基于數(shù)值模擬的水輪機(jī)增容改造研究.pdf

1、對已建具有增容潛力的水電站機(jī)組更新改造，成本小、收效快，社會經(jīng)濟(jì)效益可觀。運(yùn)行多年的部分中小型電站普遍存在著技術(shù)指標(biāo)落后、制造質(zhì)量差、過流部件磨損嚴(yán)重、設(shè)備年久失修、發(fā)電量逐年減少等問題，不僅浪費(fèi)大量的水力資源，而且影響著電站的安全運(yùn)行。目前CFD技術(shù)發(fā)展迅速，成果顯著，達(dá)到了工程應(yīng)用水平。探究如何應(yīng)用CFD這一先進(jìn)工具對老舊電站的水輪機(jī)進(jìn)行增容改造具有重大現(xiàn)實(shí)意義。
　　本研究針對青海古浪堤水電站HL741-WJ-84水輪機(jī)在實(shí)

2、際運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，“量體裁衣”式制定增容改造方案。首先對比分析諸多較優(yōu)模型轉(zhuǎn)輪，初步選取目標(biāo)轉(zhuǎn)輪；然后根據(jù)水輪機(jī)既定通流部件的幾何約束條件對所選目標(biāo)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行一定改型，使轉(zhuǎn)輪既保持本身優(yōu)良性能又滿足電站改造要求。鑒于小型臥式水輪機(jī)在汛期運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)轉(zhuǎn)輪被雜物頻繁堵塞而影響正常發(fā)電的情形，從增加水輪機(jī)出力與過流能力的角度出發(fā)，采用在改型轉(zhuǎn)輪基礎(chǔ)上減少三個(gè)葉片后制造新轉(zhuǎn)輪的方案對原水輪機(jī)增容改造。以CFD為基礎(chǔ)探究可用于水輪機(jī)實(shí)際改造的數(shù)值計(jì)

3、算及水力性能估測方法，對改造結(jié)果進(jìn)行數(shù)值驗(yàn)證并分析水流流態(tài)是否均勻合理以達(dá)到定性指導(dǎo)和評價(jià)改造方案的目的?；诹鲌鰯?shù)值計(jì)算，分析水輪機(jī)增容改造前后的流場，預(yù)估機(jī)組的整體性能。通過求解Reynolds時(shí)均N-S方程，在FLUENT中選取標(biāo)準(zhǔn)κ-ε湍流模型并采用SIMPLE算法，對改造前后的水輪機(jī)全流道進(jìn)行流場計(jì)算，模擬改造前后的水輪機(jī)在四個(gè)典型工況下運(yùn)行時(shí)的流動狀況，求得各個(gè)工況下水輪機(jī)整體及各通流部件內(nèi)的流動信息，獲得改造前后水輪機(jī)水動

4、力學(xué)的特性差異，給出了水輪機(jī)更換轉(zhuǎn)輪改造后效率和出力隨導(dǎo)葉開度變化的規(guī)律。改造后水輪機(jī)整體流動均勻、流態(tài)分布合理，幾乎不存在流場的擾動。蝸殼中水流流動平穩(wěn)順暢，過流能力增強(qiáng)，不存在壓力與速度突變等不穩(wěn)定現(xiàn)象；葉片的數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明，減少葉片數(shù)對葉片背面壓力分布影響較大，轉(zhuǎn)輪在各工況下運(yùn)行時(shí)因葉片背面負(fù)壓產(chǎn)生的翼型空蝕較原HL741轉(zhuǎn)輪有所改善，但葉片背面靠近下環(huán)處進(jìn)口段極小區(qū)域存在空蝕性能惡化的現(xiàn)象，為安全起見可對該區(qū)域采取一定的抗空蝕