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技术创新与应用研究2024年7月(第13期)

某电站转轮上腔减压措施分析研究

曾庆龙赵有龙黄世海

（东方电气东方电机有限公司，四川省德阳市，618000）

摘要转轮上腔的水压力是水轮发电机组一项重要的在线监测参数，相关的水推力大小对机组安全稳定运行具有

重要影响。为研究混流式水轮机转轮止漏环、减压孔、顶盖排水管等结构对转轮上腔压力的影响，本文主要对某

电站改造后的转轮上腔模型运用CFD仿真技术进行流场特性分析。结果表明：低水头下缝隙式止漏环结构具有良

好的减压效果；转轮上腔压力沿径向往中心呈递减分布；设置排水管可有效降低排水管附近的压力水平。

关键词水轮机；水推力；减压孔；排水管；数值模拟

中图分类号:TM312文献标识码:A文章编号:1002-1221(2024)19-0088-03

随着不少中小电站机组运行已接近设计寿命的极

限，现水电市场出现越来越多改造的需求。由于电站运

行对转轮性能要求不断提高，新设计的转轮上冠普遍

流道较长并带有泄水锥结构，导致转轮上腔排水不畅，

引起转轮上腔压力过高。这种作用方向向下的水压力

会使发电机推力轴承及联轴螺栓所受轴向载荷增加，

从而使得推力轴承瓦温增高、联轴和顶盖螺栓安全系

数降低，影响机组安全稳定运行。目前，常见的处理

方法是在顶盖设置排水管或减压板、转轮设置减压孔

和改变止漏环的结构、间隙及位置等方式来改变水推

力的大小。本文主要运用CFD数值模拟预测分析某转

轮有泄水锥结构的改造机组在有、无顶盖排水管情况

图1转轮上腔计算域

下的转轮上腔流动特点，讨论其水压力、水推力的变化，

为后续混流式水轮机顶盖排水设计提供理论依据。于止漏环缝隙面积的4倍，减压孔沿顺水流方向倾斜

30°布置。

一、转轮受力分析

（二）计算域网格划分

转轮所受的水推力主要有：F-作用于转轮上冠上

1运用ICEM/CFD软件对计算模型进行空间区域离

表面的水压力，方向向下；F-作用于转轮下环下表面

2散，根据实际流动特点对流域的网格疏密程度进行调

的水压力，方向向上；F-水体通过转轮因动量改变而

3整。从止漏环进口至转轮上腔这一小间隙区域形成射

产生的反作用力，水轮机工况时方向向上；F-转轮在

4流剪切层，上冠表面为旋转壁面，速度梯度大，存在

水中受到的浮力，方向向上。目前水轮机轴向水推力

较大的紊流剪切力，此部分网格划分要密一些，其他

预测主要有模型和真机试验、理论计算、数值模拟这

区域保证网格均匀过渡即可。

几种方法。本文采用软件CFD-CFX对转轮上腔的水力

（三）边界条件

模型进行分析计算。

水轮机（真机）主要运行参数如表1所示：

二、计算模型及方法验证

表1水轮机主要参数

（一）CFD计算模型

转速（r/min）转轮直径（m）上游水头（m）下游水头（m）

上游压力水除大部分推动转轮做功外，其中一部