ １ ９ ７ １ 一） ，男 ，工程 师 ，主要从 事水 电 厂机械设备维护及检修工作 。
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采用式 （ ５ ）联立特征线 方程进行求解 ，计算
表 ２ 蝶 阀 动 水 关 闭试 验 条 件
蝶 阀动水 关 闭 的仿 真 计算 与试 验结 果对 比如 下
所示 （ 见图 ｌ ３ 、图 ｌ ４ ） ：
・ ｌ ２ ・
小水 电
２ ０ １ ４年第 ３ 期 （ 总第 １ ７ ７ 期）
【 关键词】进水蝶阀 过渡过程 数值分析
Ｃ Ｆ Ｄ
１ 研究背景
对 于设 有进 水蝶 阀的水 电站 ，蝶 阀是机 组最 重
而且 老 电厂一 般缺 少蝶 阀 过流试 验数 据 ，无法 准确 建 立机组 甩 负荷蝶 阀关 闭过 渡过 程计 算模 型 。
要 的过速保护之一… １ ，机组在运行过程 中一旦出现
侧 ，共设有 ３ 台混流式水轮发电机组 ，其引水系统
采用 “ 一洞 三 机 ” 的形 式 ，引水 隧洞 长 约 ４ ｋ ｒ ｎ ， 洞 径５ ． ５ ｍ， 设 有带 下室 的 圆筒 阻抗 式 上游 调 压 井 ，其 中下室底 板 高程 ７ １ ８ ２ ． ０ ｍ， 阻 抗 孔 直径 ４ ． ８ ｍ， 大 井
Ｅ ｍａ ｉ ｌ ：８ ９ ２ ８ ７ ８ ０ ３＠ ｑ ｑ ． ｃ ｏ ｎ ｒ
流动 ，采用不可压缩流动的雷诺方程组与 ｜ ｉ ｝ 一￡ 紊 流模 型 构成 封闭 的方程 组来 求解 ［ 。
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技术交流
墨 Ｌ Ｈ Ｙ Ｄ Ｒ Ｏ Ｐ Ｏ Ｗ Ｅ Ｒ ２ ０ １ ４ Ｎ ｏ ３ ．Ｔ ｏ ｔ ａ ｌ Ｎ ｏ ｌ ７ ７
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２ ）水轮机数学模型 水轮机特性采用 Ｈ Ｌ Ａ ４ ９ ７ 模 型综合特性 曲线描 述 （ 见图 １ ２ ） 。在过 渡过 程 计 算 中 ，将 模 型 综 合 特 性 曲线转 换 为单 位流量 与 单位 力矩 的变 化 曲线 ，联 立 引水 系统特 征线 方程 进行 求解 ＿ ３。 ３ ＿
技术交流
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图１ ３ 机组 １ ０ ＭＷ 工 况 蜗 壳 及 蝶 阀 进 口水 压 试 验 及 仿 真 结 果 对 比
【 摘
要 】采 用计 算流体 力学 （ Ｃ Ｆ Ｄ ）法对 南水水电厂蝶 阀过 流特 性进 行分析 ，并将 Ｃ Ｆ Ｄ 计 算结果作 为蝶 阀边界 条件 引
入到 了蝶 阈动水关 闭的过渡过程计算 ，然后对蝶 阀动 水 关闭试验 与仿 真计 算结 果进行 对 比分析 ，实测结 果与仿 真结 果吻 合 ，验证 了仿真模 型及计算方法的正确性 。图 ｌ ４幅 ，表 ２个。
小水电 ２ ０ １ ４ 年第３ 期 （ 总 第１ ７ ７ 期）
技术交流
Ｃ Ｆ Ｄ 在水电厂进水蝶阀动水关闭仿真中的应用
许洪文 王义国 （ 广东粤电南水发电有限责任公 司 广 东韶关 ５ １ ２ ７ ０ ０ ）
付 亮 （ 湖南省 电 力公 司科 学研 究院 湖 南长 沙 ４ １ ０ ０ ０ ７ ）