水輪機(jī)水頭

第一章緒論1

第一節(jié)貫流式機(jī)組的應(yīng)用與發(fā)展2

一、全貫流式機(jī)組應(yīng)用現(xiàn)狀2

二、燈泡貫流式機(jī)組應(yīng)用現(xiàn)狀2

三、燈泡貫流式水輪機(jī)水力設(shè)計方面的進(jìn)展4

四、軸伸貫流式機(jī)組應(yīng)用現(xiàn)狀4

五、豎井貫流式機(jī)組應(yīng)用現(xiàn)狀6

第二節(jié)高水頭貫流式機(jī)組的研究與發(fā)展前景6

第二章高水頭貫流式水輪機(jī)的設(shè)計理論9

第一節(jié)高水頭貫流式水輪機(jī)的水力性能分析9

一、高水頭貫流式水輪機(jī)與常規(guī)水輪機(jī)的性能對比分析9

二、高水頭貫流式水輪機(jī)的水力性能分析11

第二節(jié)固定導(dǎo)葉的設(shè)計理論16

一、高水頭貫流式水輪機(jī)的固定導(dǎo)葉16

二、固定導(dǎo)葉設(shè)計的理論17

第三節(jié)活動導(dǎo)葉的設(shè)計理論22

第四節(jié)轉(zhuǎn)輪的設(shè)計理論29

一、高水頭貫流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的設(shè)計理論29

二、基于CFD的高水頭貫流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪內(nèi)部流動及水力設(shè)計37

三、70m水頭段高水頭貫流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的水力設(shè)計42

第五節(jié)尾水管的設(shè)計理論46

一、直錐型尾水管設(shè)計47

二、非圓錐形擴(kuò)散尾水管的設(shè)計48

第六節(jié)高水頭貫流式水輪機(jī)過流通道幾何尺寸的設(shè)計優(yōu)化52

第三章高水頭貫流式水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計與應(yīng)用57

第一節(jié)高水頭貫流式水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)分析57

一、高水頭貫流式水輪機(jī)結(jié)構(gòu)57

二、導(dǎo)流室結(jié)構(gòu)分析58

三、轉(zhuǎn)輪及轉(zhuǎn)輪室結(jié)構(gòu)分析59

四、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)及活動導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)分析60

五、尾水管的結(jié)構(gòu)分析61

六、軸承系統(tǒng)分析61

七、高水頭貫流式水輪機(jī)整機(jī)強(qiáng)度計算分析67

第二節(jié)軸伸式結(jié)構(gòu)設(shè)計71

第三節(jié)燈泡式結(jié)構(gòu)設(shè)計71

第四節(jié)梅花式結(jié)構(gòu)設(shè)計73

第五節(jié)高水頭貫流式水輪機(jī)與常規(guī)水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)對比研究75

第六節(jié)高水頭貫流式水輪機(jī)的選型設(shè)計77

一、額定水頭Hr的確定77

二、機(jī)組主要參數(shù)的選擇77

第七節(jié)高水頭貫流式水輪機(jī)的電站布置設(shè)計81

一、高水頭貫流式水電站建筑物的布置特點81

二、廠房布置設(shè)計82

三、廠房主要尺寸的確定84

第四章高水頭貫流式水輪機(jī)的性能測試研究86

第一節(jié)高水頭貫流式水輪機(jī)的性能測試86

一、性能測試情況86

二、效率實驗分析90

第二節(jié)不同導(dǎo)葉、轉(zhuǎn)輪條件下的性能對比試驗92

一、不同導(dǎo)葉條件下的性能測試92

二、不同轉(zhuǎn)輪條件下的性能測試93

第三節(jié)高水頭貫流式水輪機(jī)導(dǎo)葉流場的測試94

一、測試裝置及原理94

二、測量工況點的布置95

三、測試結(jié)果及結(jié)論95

第四節(jié)現(xiàn)代水輪機(jī)與高水頭貫流式水輪機(jī)的水力效率對比97

第五章高水頭貫流式水輪機(jī)的CFD分析101

第一節(jié)CFD技術(shù)的發(fā)展101

第二節(jié)高水頭貫流式水輪機(jī)過流部件幾何模型的建立102

一、轉(zhuǎn)輪的幾何參數(shù)102

二、轉(zhuǎn)輪三維實體的建立103

三、轉(zhuǎn)輪網(wǎng)格的劃分及質(zhì)量檢查104

四、固定導(dǎo)葉及活動導(dǎo)葉的建模及網(wǎng)格化106

五、尾水管的建模及網(wǎng)格化107

第三節(jié)全流場的流動模擬計算107

一、計算精度的確定108

二、網(wǎng)格質(zhì)量的檢查及修改108

三、確定計算模型的各參數(shù)109

四、CFD迭代計算111

五、計算結(jié)果及分析112

第四節(jié)高水頭貫流式水輪機(jī)固定導(dǎo)葉的三維設(shè)計及CFD計算結(jié)果117

一、導(dǎo)葉幾何形狀的設(shè)計118

二、建立計算固定導(dǎo)葉的邊界條件119

三、固定導(dǎo)葉的計算119

第五節(jié)高水頭貫流式水輪機(jī)活動導(dǎo)葉的三維設(shè)計及CFD計算結(jié)果119

一、高水頭貫流式水輪機(jī)導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)119

二、活動導(dǎo)葉的三維設(shè)計及CFD計算120

三、結(jié)果分析121

第六節(jié)高水頭貫流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的三維設(shè)計及CFD計算結(jié)果122

一、高水頭貫流式水輪機(jī)的流場解析122

二、CFD計算122

第七節(jié)高水頭貫流式水輪機(jī)尾水管的三維設(shè)計及CFD計算結(jié)果124

一、模型的建立124

二、CFD分析模型的選擇124

三、邊界條件及檢測點的設(shè)置125

四、計算結(jié)果及分析125

第八節(jié)高水頭貫流式水輪機(jī)固定導(dǎo)葉與活動導(dǎo)葉的匹配研究126

一、固定導(dǎo)葉承擔(dān)100%環(huán)量全流道的分析128

二、固定導(dǎo)葉承擔(dān)75%環(huán)量全流道的分析131

三、固定導(dǎo)葉承擔(dān)50%環(huán)量全流道的分析134

四、固定導(dǎo)葉承擔(dān)25%環(huán)量全流道的分析137

五、結(jié)論140

后記141 2100433B

高水頭貫流式水輪機(jī)是杜同教授1958年提出的一種新型水力發(fā)電機(jī)型，采用了貫流式或燈泡式水輪機(jī)的輻向式錐形布置的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)和類似于混流式或斜流式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪，具有流道直，水流轉(zhuǎn)彎少，水力損失小，水力效率高等諸多優(yōu)點，經(jīng)專家鑒定這種形式的水輪機(jī)是水輪機(jī)發(fā)明100多年來，在水輪機(jī)結(jié)構(gòu)型式方面的一項創(chuàng)新，屬國內(nèi)外首創(chuàng)。本專著介紹了這種水輪機(jī)與常規(guī)的貫流式水輪機(jī)在水力和結(jié)構(gòu)上的不同，闡述了這種水輪機(jī)的固定導(dǎo)葉、活動導(dǎo)葉、轉(zhuǎn)輪及尾水管等的水力設(shè)計理論及方法，介紹了這種水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計、選型設(shè)計及應(yīng)用于電站時的廠房設(shè)計等，并就其實驗研究及性能測試結(jié)果進(jìn)行了論述，最后詳細(xì)介紹了基于CFD技術(shù)的高水頭貫流式水輪機(jī)的內(nèi)部流動及強(qiáng)度的研究成果。