冷卻塔的新型混流式水輪機(jī)開發(fā)研究

通過數(shù)值模擬和試驗兩種方法,開發(fā)出一種新型高比轉(zhuǎn)速混流式水輪機(jī),配備相應(yīng)變比的減速器,代替冷卻塔中的風(fēng)扇電動機(jī),以達(dá)到節(jié)能的目的.根據(jù)冷卻塔水輪機(jī)工作環(huán)境的特點,為盡量減小水輪機(jī)尺寸,在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面提出了金屬梯形蝸殼和單列環(huán)形導(dǎo)葉.通過數(shù)值模擬,分析了不同的導(dǎo)葉形式、轉(zhuǎn)速、葉片安放角對水輪機(jī)性能的影響.通過對比,選取負(fù)曲度導(dǎo)葉形式,選擇最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速及葉片安放角,確定最優(yōu)性能的水輪機(jī)數(shù)模方案.通過物模試驗證明所開發(fā)的高比轉(zhuǎn)速混流式節(jié)能水輪機(jī)尺寸能夠滿足冷卻塔要求,其效率高,性能穩(wěn)定,可以在有條件的地方推廣應(yīng)用.

通過幾個電站混流式水輪機(jī)的現(xiàn)場水壓脈動檢測試驗發(fā)現(xiàn),在機(jī)組額定出力的20%～30%范圍內(nèi)出現(xiàn)過水系統(tǒng)整體(蝸殼進(jìn)口、頂蓋、尾水管)水力共振,頻率為轉(zhuǎn)頻的1～1.4倍,嚴(yán)重地影響機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。將在實際工程試驗中遇到的有關(guān)混流式水輪機(jī)水力振動及相關(guān)問題解決方法進(jìn)行介紹。

介紹混流式水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)在制造過程中需要注意的幾個問題,以及為了保證質(zhì)量而采取的措施。

混流式水輪機(jī)磨蝕嚴(yán)重的部位是葉片背面出口邊靠近下環(huán)處、下環(huán)內(nèi)外表面等。根據(jù)黃河水流的特性和對磨蝕規(guī)律的分析,水輪機(jī)的磨蝕防護(hù)一般采取聚氨酯涂層防護(hù)、高速氧燃噴漆碳化鎢防護(hù)、優(yōu)化轉(zhuǎn)輪設(shè)計、減少過機(jī)泥沙等綜合措施,取得了一定的效果。

近年來，我國大力扶持國內(nèi)小水電增容改造，很多小水電制造企業(yè)都從中嘗到了其中甜頭，面對即將來臨的新一輪的小水電市場的增容改造，這對于國內(nèi)新建中、小水電站日趨飽和，水電市場不景氣的大環(huán)境下，各個中、小水電設(shè)備制造廠家都想通過國家的一系列政策措施來擺脫目前企業(yè)所面臨的困境，可改造是把雙刃劍，效益很高，可機(jī)組改造所需要考慮的比新機(jī)組要多得多，一旦改造失敗就會面臨失去客戶的信任，失去龐大的小水電改造市場。

采用混合物空化模型對混流式水輪機(jī)的內(nèi)部流場進(jìn)行了數(shù)值計算,得到了大流量工況、最優(yōu)流量工況、小流量工況水輪機(jī)的內(nèi)部流動特性。計算結(jié)果表明:在大流量工況和小流量工況下,尾水管中心截面的低壓區(qū)與渦帶是相對應(yīng)的,壓力脈動的幅值主要受尾水管渦帶直徑兩端壓力差的影響,其尾水管進(jìn)口段左右兩側(cè)以及彎肘段附近均有較大的漩渦區(qū)域,造成較大的能量耗散,尾水管內(nèi)有明顯的回流現(xiàn)象,水輪機(jī)內(nèi)部流動比較紊亂。

通過混流式水輪機(jī)全流道的定常流動數(shù)值模擬,研究混流式水輪機(jī)內(nèi)部尤其是尾水管在不同工況下的流動特點,目的在于探明引起混流式水輪機(jī)內(nèi)部流動不穩(wěn)定的真正原因。計算結(jié)果表明,引水部件的流動,蝸殼鼻端處壓力波動均較為劇烈,周向分布不均勻,但是經(jīng)過固定導(dǎo)葉和活動導(dǎo)葉的過濾后周向分布基本對稱。轉(zhuǎn)動部分的流動,小開度低單位轉(zhuǎn)速時,較小的導(dǎo)葉出流角,使轉(zhuǎn)輪葉片頭部受到撞擊,葉片上橫向流動和背面的葉道渦嚴(yán)重,轉(zhuǎn)輪出口靠上冠處有回流和橫向流動,泄水錐下方回流嚴(yán)重;大開度時,轉(zhuǎn)輪進(jìn)出口流態(tài)都得到改善。尾水管內(nèi),小開度時,錐管中心回流嚴(yán)重,大部分水流流向外緣,受肘管的影響,錐管和肘管內(nèi)部形成兩個渦流區(qū),主流流經(jīng)支墩左側(cè),右側(cè)較為紊亂;最優(yōu)開度時,尾水管內(nèi)部水流流線順暢,支墩兩側(cè)水流平穩(wěn)性基本一致;大開度時,尾水管主流向錐管中心聚攏,經(jīng)過肘管的轉(zhuǎn)彎時,出現(xiàn)很多局部的旋渦流動,支墩右側(cè)水流相對平穩(wěn),而左側(cè)較為紊亂。研究結(jié)果為壓力脈動測量位置的選擇提供理論依據(jù)。

通過一例水中尸塊的法醫(yī)學(xué)檢驗,將水電站水輪機(jī)葉片對尸體的機(jī)械力碎尸與人力碎尸進(jìn)行比較、區(qū)別,以積累類似案件的檢驗經(jīng)驗。

1 混流式水輪機(jī)安裝作業(yè)指導(dǎo)書 1、混流式水輪機(jī)安裝工藝流程圖 2、作業(yè)方法及要求 2.1施工準(zhǔn)備 2.1.1熟悉圖紙及制造廠的技術(shù)資料，了解設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點、技術(shù)要求及 施工準(zhǔn)備 尾水管里襯拼裝 座環(huán)、基礎(chǔ)環(huán)組裝及安裝 蝸殼掛裝及安裝 機(jī)坑里襯、接力器里襯安裝 機(jī)坑測定與座環(huán)、基礎(chǔ)環(huán)加工 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)予裝 轉(zhuǎn)輪與主軸整體吊入機(jī)坑 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)安裝 機(jī)組聯(lián)軸、軸線調(diào)整 主軸密封及水導(dǎo)軸承安裝 輔助設(shè)備及管路安裝 起動試運(yùn)行 尾水管里襯砼澆筑 座環(huán)、基礎(chǔ)環(huán)支墩砼澆筑 蝸殼支墩砼澆筑 機(jī)組二期砼澆筑 尾水管里襯安裝 蝸殼拼裝 2 工藝要求。 2.1.2根據(jù)工程特點，結(jié)合現(xiàn)場的具體情況，編制施工技術(shù)措施。 2.1.3對施工人員進(jìn)行技術(shù)交底。 2.1.4臨時工裝、器具制作，施工工器具準(zhǔn)備。 2.2尾水管里襯拼裝與安裝 2.2.1作業(yè)方法 2.2.1.1根據(jù)尾水管到貨設(shè)備的具體情況（若為

通過某水電站2臺混流式水輪機(jī)現(xiàn)場振動、噪聲試驗,對1#機(jī)組運(yùn)行時出現(xiàn)異常噪聲的振源進(jìn)行查找,同時采用錘擊法對水輪機(jī)蝶閥層壓力鋼管進(jìn)行固有頻率測試。分析發(fā)現(xiàn),某種水力激振頻率與壓力鋼管的固有頻率在92%以上負(fù)荷區(qū)域運(yùn)行時發(fā)生耦合并引起壓力鋼管共振,是導(dǎo)致異常噪聲的主要原因。在此基礎(chǔ)上提出了活門出水邊修型以及加裝蝸殼進(jìn)人門孔導(dǎo)流板的處理方案,最終通過改善流道環(huán)境,使水力激振頻率得到大幅提高,并降低了渦列能量,起到了很好的錯頻消振效果。研究表明:通暢的流道環(huán)境對于有效避免由于水力激振或渦列振動引起的結(jié)構(gòu)共振問題具有重要意義。

工業(yè)冷卻塔用混流式高效水輪機(jī)節(jié)能技術(shù) 來源：中國節(jié)能產(chǎn)業(yè)網(wǎng)時間：2010-12-3015:44:51 一、技術(shù)名稱：工業(yè)冷卻塔用混流式水輪機(jī)技術(shù) 二、適用范圍：化工、冶煉、輕紡等行業(yè)有重力勢能可利用的機(jī)械通風(fēng)式冷 卻塔的改造 三、與該節(jié)能技術(shù)相關(guān)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的能耗現(xiàn)狀： 目前的工業(yè)循環(huán)冷卻系統(tǒng)耗電現(xiàn)狀是：每座冷卻塔的塔頂都裝有一臺電動 機(jī)，用來驅(qū)動風(fēng)筒內(nèi)部的風(fēng)葉轉(zhuǎn)動，一座4500t/h流量的冷卻塔電機(jī)年耗電量約 為175萬kwh，耗能折合612tce。 四、技術(shù)內(nèi)容： 1．技術(shù)原理 水輪機(jī)的工作動力來自循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水的重力勢能以及循環(huán)水泵的富余 揚(yáng)程，工作時保證冷卻塔的技術(shù)參數(shù)，而且循環(huán)水泵的能耗不變。水輪機(jī)的輸出 軸直接與風(fēng)機(jī)連接并帶動其轉(zhuǎn)動，取消了原電機(jī)驅(qū)動風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，節(jié)約了電能。 2．關(guān)鍵技術(shù) 1）利用循環(huán)水余壓驅(qū)動水輪機(jī)，替代電機(jī)； 2）轉(zhuǎn)速比為50的超低比速混流

利用cfd數(shù)值模擬計算,為冷卻塔中代替風(fēng)扇電動機(jī)的混流式水輪機(jī)選擇合適的導(dǎo)葉葉型。經(jīng)過相同導(dǎo)葉開度和相同流量兩種情況下不同導(dǎo)葉形式的模擬計算和對比分析,得出了負(fù)曲度導(dǎo)葉葉型性能最優(yōu),效率比其他兩種導(dǎo)葉葉型的水輪機(jī)高0.22%～2.75%,確定其為該水輪機(jī)的導(dǎo)葉葉型,從而達(dá)到了在冷卻塔中使用混流式水輪機(jī)代替風(fēng)扇電動機(jī)的目的。

描述了高水頭混流式機(jī)組在水力和機(jī)械開發(fā)方面的某些關(guān)鍵點。這些關(guān)鍵點表明,作為近年來設(shè)計過程細(xì)化的結(jié)果,在早期設(shè)計階段,采用數(shù)值方法預(yù)測動態(tài)特性是可能的。給出了最新的原型試驗結(jié)果,并同時與數(shù)值分析和模型試驗結(jié)果進(jìn)行了比較。對項目的開發(fā)背景及其必要性、試驗?zāi)M過程以及優(yōu)化設(shè)計等作了介紹。

隨著水輪發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量不斷增大,大型混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的制造尺寸和制造重量不斷增加,目前世界上制造的最大的混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪名義直徑已經(jīng)超過10m。尺寸如此巨大的轉(zhuǎn)輪,如果不具備水運(yùn)碼頭,是無法完成內(nèi)陸運(yùn)輸?shù)摹楸阌谶\(yùn)輸,一般采用分瓣式制造、工地組裝的方案,

從水輪機(jī)選型設(shè)計的主要內(nèi)容、所必需的資料及主要參數(shù)選擇等幾個方面簡述了小型水電站混流式水輪機(jī)的選型設(shè)計,探討了混流式水輪機(jī)選型設(shè)計應(yīng)注意的問題,為小型水電站混流式水輪機(jī)的選型設(shè)計及研究提供參考。

文中對4種常用軸承的典型結(jié)構(gòu)特點進(jìn)行分析,指出新型稀油潤滑帶有轉(zhuǎn)動油盆、畢托管上油方式的軸承結(jié)構(gòu)簡單、使用范圍廣且效果顯著,可廣泛應(yīng)用于立式中小型混流式水輪機(jī)中。

蝸殼是水輪機(jī)中的重要過流部件。其模型精度的高低,直接影響產(chǎn)品的生產(chǎn)加工質(zhì)量、機(jī)組運(yùn)行的水力特性。因此,建立質(zhì)量較高的蝸殼模型,對于機(jī)組有著重要的意義。在此,通過對模型尺寸進(jìn)行分析,并利用軟件ug對進(jìn)行建模,探討了建模方法的可行性,為后續(xù)產(chǎn)品的加工提供了理論支持。

為了探究混流式水輪機(jī)改造前后轉(zhuǎn)輪泥沙磨損情況,采用固液兩相流模型對某電站改造前后的混流式水輪機(jī)進(jìn)行全流道數(shù)值模擬,分析不同工況下轉(zhuǎn)輪葉片表面泥沙分布,轉(zhuǎn)輪葉片表面固液兩相速度差,以及水輪機(jī)效率。結(jié)果表明:小流量工況下泥沙磨損最嚴(yán)重;水輪機(jī)改造后,葉片表面泥沙體積分?jǐn)?shù)下降,固液兩相速度差減少,泥沙磨損減弱,水輪機(jī)效率較改造前提升了5.5%。該研究可為水輪機(jī)改造提供一定的參考。

本文是筆者根據(jù)多年工作經(jīng)驗，并結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)資料，對混流式水輪機(jī)的水力不穩(wěn)定性原因進(jìn)行了分析，并提出了幾點保障水力穩(wěn)定性對策。

引言由于大中型水輪機(jī)零部件都是在制造廠生產(chǎn),運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場,在機(jī)坑里安裝、調(diào)試的。因此,安裝過程中的質(zhì)量好壞直接關(guān)系到機(jī)組運(yùn)行的整體質(zhì)量。所以,加強(qiáng)安裝過程質(zhì)量控制尤為重要。下面就如何控制混流試水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)安裝質(zhì)量談?wù)勎业目捶ā?、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)裝及安裝1.1導(dǎo)水機(jī)構(gòu)安裝程序

針對傳統(tǒng)的混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片設(shè)計方法(如保角變換法)設(shè)計周期較長,且不易實現(xiàn)葉片模型制作的狀況,通過給定速度矩方程對葉型骨線方程進(jìn)行逐點積分,并由包角的誤差分析對速度矩方程的系數(shù)進(jìn)行修正,實現(xiàn)葉片正面型線的設(shè)計,在葉片正面計算流面上使用導(dǎo)出的最大流面厚度公式直接進(jìn)行葉型加厚,得到水輪機(jī)葉片的背面葉型.文中同時給出了各部分的數(shù)學(xué)分析數(shù)值計算表達(dá)式,并用cad系統(tǒng)進(jìn)行葉片木模圖的繪形.從得到的木模圖可以看出,用該方法設(shè)計更為優(yōu)化,能較好地體現(xiàn)設(shè)計要求,并符合實際轉(zhuǎn)輪葉片的形狀,確保了計算和造型的準(zhǔn)確性,可用來進(jìn)一步實現(xiàn)水輪機(jī)的整體水力性能分析.由于模型是數(shù)值生成,故結(jié)合相應(yīng)的機(jī)械加工程序,可實現(xiàn)葉片木模的數(shù)控加工.

熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 白山水電站水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計 摘要 水輪發(fā)電機(jī)組是將水能轉(zhuǎn)化為電能的核心設(shè)備，水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計得是