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介紹 在水電領(lǐng)域，水輪機(jī)主要用于將落水的能量轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能，然后再轉(zhuǎn)化為電能。混流式水輪機(jī)或反應(yīng)式水輪機(jī)屬于出現(xiàn)在高達(dá) 800 MW 功率范圍內(nèi)的水輪機(jī)類(lèi)別。這些渦輪機(jī)的特點(diǎn)是徑向流入、入口葉片、轉(zhuǎn)輪和通過(guò)尾水管的軸向流出。它們可以在很寬的時(shí)間范圍內(nèi)快速響應(yīng)任何負(fù)載變化。 圖 1.

現(xiàn)代發(fā)電用水輪機(jī)可以分為兩類(lèi)，沖擊式水輪機(jī)和反擊式水輪機(jī)，沖擊式水輪機(jī)主要由水流的動(dòng)能做功，做功過(guò)程中壓力基本保持不變；反擊式水輪機(jī)則由水流的動(dòng)能和壓力能共同做功。

5、其他（結(jié)構(gòu)、流固耦合問(wèn)題） 水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)部件的剛強(qiáng)度分析 水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)部件的疲勞分析 轉(zhuǎn)輪濕模態(tài)分析 水輪機(jī)多物理場(chǎng)分析（結(jié)構(gòu)+流體） 隨著水輪機(jī)單機(jī)容量的不斷提高、新材料的使用、機(jī)組運(yùn)行水頭變幅大，轉(zhuǎn)輪的水力動(dòng)載荷和裂紋問(wèn)題明顯增多

-FORTUNA二級(jí)水電站 弗朗西斯水輪機(jī)是一種結(jié)合了徑向和軸向流動(dòng)的內(nèi)流式反擊式水輪機(jī)，是當(dāng)今最常用的水輪機(jī)形式。

劉安然，論文第二作者，華北華水水電大學(xué)博士研究生，主要從事水輪機(jī)設(shè)計(jì)。 陳德新，論文第三作者，華北水利水電大學(xué)教授，主要從事水輪機(jī)理論研究與設(shè)計(jì)。 文章來(lái)源：節(jié)水灌溉編輯部

水輪機(jī)主要包括底環(huán)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)輪體、支持蓋和受油器等，其中轉(zhuǎn)輪體是水輪機(jī)的主要運(yùn)動(dòng)部件，是控制水電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵，同時(shí)也是易于摩損或損壞的關(guān)鍵部件。水輪機(jī)輪轉(zhuǎn)體一般分為三個(gè)部分進(jìn)行鑄造，分別為：上冠、葉片和下環(huán)，這三個(gè)部分鑄件鑄造的質(zhì)量決定了轉(zhuǎn)輪體的質(zhì)量，進(jìn)而影響水輪機(jī)的運(yùn)行效率與壽命。因此研究水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪體部件鑄造工藝是保證水輪機(jī)質(zhì)量的前提。

水泵水輪機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)系到電站與機(jī)組的總體布局，機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性，未來(lái)機(jī)組運(yùn)行維護(hù)的經(jīng)濟(jì)性和方便性，是機(jī)組前期設(shè)計(jì)中的重要一環(huán)。水泵水輪機(jī)的總體布置主要關(guān)注點(diǎn)包括水泵水輪機(jī)機(jī)組拆裝方式、底環(huán)與尾水錐管埋設(shè)方式、活動(dòng)導(dǎo)葉操作形式等內(nèi)容。.

最終，從效率和導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、葉片、尾水管等水輪機(jī)關(guān)鍵部件等CFD計(jì)算結(jié)果來(lái)看，效率符合水輪機(jī)外特性曲線，在小開(kāi)度下易脫流并產(chǎn)生卡門(mén)渦街。

由于水輪機(jī)體型大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、具有許多運(yùn)動(dòng)部件及葉片，內(nèi)部產(chǎn)生的流場(chǎng)十分復(fù)雜，因此目前通常使用計(jì)算流體力學(xué)CFD仿真的方法來(lái)研究水輪機(jī)的內(nèi)部流場(chǎng)情況。本案例使用CFD仿真軟件，在Francis-99水輪機(jī)尾水管內(nèi)以數(shù)值方式重建旋轉(zhuǎn)渦帶，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證。用于驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)結(jié)果由挪威科技大學(xué)搭建的Francis-99水輪機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)架公開(kāi)案例提供。

PART01 水輪機(jī)軸鍛造工藝的挑戰(zhàn)與機(jī)遇水輪機(jī)軸作為水力發(fā)電設(shè)備的核心部件，不僅是能量轉(zhuǎn)化的物理載體，更是水電系統(tǒng)安全與經(jīng)濟(jì)性的基石。其設(shè)計(jì)、制造與維護(hù)水平直接決定著機(jī)組的發(fā)電效率、使用壽命及抗風(fēng)險(xiǎn)能力。在鍛造工藝方面，水輪機(jī)軸面臨諸多技術(shù)挑戰(zhàn)，尤其是大型鍛件（直徑可達(dá)1.5米，長(zhǎng)度超過(guò)10米）易出現(xiàn)成分偏析和晶粒粗大等問(wèn)題。

由于水輪機(jī)體型大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、具有許多運(yùn)動(dòng)部件及葉片，內(nèi)部產(chǎn)生的流場(chǎng)十分復(fù)雜，因此目前通常使用計(jì)算流體力學(xué)CFD仿真的方法來(lái)研究水輪機(jī)的內(nèi)部流情況。 本案例使用CFD仿真軟件，在Francis-99水輪機(jī)尾水管內(nèi)以數(shù)值方式重建旋轉(zhuǎn)渦帶，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證。

最終，從效率和導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、葉片、尾水管等水輪機(jī)關(guān)鍵部件等CFD計(jì)算結(jié)果來(lái)看，效率符合水輪機(jī)外特性曲線，在小開(kāi)度下易脫流并產(chǎn)生卡門(mén)渦街。

一、基于Star-ccm+的旋轉(zhuǎn)水輪機(jī)數(shù)值模擬導(dǎo)讀：STAR-CCM+是一款當(dāng)前比較流行的計(jì)算流體力學(xué)軟件，該軟件在旋轉(zhuǎn)機(jī)械領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用場(chǎng)景，本文基于STAR-CCM+軟件中的運(yùn)動(dòng)參考系的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)水輪機(jī)的數(shù)值模擬，過(guò)程涉及變參考系旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)方法，基于VOF方法的水力空化模擬方法以及相關(guān)后處理方法等。

今天我要和大家分享的是更換水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的過(guò)程，這已經(jīng)是我們第二次更換了。(上一次更換的是不銹鋼沖斗)這次，我們還更換了普通鋼沖斗。這次更換的原因仍是因?yàn)樵撾娬镜臎_斗經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的使用，已經(jīng)磨損得相當(dāng)嚴(yán)重，比上一次那臺(tái)還嚴(yán)重。為了確保水輪機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，我們選擇更換全新的沖斗。接下來(lái)請(qǐng)跟隨我一起了解更換過(guò)程。以上照片是轉(zhuǎn)輪更換前的照片，磨損相當(dāng)嚴(yán)重。

水輪機(jī)中強(qiáng)大的振動(dòng)和壓力脈動(dòng)可能給機(jī)械的性能、壽命和安全造成嚴(yán)重的不利影響。它會(huì)導(dǎo)致噪聲、裂紋乃至機(jī)械故障。全球領(lǐng)先的水電設(shè)備、技術(shù)和服務(wù)供應(yīng)商之一，Voith Hydro 公司觀察到，強(qiáng)烈振動(dòng)可能導(dǎo)致混流式水輪機(jī)導(dǎo)流葉片出現(xiàn)疲勞裂紋。在立軸混流式水輪機(jī)中，水從水平方向流入螺旋形管道（蝸殼），其環(huán)繞在旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)輪周?chē)ｌo態(tài)的導(dǎo)流葉片用于調(diào)節(jié)并將水流導(dǎo)向轉(zhuǎn)輪的外沿。

PART01水輪機(jī)軸鍛造工藝的挑戰(zhàn)與機(jī)遇水輪機(jī)軸作為水力發(fā)電設(shè)備的核心部件，不僅是能量轉(zhuǎn)化的物理載體，更是水電系統(tǒng)安全與經(jīng)濟(jì)性的基石。其設(shè)計(jì)、制造與維護(hù)水平直接決定著機(jī)組的發(fā)電效率、使用壽命及抗風(fēng)險(xiǎn)能力。在鍛造工藝方面，水輪機(jī)軸面臨諸多技術(shù)挑戰(zhàn)，尤其是大型鍛件（直徑可達(dá)1.5米，長(zhǎng)度超過(guò)10米）易出現(xiàn)成分偏析和晶粒粗大等問(wèn)題。

2023年11月22日 Cadence Fidelity 水泵水輪機(jī)CFD模擬解決方案和應(yīng)用↑點(diǎn)擊圖片觀看全部?jī)?nèi)容 水泵和水輪機(jī)的CFD模擬會(huì)面臨很多問(wèn)題，如幾何復(fù)雜性帶來(lái)的網(wǎng)格質(zhì)量問(wèn)題，動(dòng)靜區(qū)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(wèn)題以及氣蝕等。

一、案例背景水輪機(jī)是水電站發(fā)電用的設(shè)備，活動(dòng)導(dǎo)葉是水輪機(jī)的一個(gè)部件，可以預(yù)先調(diào)節(jié)水的流量和角度。因此活動(dòng)導(dǎo)葉會(huì)承受較大水壓，發(fā)生微小變形，設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行靜強(qiáng)度分析。 本案例需要的輸入文件和參數(shù)信息如下表：圖1 幾何模型二、導(dǎo)入幾何a. 啟動(dòng)AIFEM 2024R1；b.