摘要：离心泵叶片泥沙磨损是引黄泵站面临的工程难题,采用模型试验及数值模拟相结合的方法,分析了双吸式离心泵叶片出口的磨损破坏规律及其形成机制。采用多层涂层法、丝线法和内窥式成像技术对叶片的磨损特征和近壁面流态进行了分析,并结合数值模拟分析了叶轮流道内的旋涡结构及颗粒轨迹。研究发现:叶片吸力面出口存在左右近似对称的“三角形”磨损破坏区域,该区域存在明显的流动分离;叶轮内的叶道涡和出口回流涡是导致叶片吸力面出口磨损的主要原因。源于叶片压力面进口的叶道涡诱导泥沙颗粒向叶片吸力面出口聚集,造成吸力面出口的集中磨损;叶片吸力面出口附近存在的回流涡诱导颗粒进行轴向旋转运动,加剧叶片吸力面出口的磨损破坏。本研究为双吸式离心泵的抗磨损设计提供了理论支撑。

摘要：为了明确轴流式水轮机泥沙磨损特性,以某电站水轮机为研究对象,基于欧拉-拉格朗日多相流模型开展了固液两相流动数值研究,重点关注泥沙粒径对机组过流部件表面侵蚀率和侵蚀分布的影响.研究发现,叶片正、背面轮缘附近为泥沙磨损高风险区.随着泥沙粒径增大,叶片正面侵蚀程度加剧,背面侵蚀程度减小,磨损区域逐渐集中在轮缘附近;颗粒受泄漏涡影响在转轮室壁面形成沿旋转方向的条状侵蚀痕迹;尾水管锥管段侵蚀率逐渐降低,不同出口流道磨损程度的差异性增大,泥沙颗粒在锥管段形成沿泄漏涡延伸方向的带状螺旋侵蚀痕迹.在运行过程中,磨损程度最大的部件是尾水管,其次为转轮和转轮室,应避免机组长时间在过小或者过大泥沙粒径条件下运行,检修时应重点关注转轮叶片和转轮室的泥沙磨损情况.研究归纳出轴流式机组运行过程中的泥沙磨损高风险区,可为水轮机各过流部件泥沙磨损的定量分析提供一定参考,有助于合理安排机组检修周期,同时为轴流式水轮机进一步优化设计提供理论基础.

摘要：离心泵被广泛应用于我国黄河沿岸的提灌泵站中。黄河水中的泥沙对离心泵造成的泥沙磨损问题严重影响离心泵的安全高效运行。反问题设计是离心泵叶轮优化设计的常用方法,但作为其关键设计参数的叶片载荷加载方式对离心泵磨损性能的影响尚不清楚。针对叶片载荷加载方式对离心泵叶轮泥沙磨损特性影响的问题,采用固液两相流数值计算的方法,研究了前盖板前加载后盖板后加载、前后盖板均偏中加载以及前后盖板均偏后加载3种不同叶片载荷加载方式对离心泵水力性能、叶轮磨损特性和固液两相流流场特性的影响。结果表明:相比于其它方案,前后盖板均偏中加载方案得到的离心泵具有较优的水力性能。在各工况下,相比于原叶轮,前后盖板均偏中加载方案的叶片最大磨损率减小25%~73%,小流量工况下可减小73%,大流量工况下可减小25%,明显提高了叶片的磨损性能。相比于原叶轮,3种优化方案在前盖板背面流线上的压力分布更均匀光顺;在小流量工况下,前后盖板均偏中加载方案和前后盖板均偏后加载方案叶片表面的固相体积分数较小,各种方案得到的叶片表面的速度分布基本相同;在额定流量工况下,原叶轮的叶片表面体积分数较小,前后盖板均偏中加载方案和前后盖板均偏后加载方案的叶片工作面固相速度大的区域相对较小,固相速度也有所减小。因此,前后盖板均偏中加载方案具有较优的水力性能和磨损特性,可为离心泵叶轮磨损特性的优化提供参考。

摘要：发源于喜马拉雅山脉的河流均含有大量泥沙,不可避免对沿岸的水电站造成泥沙磨损破坏,严重影响水轮机寿命,危害水电站安全稳定运行。以尼泊尔长期处于大开度运行工况Jhimruk水电站的混流式水轮机转轮设计为基础,采用数值模拟手段,针对转轮进口,开展水轮机转轮抗磨损优化设计方案研究,重点分析不同方案下水轮机的外特性和转轮磨损特性。结果表明:3种设计方案均在不降低水轮机效率的情况下,降低了叶片的平均磨损率。通过改变叶片表面的水流流动方向,可以影响流道内的漩涡结构,削弱叶片压力面的横流,进而降低转轮的平均磨损。在当前的研究方案中,进口形状符合线性函数的方案二抗磨效果最好,磨损率可以降低35%。研究成果可为长期处于大开度下运行的水轮机抗磨损优化设计提供重要参考。

摘要：冲击式水轮机是开发利用高水头段水能资源的主力机型,能够在宽运行区间内实现高效率且低振幅的稳定运行,但其过流部件在结构上不连续、内部流动尺度多变以及流动特性具有强烈的瞬态特征等方面均给试验研究和数值模拟带来了不小的挑战,严重制约了冲击式水轮机性能预测及结构优化设计相关研究。该文针对近三十年来冲击式水轮机内部流动与泥沙磨损特性的研究工作展开综述,系统归纳并介绍了流动过程中存在的不稳定现象与其形成机理,阐明了冲击式水轮机内部不良流动与泥沙侵蚀破坏对机组效率和过流部件寿命的影响,总结了改善不良流动和减少泥沙磨损的相关经验以及技术措施,讨论了磨损与空化耦合作用的研究难点,指出更高精度的湍流模型选择、多尺度侵蚀模型的优化改进以及空化与磨损耦合的多相流模拟等方向是未来研究的关键难点,为冲击式水轮机的进一步优化设计以及机组高效可靠运行的实现提供理论基础与技术支持。

摘要：固液两相流算法对双吸离心泵泥沙磨损模拟精度有直接影响。采用改进的固液两相流欧拉算法,考虑了相间阻力和泥沙扩散系数两方面因素,对典型悬移质泥沙粒径条件下的双吸离心泵流场进行了数值计算。研究发现,叶片表面湍流强度在头部和尾部较大,可达6%~10%;叶片头部和尾部的颗粒动态尺度大于中部。由湍流强度和颗粒动态尺度组成的湍动尺度效应,在叶片头部和尾部表现强烈,湍动尺度效应使固液相间阻力增大,更有利于颗粒的扩散,避免了颗粒聚集,对大颗粒的作用强于小颗粒。湍动尺度效应导致叶片表面固相体积分数分布范围减小,大颗粒的变化值大于小颗粒,叶片头部和尾部的改变值大于中部,叶片表面的严重磨损部位为叶片工作面尾部的块状磨损区,这比采用传统算法得到的带状磨损区和偏磨区计算结果,更符合离心泵实际磨损情况,考虑湍动尺度效应后得到的磨损率也有所增大。在此基础上,提出了双吸离心泵叶片水力设计和表面喷涂防护原则,为提高双吸离心泵抵抗泥沙磨损能力奠定了基础。

摘要：为了延长机组应用寿命,应在理论和实践角度探究影响水轮机泥沙磨损的因素,并分析出抗磨损的应对举措,在此背景之下,指出水轮机泥沙磨损带来的不利影响,并从提高材料耐磨性,优化水利设计等方面提出一些完善建议。

摘要：运用N-S方程和标准k-ε湍流模型,对高水头混流式水轮机内部沙水流动进行了全流道数值模拟。根据数值模拟结果和相似定理设计水轮机转轮叶片的单流道泥沙磨损实验装置,进行了转轮叶片泥沙磨损实验,获得了水轮机转轮叶片泥沙磨损的主要发生位置和磨损程度,并根据数值模拟和实验研究结果拟合出了水轮机转轮叶片的磨损率公式。结果表明:水轮机转轮叶片的进水边和出水口位置的磨损程度相对于其他位置更为严重,尤其是叶片背面。该研究对多泥沙河流水轮机转轮叶片的泥沙磨损评估以及维修具有指导意义。

摘要：本文介绍了减轻低比速（ｎｓ＝１００ｍ－ｋＷ）混流式水轮机导叶泥沙磨损水力型式的物理模拟试验及数值模拟计算的成果；揭示了导叶绕流、导叶与转轮互配水力设计，对泥沙磨损的影响，为较圆满解决该类导叶的泥沙快速损坏提供了新的途径。

摘要：对小浪底水电站水轮机组抗磨措施的效果进行了综合评价,多角度分析了机组过流部件抗磨涂层磨损测量方法、机组运行工况、运行时间等因素。指出:小浪底水电站每台机组投运前期运行工况、设备安装质量存在一定程度的差异,导致每台机组的磨蚀情况差异较大,后期投运的1、2、3号机组磨蚀情况明显好于4、5、6号机组;从检查情况来看,抗磨涂层的防护效果比较明显,水轮机过流部件表面的磨蚀程度较轻,达到了设计保证值标准,说明小浪底水电站机组水力设计比较成功。