高水头贯流式水轮机的理论及应用

第一章 绪论 1

第一节 贯流式机组的应用与发展 2

一、全贯流式机组应用现状 2

二、灯泡贯流式机组应用现状 2

三、灯泡贯流式水轮机水力设计方面的进展 4

四、轴伸贯流式机组应用现状 4

五、竖井贯流式机组应用现状 6

第二节 高水头贯流式机组的研究与发展前景 6

第二章 高水头贯流式水轮机的设计理论 9

第一节 高水头贯流式水轮机的水力性能分析 9

一、高水头贯流式水轮机与常规水轮机的性能对比分析 9

二、高水头贯流式水轮机的水力性能分析 11

第二节 固定导叶的设计理论 16

一、高水头贯流式水轮机的固定导叶 16

二、固定导叶设计的理论 17

第三节 活动导叶的设计理论 22

第四节 转轮的设计理论 29

一、高水头贯流式水轮机转轮的设计理论 29

二、基于CFD的高水头贯流式水轮机转轮内部流动及水力设计 37

三、70m水头段高水头贯流式水轮机转轮的水力设计 42

第五节 尾水管的设计理论 46

一、直锥型尾水管设计 47

二、非圆锥形扩散尾水管的设计 48

第六节 高水头贯流式水轮机过流通道几何尺寸的设计优化 52

第三章 高水头贯流式水轮机的结构设计与应用 57

第一节 高水头贯流式水轮机的结构分析 57

一、高水头贯流式水轮机结构 57

二、导流室结构分析 58

三、转轮及转轮室结构分析 59

四、导水机构及活动导叶结构分析 60

五、尾水管的结构分析 61

六、轴承系统分析 61

七、高水头贯流式水轮机整机强度计算分析 67

第二节 轴伸式结构设计 71

第三节 灯泡式结构设计 71

第四节 梅花式结构设计 73

第五节 高水头贯流式水轮机与常规水轮机的结构对比研究 75

第六节 高水头贯流式水轮机的选型设计 77

一、额定水头Hr的确定 77

二、机组主要参数的选择 77

第七节 高水头贯流式水轮机的电站布置设计 81

一、高水头贯流式水电站建筑物的布置特点 81

二、厂房布置设计 82

三、厂房主要尺寸的确定 84

第四章 高水头贯流式水轮机的性能测试研究 86

第一节 高水头贯流式水轮机的性能测试 86

一、性能测试情况 86

二、效率实验分析 90

第二节 不同导叶、转轮条件下的性能对比试验 92

一、不同导叶条件下的性能测试 92

二、不同转轮条件下的性能测试 93

第三节 高水头贯流式水轮机导叶流场的测试 94

一、测试装置及原理 94

二、测量工况点的布置 95

三、测试结果及结论 95

第四节 现代水轮机与高水头贯流式水轮机的水力效率对比 97

第五章 高水头贯流式水轮机的CFD分析 101

第一节CFD技术的发展 101

第二节 高水头贯流式水轮机过流部件几何模型的建立 102

一、转轮的几何参数 102

二、转轮三维实体的建立 103

三、转轮网格的划分及质量检查 104

四、固定导叶及活动导叶的建模及网格化 106

五、尾水管的建模及网格化 107

第三节 全流场的流动模拟计算 107

一、计算精度的确定 108

二、网格质量的检查及修改 108

三、确定计算模型的各参数 109

四、CFD迭代计算 111

五、计算结果及分析 112

第四节 高水头贯流式水轮机固定导叶的三维设计及CFD计算结果 117

一、导叶几何形状的设计 118

二、建立计算固定导叶的边界条件 119

三、固定导叶的计算 119

第五节 高水头贯流式水轮机活动导叶的三维设计及CFD计算结果 119

一、高水头贯流式水轮机导叶结构 119

二、活动导叶的三维设计及CFD计算 120

三、结果分析 121

第六节 高水头贯流式水轮机转轮的三维设计及CFD计算结果 122

一、高水头贯流式水轮机的流场解析 122

二、CFD计算 122

第七节 高水头贯流式水轮机尾水管的三维设计及CFD计算结果 124

一、模型的建立 124

二、CFD分析模型的选择 124

三、边界条件及检测点的设置 125

四、计算结果及分析 125

第八节 高水头贯流式水轮机固定导叶与活动导叶的匹配研究 126

一、固定导叶承担100%环量全流道的分析 128

二、固定导叶承担75%环量全流道的分析 131

三、固定导叶承担50%环量全流道的分析 134

四、固定导叶承担25%环量全流道的分析 137

五、结论 140

后记 141