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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.

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。

-FORTUNA二級水電站 弗朗西斯水輪機是一種結合了徑向和軸向流動的內流式反擊式水輪機，是當今最常用的水輪機形式。

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

劉安然，論文第二作者，華北華水水電大學博士研究生，主要從事水輪機設計。 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

水輪機主要包括底環導水機構、轉輪體、支持蓋和受油器等，其中轉輪體是水輪機的主要運動部件，是控制水電轉換的關鍵，同時也是易于摩損或損壞的關鍵部件。水輪機輪轉體一般分為三個部分進行鑄造，分別為：上冠、葉片和下環，這三個部分鑄件鑄造的質量決定了轉輪體的質量，進而影響水輪機的運行效率與壽命。因此研究水輪機轉輪體部件鑄造工藝是保證水輪機質量的前提。

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。.

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。

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場情況。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。

PART01 水輪機軸鍛造工藝的挑戰與機遇水輪機軸作為水力發電設備的核心部件，不僅是能量轉化的物理載體，更是水電系統安全與經濟性的基石。其設計、制造與維護水平直接決定著機組的發電效率、使用壽命及抗風險能力。在鍛造工藝方面，水輪機軸面臨諸多技術挑戰，尤其是大型鍛件（直徑可達1.5米，長度超過10米）易出現成分偏析和晶粒粗大等問題。

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。

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。

今天我要和大家分享的是更換水輪機轉輪的過程，這已經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為該電站的沖斗經過長時間的使用，已經磨損得相當嚴重，比上一次那臺還嚴重。為了確保水輪機的正常運轉，我們選擇更換全新的沖斗。接下來請跟隨我一起了解更換過程。以上照片是轉輪更換前的照片，磨損相當嚴重。

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。

水輪機中強大的振動和壓力脈動可能給機械的性能、壽命和安全造成嚴重的不利影響。它會導致噪聲、裂紋乃至機械故障。全球領先的水電設備、技術和服務供應商之一，Voith Hydro 公司觀察到，強烈振動可能導致混流式水輪機導流葉片出現疲勞裂紋。在立軸混流式水輪機中，水從水平方向流入螺旋形管道（蝸殼），其環繞在旋轉轉輪周圍。靜態的導流葉片用于調節并將水流導向轉輪的外沿。

PART01水輪機軸鍛造工藝的挑戰與機遇水輪機軸作為水力發電設備的核心部件，不僅是能量轉化的物理載體，更是水電系統安全與經濟性的基石。其設計、制造與維護水平直接決定著機組的發電效率、使用壽命及抗風險能力。在鍛造工藝方面，水輪機軸面臨諸多技術挑戰，尤其是大型鍛件（直徑可達1.5米，長度超過10米）易出現成分偏析和晶粒粗大等問題。

一、案例背景水輪機是水電站發電用的設備，活動導葉是水輪機的一個部件，可以預先調節水的流量和角度。因此活動導葉會承受較大水壓，發生微小變形，設計時需要對其進行靜強度分析。 本案例需要的輸入文件和參數信息如下表：圖1 幾何模型二、導入幾何a. 啟動AIFEM 2024R1；b.

概 要 1）案例描述 水輪機活動導葉對整個機組的性能和安全起著至關重要的作用。為驗證某型水輪機活動導葉剛強度，本案例對其額定水頭工況進行靜力分析。 2）幾何 某型 活動導葉幾何如圖1-1所示，葉片造型類似機翼，一側弧度大，一側弧度小。弧度大側為正面C，弧度小側為反面G。