500m水头段高水头混流式水轮机的选型设计

本文介绍了为解决龚嘴电站水轮机存在的异常噪声问题所进行的cfd分析、模型试验和真机实测。理论分析和模型及真机试验结果表明,噪声产生的根源在于水轮机空载和低负荷运行时转轮的叶道涡。通过不同补气方式的模型和真机试验研究,最终找到了消除噪声的最佳解决方案,并在电站成功实施。

听命河水电站运行水头范围为875.20～921.50m,已经超过了混流式水轮机的运行范围极限,只能选择冲击式水轮机。冲击式水轮机是按照动量定理进行能量转换的,与反击式水轮机做功方式不同,因此,其选型的计算方法有自身的特点,在保证单位转速的条件下还需考虑转轮直径d_1与喷嘴直径d_0之比m值的合理性。本文通过对听命河水电站水轮机的选型计算,对超高水头段冲击式水轮机选择进行探讨。

从水轮机选型设计的主要内容、所必需的资料及主要参数选择等几个方面简述了小型水电站混流式水轮机的选型设计,探讨了混流式水轮机选型设计应注意的问题,为小型水电站混流式水轮机的选型设计及研究提供参考。

通过几个电站混流式水轮机的现场水压脉动检测试验发现,在机组额定出力的20%～30%范围内出现过水系统整体(蜗壳进口、顶盖、尾水管)水力共振,频率为转频的1～1.4倍,严重地影响机组稳定运行。将在实际工程试验中遇到的有关混流式水轮机水力振动及相关问题解决方法进行介绍。

介绍混流式水轮机导水机构在制造过程中需要注意的几个问题,以及为了保证质量而采取的措施。

本公司承接的混流式水轮机组额定功率为83mw,额定水头386.0m,为高水头、高转速的中小容量水轮机组。由于机组的设计特点,转轮制作空间较小,无法采用整体组装焊接的方式进行制作。本文介绍了区别于以往小型转轮的制作方法,采用分体制作的方式及严格的质量控制过程,通过实践证明,采用此方法制作的高水头混流式小型转轮可以满足设计要求,该方法为今后制作同类型的小型转轮制作提供参考。

近年来，我国大力扶持国内小水电增容改造，很多小水电制造企业都从中尝到了其中甜头，面对即将来临的新一轮的小水电市场的增容改造，这对于国内新建中、小水电站日趋饱和，水电市场不景气的大环境下，各个中、小水电设备制造厂家都想通过国家的一系列政策措施来摆脱目前企业所面临的困境，可改造是把双刃剑，效益很高，可机组改造所需要考虑的比新机组要多得多，一旦改造失败就会面临失去客户的信任，失去庞大的小水电改造市场。

采用混合物空化模型对混流式水轮机的内部流场进行了数值计算,得到了大流量工况、最优流量工况、小流量工况水轮机的内部流动特性。计算结果表明:在大流量工况和小流量工况下,尾水管中心截面的低压区与涡带是相对应的,压力脉动的幅值主要受尾水管涡带直径两端压力差的影响,其尾水管进口段左右两侧以及弯肘段附近均有较大的漩涡区域,造成较大的能量耗散,尾水管内有明显的回流现象,水轮机内部流动比较紊乱。

通过混流式水轮机全流道的定常流动数值模拟,研究混流式水轮机内部尤其是尾水管在不同工况下的流动特点,目的在于探明引起混流式水轮机内部流动不稳定的真正原因。计算结果表明,引水部件的流动,蜗壳鼻端处压力波动均较为剧烈,周向分布不均匀,但是经过固定导叶和活动导叶的过滤后周向分布基本对称。转动部分的流动,小开度低单位转速时,较小的导叶出流角,使转轮叶片头部受到撞击,叶片上横向流动和背面的叶道涡严重,转轮出口靠上冠处有回流和横向流动,泄水锥下方回流严重;大开度时,转轮进出口流态都得到改善。尾水管内,小开度时,锥管中心回流严重,大部分水流流向外缘,受肘管的影响,锥管和肘管内部形成两个涡流区,主流流经支墩左侧,右侧较为紊乱;最优开度时,尾水管内部水流流线顺畅,支墩两侧水流平稳性基本一致;大开度时,尾水管主流向锥管中心聚拢,经过肘管的转弯时,出现很多局部的旋涡流动,支墩右侧水流相对平稳,而左侧较为紊乱。研究结果为压力脉动测量位置的选择提供理论依据。

通过一例水中尸块的法医学检验,将水电站水轮机叶片对尸体的机械力碎尸与人力碎尸进行比较、区别,以积累类似案件的检验经验。

混流式水轮机磨蚀严重的部位是叶片背面出口边靠近下环处、下环内外表面等。根据黄河水流的特性和对磨蚀规律的分析,水轮机的磨蚀防护一般采取聚氨酯涂层防护、高速氧燃喷漆碳化钨防护、优化转轮设计、减少过机泥沙等综合措施,取得了一定的效果。

1 混流式水轮机安装作业指导书 1、混流式水轮机安装工艺流程图 2、作业方法及要求 2.1施工准备 2.1.1熟悉图纸及制造厂的技术资料，了解设备的结构特点、技术要求及 施工准备 尾水管里衬拼装 座环、基础环组装及安装 蜗壳挂装及安装 机坑里衬、接力器里衬安装 机坑测定与座环、基础环加工 导水机构予装 转轮与主轴整体吊入机坑 导水机构安装 机组联轴、轴线调整 主轴密封及水导轴承安装 辅助设备及管路安装 起动试运行 尾水管里衬砼浇筑 座环、基础环支墩砼浇筑 蜗壳支墩砼浇筑 机组二期砼浇筑 尾水管里衬安装 蜗壳拼装 2 工艺要求。 2.1.2根据工程特点，结合现场的具体情况，编制施工技术措施。 2.1.3对施工人员进行技术交底。 2.1.4临时工装、器具制作，施工工器具准备。 2.2尾水管里衬拼装与安装 2.2.1作业方法 2.2.1.1根据尾水管到货设备的具体情况（若为

1 工业冷却塔用混流式水轮机技术 一、技术名称：工业冷却塔用混流式水轮机技术 二、适用范围：化工、冶炼、轻纺等行业有重力势能可利用的机械通风式冷却塔的改造 三、与该节能技术相关生产环节的能耗现状： 目前的工业循环冷却系统耗电现状是：每座冷却塔的塔顶都装有一台电动机，用来 驱动风筒内部的风叶转动，一座4500t/h流量的冷却塔电机年耗电量约为175万kwh， 耗能折合612tce。 四、技术内容： 1．技术原理 水轮机的工作动力来自循环冷却水系统水的重力势能以及循环水泵的富余扬程，工 作时保证冷却塔的技术参数，而且循环水泵的能耗不变。水轮机的输出轴直接与风机连 接并带动其转动，取消了原电机驱动风机系统，节约了电能。 2．关键技术 1）利用循环水余压驱动水轮机，替代电机； 2）转速比为50的超低比速混流式水轮机，效率提高至88%以上，并将原双列循环形 导流叶栅改为

通过某水电站2台混流式水轮机现场振动、噪声试验,对1#机组运行时出现异常噪声的振源进行查找,同时采用锤击法对水轮机蝶阀层压力钢管进行固有频率测试。分析发现,某种水力激振频率与压力钢管的固有频率在92%以上负荷区域运行时发生耦合并引起压力钢管共振,是导致异常噪声的主要原因。在此基础上提出了活门出水边修型以及加装蜗壳进人门孔导流板的处理方案,最终通过改善流道环境,使水力激振频率得到大幅提高,并降低了涡列能量,起到了很好的错频消振效果。研究表明:通畅的流道环境对于有效避免由于水力激振或涡列振动引起的结构共振问题具有重要意义。

针对已建成的zjkf项目一期工程存在水轮机运行不能满足稳定运行要求的情况,业主在二期工程建设时,确定对二期工程水轮机的应用进行研究;从水轮机比转速的选择着手,通过调研、数学计算和论证分析等方法对新旧机型进行技术经济比较,确定选用hla351型水轮机。研究表明,结合水轮机结构及其过流部件材质的选用,低比转速的hla351型水轮机可以改善二期工程水轮机的运行稳定性、抗泥沙磨蚀性和效率,提高zjkf项目的投资效益。该项研究可为多泥沙河流高水头水轮机的选择提供有益参考。

结合工程实例,介绍了高水头水电站的水轮机选型过程,并采用综合指标评价法,列出了不同的影响评价指标,综合各指标的影响程度,最终确定了水轮机机组的设计方案,为高水头水电站的水轮机选型设计提供了设计思路。

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描述了高水头混流式机组在水力和机械开发方面的某些关键点。这些关键点表明,作为近年来设计过程细化的结果,在早期设计阶段,采用数值方法预测动态特性是可能的。给出了最新的原型试验结果,并同时与数值分析和模型试验结果进行了比较。对项目的开发背景及其必要性、试验模拟过程以及优化设计等作了介绍。

结合藏木水电站高比转速水轮机参数优化项目,通过cfd分析,对模型水轮机的蜗壳、尾水管、转轮等水力过流部件进行了全面优化设计。通过模型试验验证,藏木水电站水轮机水力性能研究达到了预期目标,cfd分析结果与模型试验结果基本吻合,为高比转速转轮的水力性能优化提供参考。

高水头混流式水轮机由于其运行水头高、额定转速高和过流部件流速高等特点，要求水轮机主要部件的结构与中低水头的混流式水轮机相比有明显的区别。

针对混流式水轮机的转轮结构、受力特点及转轮各部分网格的自动划分等方面进行了简要分析,阐述了可实现水轮机转轮结构计算与优化设计的有限元方法及改良复合形法。在不改变叶片型线的情况下合理地选择上冠和下环的尺寸,从而改善转轮各部分的应力分布,求得最优的转轮结构。

本文是笔者根据多年工作经验，并结合相关文献资料，对混流式水轮机的水力不稳定性原因进行了分析，并提出了几点保障水力稳定性对策。