水力機械的案例
第二十九屆全國水動力學研討會在江蘇成功舉辦
江蘇大學袁壽其研究員的研究團隊在本次會議上做了“水力機械空化特性及控制策略研究 ”，系統地介紹該團隊在水泵等水力機械內部空化流動機理和實驗與數值模擬方法的研究成果。本屆”周培源水動力學獎一等獎“者、四川大學許惟臨教授為本次會議帶來了”高壩水力學細觀成因分析方法研究進展“，介紹了高壩工程中空化空蝕、水流摻氣等高速流動的機理研究進展。上海交通大學劉樺教授做了題為“繞軸對稱體的非對稱空泡流與入水問題研究”的大會報告，較為系統地介紹在上海交通大學水動力學團隊在何友聲院士帶領下在水下航行體空泡流與出入研究方面的研究工作。在本次研討會的大會報告中首次安排了“Omega 渦識別方法應用示范”報告，由華北電力大學（北京）張宇寧作推介示范，為與會者提供一個實用有效的渦識別方法并為提升JHD的影響因子做出貢獻。在各分會場的邀請報告中，有三個邀請報告涉及復雜邊界約束下氣泡的動力學行為、空化流動的大渦模擬及不確定分析等；在分組報告中，有10個報告涉及泡動力學、空化流動的實驗與數值模擬、間隙空化流動等。近十年來，我國學者在空化機理、空泡流的實驗與數值模擬，以及在解決重大工程的水動力學關鍵技術等方面做出了重要的貢獻，涌現了多篇ESI高被引論文，得到國際空泡水動力學界的高度關注。空化與空泡流研究無疑是本次會議的一大亮點。
水波及其與海洋結構物的相互作用是水動力學的一個傳統研究方向。本次會議中，供有3個分會場主題報告、有23個分會場報告，涉及重力毛細波的環形聚焦、隨即波在珊瑚礁地形上傳播的SPH模擬、多浮體的群遮蔽效應（cloaking）、孤立波與多孤立波的相互作用、海嘯波模擬等。
帶自由表面復雜流動的數值模擬與實驗技術研究成為本次會議另一個亮點。
展開 《流體力學及其工程應用（英文版·原書第10版）》
——水泵
第16章 水力機械——水輪機
附錄
水泵葉片沖蝕
沖蝕磨損一般是指流體或固體顆粒以一定的速度和角度對物體表面進行沖擊，發生材料損耗的一種現象或過程，其廣泛存在于機械、冶金、能源、水利、建材、運輸、航空航天及軍工等許多工業部門，成為引起設備失效或材料破壞的一個重要原因。根據有關資料統計：飛機發動機在多塵埃地區的飛行，其壽命可降低至正常壽命的1/10；在所有發生事故的鍋爐管道中約有1/3是由于沖蝕磨損造成的；泥漿泵、雜質泵的過流部件損壞約有50%以上是由沖蝕磨損引起的[1]。
工程機械內部過流部件的沖蝕磨損又是現在工業生產中常見的一種磨損形式，它所造成的工程危害和經濟損失越來越引起人們的關注，按英國T.S.Eyer的估計，它約占工業生產中經常出現的磨損破壞總數的8%[2]。尤其對工作于固液兩相流工況下的水力機械而言，沖蝕磨損是機械材料損失的主要形式。特別在我國水力資源十分豐富，水能利用在我國能源規劃中起著舉足輕重的戰略地位。但是我國的河流含沙量大，泥沙對機械部件的沖蝕磨損已成為困擾我國水電部門的一大難題。黃河的年平均過沙量大約為20kg/m3，近年來由于上游植被的砍伐長江的含沙量也在逐步增加，這些水域上的機械設施都存在或將面臨嚴重的沖蝕磨損問題，所以研究工程機械內部過流部件的沖蝕磨損就顯得尤為重要和具有實際意義。
選取水泵為研究對象，泵的幾何模型如圖3-1所示，入口管徑為0.2m，出口管徑為0.16m，將該水泵分為3部分，入口部分、轉動部分、導流出口部分，其中轉動部分有3片轉動葉片，導流出口部分有4片。研究其不同工況下泵的沖蝕情況，泵的幾種工況的參數如表3-1所示。
展開 AIPump——專業的泵參數化設計、三維建模平臺
AIPump結合了南京天洑軟件有限公司、清華大學水力機械研究所先進的泵設計算法和工程實踐經驗。此外，支持具有設計經驗的用戶對設計參數進行靈活的二次修改。
AIPump的最新版本集成了多項功能：
葉輪設計
AIPump目前支持離心式和混流式葉輪的設計、建模工程。只需給定流量、揚程、轉速等設計參數，AIPump即可調用所集成的設計公式和經驗函數對葉輪的子午面流道和葉片進行計算設計。設計結果數據同步生成并可以一鍵完成三維模型的建立。
子午面流道的設計參數，如輪轂直徑、出口直徑等，支持根據實際工程和設計經驗進行修改，可以很好地兼顧安裝要求、尺寸標準化等需求。
前蓋板、后蓋板、葉片進口邊型線可以采用拖拽控制點的方式進行修改，靈活方便。
AIPump同樣支持對葉片特征參數進行二次修改，能夠很好地融合工程師所積累的實際設計經驗，加速設計。
初步設計完成后，可以通過多個量化參數檢查葉輪設計的合理性。
AIPump可快速生成所設計的三維模型。此外，AIPump還提供了多種視圖工具，來多角度的觀察葉輪整體或單/雙流道。
葉輪逆向工程
工程實踐中，除了設計全新的水泵，工程師們還經常在現有模型的基礎上進行修改，以達到設計參數的要求。事實上，有相當數量的水泵是通過這樣的“經驗修改”設計出來的。
基于這樣的應用背景，南京天洑在AIPump中開發了一個全新模塊，實現了對已有葉輪的逆向功能。
展開 
減少離心泵氣蝕破壞的方法
國外推薦低碳鉻鎳合金鋼，作為在氣蝕狀態下工作的水力機械材料，具有較好的抗剝蝕性能。對無法避免氣蝕時采用耐氣蝕材料也是有效的。葉輪室將原鑄鋼換為不銹鋼，比用鑄鐵與銅對比效果明顯。氣蝕浸蝕將成倍減少。事實證明，我公司低溫采暖系統中運行的機泵，氣蝕現象十分突出，更換耐氣蝕材質過流部件，是解決或是降低氣蝕的最簡便方法。
6、葉輪保護層
對葉輪涂層的方法比較常用，非金屬涂料涂敷采用環氧樹脂、尼龍粉、聚氨酯等。另外在流道表面堆焊合金或噴涂合金的方法在對氣蝕破壞也取得了一定效果，如不銹鋼焊條堆焊法、不銹鋼板鑲焊修補法、合金粉末噴焊。就非金屬和合金(包括不銹鋼)的幾種方法比較，非金屬涂層方式經濟，但常常出現涂層脫落的現象，在實阮施工中應該不斷總結經驗。采用合金堆焊一般是用戶自己實施，采用合金粉末噴焊效果好但成本高，且有些地方可能無法進行。關于保護層的方法實例較多。如：某泵站采用金屬合金粉末噴焊處理的葉片，取得了較好的抗氣蝕效果，使用壽命可延長。
7、修整葉片頭部
修整葉片頭部對減輕氣蝕破壞有明顯效果。其原理是減少葉片進口的排擠，降低液流在葉片進口的速度。其方法是葉片頭部背面修薄，在靠近葉輪前蓋板多修一些。
三、結論
對減輕離心泵的氣蝕破壞有應用實例，有時需要幾種方法同時采用。綜上所述，離心泵的安裝過程中，為了盡量避免氣蝕現象的產生，應遵循幾點原則：水泵安裝高度必須低于泵的允許吸上高度;吸入管路應短而直，管件盡量少，吸入管的直徑不應小于吸入口的直徑;變徑處不能有氣體積存。總之，在離心泵的運轉過程中，要注意有無不正常的噪音，觀察壓力表等是否正常，同時還應定期檢查軸承、軸封發熱情況，并要注意潤滑及軸封處是否有不正常的滲液情況。
展開 離心/混流泵水力設計
AIPump是由南京天洑軟件公司與清華大學水力機械研究所共同研發。除了具有完備的水泵設計功能外，還特別開發了兩大特色功能。
第一個功能是針對已有葉輪的逆向功能，可以將用戶現有的葉輪資料逆向導入軟件，并進行幾何的修改調整。或是將現有的葉輪逆向成為數字化資料，方便設計檔案的管理和調用。
第二個功能是基于S2流面開發的性能預估和優化功能。能夠快速地分析并提供水泵的性能曲線，方便設計人員對初步設計的結果進行反饋調整。
同時，結合優秀的人工智能尋優算法——遺傳算法，AIPump開發了葉輪優化功能。以提升效率為目標進行尋優計算，智能實現葉輪的優化設計，達到更高的水力效率。
展開 小水電站基本知識
當水流流到高壓區時，由于壓力增大，汽泡凝結，水流質點以高速度向汽泡中心的撞擊，以填充凝結所產生的空隙，從而產生極大的水力沖擊和電化學作用，使葉片受到剝蝕產生麻點及蜂窩性孔隙，甚至被穿透而形成孔洞。
12．預防水輪機產生汽蝕的主要措施有哪些？
水輪機汽蝕的后果是使水輪機產生噪音、振動和效率急劇降低，使葉片受到剝蝕，產生麻點及蜂窩性孔隙，甚至被穿透而形成孔洞，從而使機組受到損壞不能運行。因此在運行中應力求避免汽蝕。目前，預防和減輕汽蝕損壞的主要措施有：
(1)正確進行水輪機轉輪的設計，減小水輪機汽蝕系數。
(2)提高制造質量，保證葉片的幾何形狀和相對位置正確，注意表面平滑光潔。
(3)采用抗汽蝕材料，減輕汽蝕破壞如不銹鋼轉輪。
(4)正確確定水輪機的安裝高程。
(5)改善運行條件，不使水輪機長期地在低水頭和低負荷下運行。通常不允許水輪機在低出力(如低于50％額定出力)下運行，對于多機組的水電站，要避免單機長期低負荷和超負荷運行。
(6)及時檢修，并注意修補焊接的打磨質量，避免汽蝕破壞的惡性發展。
(7)采用補氣裝置，向尾水管中送入空氣，消除可能產生汽蝕的過大真空。
13.大中小型小電站是如何劃分的？
按現行部標，裝機容量小于50000kW的為小型；裝機容量50000～250000kW的為中型；裝機容量大于250000kW為大型。
14.水力發電的基本原理是什么？
水力發電就是利用水力(具有水頭)推動水力機械(水輪機)轉動，將水能轉變為機械能，如果在水輪機上接上另一種機械(發電機)隨著水輪機轉動便可發出電來，這時機械能又轉變為電能。水力發電在某種意義上講是水的勢能變成機械能，又變成電能的轉換過程。
15.水力資源的開發方式和水電站的基本類型有哪幾種？
水力資源的開發方式是按照集中落差而選定，大致有三種基本方式：即堤壩式、引水式和混合式等。
展開 頻率響應對液壓伺服系統的重要性（轉自液壓傳動與控制）
當HMRF占主導地位（<fv）時，分離比完全由液壓機械系統的阻尼比控制：
ps =2Zn
其中
Zn是阻尼比，是振動減弱趨勢的度量。
造成阻尼的因素有兩個：從執行器一側到另一側的內部泄漏（無論是從執行器內部還是從控制閥內部泄漏）和摩擦（是否來自執行器或其負載）。由于制造商努力減少內部泄漏和摩擦，因此大多數液壓機械系統的阻尼度可能會非常低，這不足為奇。實際上，當負載可以以可忽略的摩擦力移動時（如由循環線性球軸承支撐時），阻尼比可能低至0.03或0.05。誠然，系統摩擦和阻尼比是要在系統中評估的最難以捉摸的量。但是，它們與頻率一起絕對控制著系統的性能極限。
計算示例
考慮一個示例來演示此討論。假設已計算出系統的油缸機械共振頻率，發現其為18 Hz。進一步假設其伺服閥的90°相位滯后頻率為65 Hz，并且由于摩擦和內部閥門泄漏，我們估計液壓機械阻尼比約為0.05。我們可以計算出最大可能的閉環系統帶寬：
fmax < ps x( fv 或 fn的小者)
fmax <2 x 0.05 x 18
fmax <1.8 Hz
最大閉環帶寬fmax 只有1.8 Hz，僅為HMRF的十分之一！在啟動時，我們通過增加伺服放大器增益來增加系統帶寬。如果我們增加增益直到帶寬達到1.8 Hz，然后再嘗試進一步增加，則伺服回路將陷入持續的振蕩狀態，從而變得毫無價值。必須降低增益以重新建立穩定性。
系統帶寬之所以重要，是因為它與定位精度（或更準確地說，是定位誤差和跟隨誤差）之間存在直接的反比關系。已經表明：
?xp = (?IT × Gsp)/(2’ fsys)
其中
?xp 是預期的穩態定位誤差（in。）
展開 水利研究 | 水利科技成果轉化現狀、問題與對策
隨著水利科技整體水平不斷提升，泥沙研究、壩工技術、巨型水力發電機組設計制造、水資源配置、水文預報等技術領域已處于國際領先地位，大量科技成果也得到推廣應用。水利科技成果轉化主要涉及水文水資源、防洪減災、農田水利、水土保持、環境保護與生態建設、水工結構與材料、泥沙及江湖治理、工程建設與管理、巖土工程、水利技術設備、信息技術應用等領域。許多成果已廣泛推廣應用于生產實際，不僅取得了顯著的經濟、社會及生態效益，也提高了水利科技的整體水平，促進了我國水利科技進步和水利現代化建設。
（三）轉化數量
各級水利部門通過多種途徑組織開展推廣活動，不斷創新推廣模式，不斷豐富推廣手段，推廣效益不斷顯現。水利部科技推廣中心每年組織召開國際水利先進技術(產品)推介會，近10年來累計向行業推介國內外先進技術(產品)2300余項。水利部先后有13項成果獲國家科技進步或技術發明獎，“長江三峽樞紐工程”獲得2019年度國家科學技術進步特等獎，“城市河網水環境提升理論技術創新與應用”等151項成果獲大禹水利科學技術獎。水沙變異條件下河道治理關鍵技術等成果，為三峽建成后長江干流水沙關系和河道治理提供了依據;大型灌區節水增糧高效灌溉和灌排機械設備研發等成果，為農業高效節水用水提供了技術支持;水庫大壩安全運行關鍵技術等成果，支撐了水利工程建設與運行管理工作。這些成果標志著水利科技發展水平達到了新高度。
展開 裂隙中的流固耦合仿真方法
他是斷裂巖石熱-水力-機械-化學過程 ISRM 委員會的秘書長，ARMA 未來領導人，以及 ARMA 地下儲存和利用技術委員會的創始成員。
本文內容來自 COMSOL 博客
哈電科技應用NOVACAST
國家大型水電設備、大型電機產品質量監督檢測中心和黑龍江省水力發電設備工程技術研究中心設在該所。我國電力行業的8個國家級學術機構也掛靠在哈爾濱大電機研究所，其中有全國水輪機標準化技術委員會和全國旋轉電機標委會發電機分會。現有職工300余人，其中從事各種專業具有中級以上技術職稱的230多人，約占總數的76%。所內擁有碩士研究生30人，博士研究生4人，中層干部18人。
研究所科研設施完備，技術裝備精良，擁有各類試驗設備及裝置370余臺套，其中重要的有二座試驗水頭在百米以上的高水頭水力試驗臺，3000T推力軸承試驗臺，通風模擬試驗臺，蒸發冷卻試驗臺，絕緣試驗用 300KV/300KVA工頻試驗臺，金屬材料試驗用島津精密萬能試驗機和高、低頻疲勞試驗機二臺五軸聯動數控加工中心等。
研究所擁有一批本行業的知名專家和中青年學術帶頭人，有較強的科研能力，各專業的研究成果一直居國內領先地位，有數百篇學術論文發表在國內外著名的學術刊物上。建所 40多年來，完成了2400余項科技攻關項目，其中有140多項獲國家、部及省市科技進步獎，大部分研究成果已直接用于國家重點工程項目，例如，葛洲壩、巖灘、水口、三峽、平圩和珠江等大型水、火電站。
研究所與美國、德國、法國、瑞士、挪威、加拿大、日本、俄羅斯等國動力設備制造公司和科研機構有著多年的技術交往和合作關系。
一、水力開發研究達到世界先進水平
在哈電股份制改造10年中，哈電科研水平得到很大的提高。研究所有目前國內最大的水力機械試驗室，共有兩座高水頭水力試驗臺。其中高I臺最高試驗水頭 100米，最大流量1.2m3/s，效率綜合測試精度為0.25%，可進行各種型式水輪機模型試驗。
展開 
“水力沖挖”方式見識一下！
【工期效益】
常規單一機械開挖效率為4000/5150=77.6%。排除其他因素影響，在項目的精心組織下，項目采用水力沖挖土方船運結合傳統機械開挖，提高了土方開挖的效率，開挖效率在原基礎上提高（5500-4000）/5150=29%，項目土方施工實際進度快于計劃進度，原計劃工期172天，實際土方開挖工期151天，節約工期約為21天。
【經濟效益】
相比傳統機械土方僅能在夜晚（22:00~04:00）運土，水力沖挖可以24小時不間斷工作，不間斷運輸，提高了土方施工的效率，同時由于機械開挖難以施工處可由水力沖挖完成，減去了大量的機械挖土及人工掏土時間及費用，格構柱共計300根，按每根費用300元來計，可節約9萬元。原計劃工期172天，實際土方開挖工期151天，節工期約21天，綜合費用每天需1萬元計算，共節約30萬元。
【社會效益】
“機械開挖+水力沖挖”方式對周邊環境影響小，在保證施工進度的同時，得到了業主、環保部門、政府主管單位的一致認可。當然也為同行在土方施工中提供可參考依據，亦為相似工程拓展了一條綠色施工之路。
展開 葉輪蓋板切割對中低比轉速離心泵水力性能的影響（上）
在這項測試中，將裝置包的整個單元一起進行測試，以檢查水力或機械功能。該測試的目的是檢查整個設備在一起工作時的性能。每臺設備的振動值必須在其允許的范圍之內。
作者簡介：本文由伊朗德黑蘭大學機械工程學院M. Shadab, M. Karimipour, Amir F. Najafi, R. Paydar and S. Ahmad Nourbakhsh共同完成。
文章來源：泵沙龍
論如何選擇一個好的抽水蓄能電站？
主要體現在筑壩施工技術日趨成熟、高壓岔管施工技術取得新進展、復雜地質條件下的地下廠房洞室群開挖支護技術已有大量成功實踐、斜井豎井施工技術與裝備不斷創新、機械化智能化建設成績斐然，TBM在隧洞施工方面取得突破等方面。
4．機電及金屬結構
抽水蓄能電站一般采用立軸單級混流可逆式蓄能機組。在水泵水輪機水力開發方面，我國已經具備700m水頭段、單機容量40萬千瓦的水泵水輪機設計制造能力，以及100m～700m水頭段、單機容量40萬千瓦及以下諸多蓄能機組的設計、制造、安裝、調試及投產。從電站水頭方面來看，在建的吉林敦化、廣東陽江、浙江長龍山抽水蓄能電站額定水頭均超過650m，處于世界前列；已經核準的浙江天臺抽水蓄能電站額定水頭724m，是世界額定水頭最高的抽水蓄能電站，機組總體設計制造難度處于世界領先水平。在發電電動機開發方面，我國已建和在建抽水蓄能電站大型發電電動機均為立軸、三相、全空冷、可逆式同步電機。浙江長龍山抽水蓄能電站有2臺機組額定轉速達到600r/min、額定容量35萬千瓦，部分機組已經投產的廣東陽江抽水蓄能電站發電電動機額定轉速500r/min、額定容量達到40萬千瓦，發電電動機總體制造能力達到處于世界先進水平。此外，機電及金屬結構還包括水力機械、電氣工程、控制保護、金屬結構等方面的大量內容，在此不再贅述。
展開 10個目前流行的CFD仿真軟件，你了解幾個？
可滿足泵、風扇、壓縮機、燃氣渦輪和水力渦輪等旋轉機械應用的需求。
特點：是全球第一個發展和使用全隱式多網格耦合求解技術的商業化軟件。一直占據著80%以上的旋轉機械CFD市場份額。2003年被ANSYS收購，方便與ANSYS平臺其他仿真模塊進行多物理場仿真。
4. STAR-CCM
使用領域：流動、傳熱、應力、噪聲、多相流、燃燒。
特點：搭載了CD-adapco獨創的最新網格生成技術，使用CD-adapco倡導的多面體網格，相比于原來的四面體網格，在保持相同計算精度的情況下，可以實現計算性能約3～10倍的提高。能很好地支持船的前期設計研究，目前在船類行業應用甚廣。
5. OpenFOAM
使用領域：可以模擬復雜流體流動、化學反應、湍流流動、換熱分析等現象，還可以進行結構動力學分析、電磁場分析。
特點：是一個完全由C++編寫，在linux下運行，面向對象的計算流體力學（CFD）類庫。2004年開始OpenFOAM一直作為免費使用的開源軟件。
6. comsol
使用領域：一個基本模塊和八個專業模塊：結構力學模塊、化學工程模塊、熱傳遞模塊、地球科學模塊、射頻模塊、AC/DC模塊、微機電模塊、聲學模塊。
特點：主要優勢在于多物理場耦合求解。完全開放的架構，嵌豐富的 CAD 建模工具，專業的在線幫助文檔，多國語言操作界面。
7. XFlow
使用領域：仿真模擬氣體和液體流動、熱量和質量轉移、移動體、多相物理學、聲學和流體結構作用的能力。
特點：無需劃分網格，基于粒子無網格動力學求解器，說是下一代的CFD軟件系統。
8. FloEFD
使用領域：流體流動，輻射傳熱。
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