水泵水輪機的案例
抽水蓄能電站水泵水輪機裝拆方式技術交流
水泵水輪機總體結構設計關系到電站與機組的總體布局，機組長期運行穩定性，未來機組運行維護的經濟性和方便性，是機組前期設計中的重要一環。水泵水輪機的總體布置主要關注點包括水泵水輪機機組拆裝方式、底環與尾水錐管埋設方式、活動導葉操作形式等內容。.
水泵水輪機裝拆方式
目前國內水泵水輪機的裝拆方式主要有三種方式：上拆方式、下拆方式和中拆方式
a.上拆方式
上拆方式是指轉輪、主軸、頂蓋等主要部件，均需利用廠房吊車通過發電電動機機坑（定子內徑）拆出并進行檢修的拆裝方式。采用此拆裝方式，其軸系通常采用兩段軸，由于高水頭高轉速發電電動機的結構尺寸限制，頂蓋通常采用分瓣結構，如深蓄、仙居、洪屏、溧陽等項目均采用的是上拆方式。此種方式優點：
①混凝土整體剛度加強，機組穩定性較好；
②主要部件均通過廠房吊車拆除，不需要其它專用拆卸、運輸工具。
此種方式缺點：轉輪等水泵水輪機部件的檢修，必須拆除發電機轉子后方可進行。
b.下拆方式
下拆方式是指轉輪、尾水錐管、導水機構的底環和導葉等部件，可由尾水廊道拆出并進行檢修的機組拆裝方式。采用此拆裝方式，水泵水輪機尾水錐管、底環以及與之相連的管路等部件四周無混凝土包裹，全部裸露在空氣中，蝸殼層設置有能滿足上述部件裝拆運輸要求的運輸廊道，如江蘇宜興、廣蓄I期等項目。
此種方式的優點是：
①檢修更換轉輪或更換導葉下軸徑密封和下軸套等部件時，不需要拆卸發電電動機及水泵水輪機頂蓋；
②有效抵消部分座環軸向力，座環地腳基礎處混凝土受力減小。
此種方式缺點：
①由于尾水錐管、底環四周無混凝土，機組運行時，尾水管處的振動、噪音較大；
②缺少了混凝土支承，底環的整體剛度設計要加強；
③設置專用裝拆、運輸工具。
展開 旋轉機械CFD仿真解決方案合集，涉及發動機、風機、水輪機（內含6個免費干貨視頻）
2023年11月22日 Cadence Fidelity 水泵水輪機CFD模擬解決方案和應用
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水泵和水輪機的CFD模擬會面臨很多問題，如幾何復雜性帶來的網格質量問題，動靜區域的處理，非定常渦流的高精度捕捉，非牛頓流體的處理，多相流問題以及氣蝕等。本期直播以Cadence Fidelity為工具，圍繞“全自動化結構網格劃分”，“計算魯棒性”，“氣蝕”以及“性能優化”等為主題展開討論水泵水輪機CFD模擬解決方案和應用。
2024年8月13日（下周二）19:30
直播主題： 基于Cadence高保真CFD方案的先進透平機械設計
講師介紹： 吳昌 Cadence CFD 應用工程師
碩士攻讀流體機械專業，博士攻讀動力機械及工程專業。一直致力于CFD的應用與二次開發等工作，具有豐富的工程項目經驗。多次主導及參與葉輪機械氣動，傳熱與噪聲優化項目。
直播內容：
透平機械在當今的能源轉型和脫碳戰略中發揮著關鍵作用。作為綠色能源倡議的一部分，液化氣、沼氣或氫氣等環保燃料正在取代火力發電廠使用的化石燃料。
透平機械設計人員面臨的挑戰是調整燃燒系統，以適應這些新燃料，在保持低排放的同時可靠高效地發電。
Cadence高保真計算流體動力學(CFD)模擬在設計和優化下一代高性能、高效和可靠的透平機械中起著關鍵作用。
展開 軸流式水輪機
軸流式水輪機CFX分析
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不要讓渦流繩束縛您的水輪機
Cadence 的產品工程經理 Wout Poncelet 和 Numlberica 的 Hydro CFD 顧問 Remi Lestriez 討論了水輪機內部的流動特性，并展示了可靠的 CFD 模擬，以在非設計條件下對渦流繩進行建模和分析。標題為使用 Omnis CFD 平臺模擬水輪機的視頻演示 可在CadenceTECHTALK 上獲得。
介紹
在水電領域，水輪機主要用于將落水的能量轉化為旋轉機械能，然后再轉化為電能。混流式水輪機或反應式水輪機屬于出現在高達 800 MW 功率范圍內的水輪機類別。這些渦輪機的特點是徑向流入、入口葉片、轉輪和通過尾水管的軸向流出。它們可以在很寬的時間范圍內快速響應任何負載變化。
圖 1. 引導水流進入水輪機的入口葉片（左側）、GAMM 渦輪機的幾何結構（中間）以及渦輪機的部件，即導流管、葉片和轉輪（右側）。
在其最佳效率點的大約 50% 到 70% 的負載下，混流式水輪機會產生空化渦繩，這會導致壓力波動。這種部分負載浪涌也稱為Rheinganz 頻率。此處產生的頻率約為渦輪轉速的 1/3。運行中的這種不穩定行為不僅在部分負載下觀察到，而且在標稱滿載和過載時也觀察到。在本次 Cadence TECHTalk 中，演講者討論了渦流繩對水輪機設計帶來的不同挑戰，以及如何在非設計條件下準確分析渦流繩。
渦流繩帶來的挑戰
渦繩是混流式水輪機尾水管錐體中高雷諾數時發生的一種不穩定現象。在此類渦輪機的尾水管中觀察到兩種類型的渦流：
滿載脈動渦流繩
部分載荷下的螺旋渦流繩。
在非設計條件下運行的水輪機尾水管內的流動通常具有復雜的渦流特征，這會導致氣蝕現象。
展開 
新換水輪機轉輪實例
割鍵槽使用線切割機進行加工。
最后，我們需要將轉輪加熱后裝回主軸上。需要確保轉輪的安裝方面正確。
經過冷卻之后，最后只需要裝回兩個圓形螺母即可。
文章來源：水輪發電機維修寶
HBK助力Rainpower，確保水輪機持續運行
<p><br></p><p> <img src="https://img.jishulink.com/202112/imgs/d9f71d9bffe04825825fd21ca0de9063"> </p><p class="ql-align-justify"><strong style="color: rgb(0, 50, 120);">工程服務專家開發了獨特的水輪機葉片測量工具</strong></p><p class="ql-align-justify"><br></p><p class="ql-align-justify"><span style="color: rgb(68, 68, 68);">Rainpower是一家挪威公司，一直致力于水力發電設備的開發、設計、制造和服務，在水電行業擁有超過165年的經驗。公司在挪威擁有一個渦輪機實驗室，自1985年起，Rainpower一直為新渦輪機測試和開發提供專業服務，并參與了世界上一些享有盛名的項目，包括中國三峽大壩等。</span></p><p><br></p><p><strong style="color: rgb(0, 50, 120);">挑戰</strong></p><p><span style="color: rgb(68, 68, 68);">由于葉片是水輪機的關鍵組件，Rainpower公司為此開發了一種名為“</span><strong style="color: rgb(11, 154, 51);">飛行記錄器</strong><span style="color: rgb(68, 68, 68);">”的新型測量工具，用于精確測量這些組件上的動態應力，從而確保水輪機即使在惡劣的條件下仍能持續運行。
展開 水輪機故障診斷振動分析1
水輪機故障診斷振動分析1.rar
ICEM-CFD水輪機結構化網格
對于水輪機結構化網格，主要是拆分劃分為主，單個零件畫法以前有過類似的帖子寫過心得！
余能回收水輪機葉片參數化設計與性能研究
陳德新，論文第三作者，華北水利水電大學教授，主要從事水輪機理論研究與設計。
文章來源：節水灌溉編輯部
CFD仿真技術在水輪機產品設計中的應用簡介
3、水輪機的空化
不同水頭、導葉開度下的空化狀態
空化-效率曲線計算
空化引起的壓力脈動
ANSYS軟件可以進行水輪機全流道空化流計算，得到內部兩相空化流場的詳細情況，預測水輪機的空化性能。
4、含沙水流分析及磨損預測
顆粒多相流仿真
材料磨損的定性、定量分析
優化轉輪設計（進口直徑和出口直徑等設計參數的選擇、轉輪葉片的改進設計）
水輪機泥沙磨損不僅與過機水流的含沙量，沙粒的礦物成分、硬度、形狀、粒徑、運動速度等有關，而且受水輪機的設計、水力模型（包括葉型、流道）的空化特性及過流部件所采用材料的影響。在水力設計上，可借助于ANSYS數值模擬進行磨損預測分析。
5、其他（結構、流固耦合問題）
水輪機、發電機結構部件的剛強度分析
水輪機、發電機結構部件的疲勞分析
轉輪濕模態分析
水輪機多物理場分析（結構+流體）
隨著水輪機單機容量的不斷提高、新材料的使用、機組運行水頭變幅大，轉輪的水力動載荷和裂紋問題明顯增多，影響機組的安全運行。運用ANSYS軟件的結構分析、流體分析以及耦合分析可以幫助工程師更好的解決水輪機的結構場、耦合場問題。
文章來源：廈門安創
展開 模擬水輪機中的旋轉渦帶現象
01 研究背景
由于水電站對電力需求的快速響應，水輪機通常用于調節電網。在設計階段，水輪機通常被設計為在最佳效率點或設計工況（BEP）下運行，但在實際工況中，由于電網進行調峰，通常需要水輪機工作在從部分負載（PL）到高負載（HL）的擴展域中。
這些非設計運行工況可能會導致非預期的危險現象，例如影響渦輪效率和預期壽命的渦流擊穿 (VB)。
由于水輪機體型大、結構復雜、具有許多運動部件及葉片，內部產生的流場十分復雜，因此目前通常使用計算流體力學CFD仿真的方法來研究水輪機的內部流情況。
本案例使用CFD仿真軟件，在Francis-99水輪機尾水管內以數值方式重建旋轉渦帶，并根據實驗結果驗證。用于驗證的實驗結果由挪威科技大學搭建的Francis-99水輪機實驗臺架公開案例提供。
02 模型建立
幾何和網格：
本案例使用的幾何和網格均來自挪威科技大學搭建的Francis-99實驗臺架公開案例。Francis-99是挪威Tokke發電廠運行的Francis渦輪機的1:5.1比例模型。該模型的幾何結構包括一個蝸殼、14個固定導葉、28個活動導葉、15個轉輪葉片、15個分流葉片和一個肘形尾水管。在案例中，數值研究僅在轉輪和引流管中進行。
展開 
某燈泡貫流式水輪機關鍵部件CFD分析
作者：馬彪 田春艷 來源：e-works
導讀：本文以某電站燈泡貫流式水輪機為建模對象，應用三維造型軟件建立三維水體模型，模型主要由流道體、燈泡體、轉輪體、導葉和槳葉組成。
引言
本文以某燈泡貫流式水輪機為研究對象，應用三維造型軟件建立三維水體模型，使用CFD軟件采用分塊網格技術將包括進水流道、導葉、葉片、尾水管的整個子區域分別進行網格劃分，并確定適合的CFD計算方法、收斂標準及水輪機效率。其中，CFD計算方法包括：控制方程、邊界條件、進出口邊界、動靜交界耦合面、SIMPLEC算法、湍流模型。最終，從效率和導水機構、葉片、尾水管等水輪機關鍵部件等CFD計算結果來看，效率符合水輪機外特性曲線，在小開度下易脫流并產生卡門渦街。
某燈泡貫流式水輪機基本參數如下：額定出力為24.67MW，額定流量為399.7m3/s，額定轉速為68.18r/min，飛逸轉速為219r/min，最高水頭為10m，額定水頭為6.8m，最低水頭3.1m，最大水頭時的正向最大軸推力為354t，反向最大軸推力為462t，導水機構有16只導葉，由四個葉片組成。
1 CFD數值計算
1.1三維幾何模型
本文以某電站燈泡貫流式水輪機為建模對象，應用三維造型軟件建立三維水體模型，模型主要由流道體、燈泡體、轉輪體、導葉和槳葉組成。
（1）流道體：由壩體、進水流道、轉輪室、尾水流道四部分組成，繪出流道體外部輪廓線和截面線，生成流道體。
展開 水輪機數值模擬：兩相流+被動運動
水輪機是一種廣泛應用在水利發電領域的流體機械，是水電站內的主要發電設備，其主要功能是將水流的動能轉化為機械能，再帶動發電設備將機械能轉化為電能。相較于火電發電設備而言，水輪機具有顯著的環保特性，可提供清潔可再生的清潔能源。
水輪機的雛形——水車，早在公元前100年（漢武帝時期）就出現在了中國，千百年來，人們使用水車進行汲水灌溉和驅動糧食加工機械（如磨坊），直到現在，在國內一些地區，仍可看到水車的身影，但更多是起到觀賞作用，讓大家認識古人在利用水利資源方面的智慧。
現代發電用水輪機可以分為兩類，沖擊式水輪機和反擊式水輪機，沖擊式水輪機主要由水流的動能做功，做功過程中壓力基本保持不變；反擊式水輪機則由水流的動能和壓力能共同做功。沖擊式和反擊式水輪機由根據結構特征的不同，有如下分類：
水斗式水輪機
軸流式水輪機
其中，水斗式水輪機的主要特點是：水流以射流的方式沿轉動水斗的切線方向沖擊葉片，由于該種水輪機是利用水流的動能做功，因此一般應用在小水流、大水頭的水利條件下。本文選取此類型水輪機進行仿真計算。
水輪機的CFD計算，屬于典型的氣液兩相流問題，通常需要應用的計算模型有湍流模型、多相流模型、空化模型、運動模型等。在多相流模型模型中，為了刻畫水流沖擊葉片時的兩相界面，通常使用VOF方法和LEVEL SET方法實現界面捕捉，關于這兩種方法的特點，可查詢公眾號往期文章。
展開 水輪機水中旋轉分析
水輪機水中旋轉分析
【學習干貨】基于Star-ccm+的旋轉水輪機數值模擬
一、基于Star-ccm+的旋轉水輪機數值模擬
導讀：STAR-CCM+是一款當前比較流行的計算流體力學軟件，該軟件在旋轉機械領域具有很大的應用場景，本文基于STAR-CCM+軟件中的運動參考系的方法來實現旋轉水輪機的數值模擬，過程涉及變參考系旋轉實現方法，基于VOF方法的水力空化模擬方法以及相關后處理方法等。
1.計算模型介紹
本文選用的模型為官方教程的旋轉水輪風扇模型，模型主要由兩部分組成，分別為實現旋轉的旋轉區域以及非旋轉的靜止區域，其中靜止區域設置有入口以及出口，液體從模型上方的入口流入，經水輪葉片的帶動后，液體從出口流出。水輪葉片圍繞旋轉軸進行轉動，其中水輪葉片共12片。
2.區域分配與網格劃分
計算過程中將水輪模型分為了旋轉區域與靜止區域，旋轉區域與靜止區域之間利用內部交界面進行流場求解信息交互，創建交界面方式為同時選中靜止區域以及旋轉區域中的交互邊界，右擊選擇創建界面。網格劃分采用外部網格劃分，劃分完成的網格通過導入體網格選項導入STAR-CCM+，劃分網格時需要保證交界面網格網格尺寸相差不大，旋轉區域網格與靜止區域網格可以完成數據映射交互。
圖5網格劃分
3.空化求解設置與物理模型選擇
本文空化涉及兩相介質，分別為水相與水蒸氣相，在進行空化設置之前需要選用歐拉多相流模型并新建兩相介質并設置各自物理屬性，完成兩相新建后創建多相互作用模型，具體模型選擇VOF-VOF相間相互作用-多相材料模型，指定水相為主相，水蒸氣相為次相，完成主次相設置后選擇Schnerr-Sauer空化模型，完成空化設置。本文求解選用k-e湍流模型，具體模型選擇見圖6。
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