中高比轉(zhuǎn)速混流式水輪機小流量工況穩(wěn)定性分析.pdf

1、中高比轉(zhuǎn)速混流式水輪機在偏離設(shè)計工況下運行的時候,會產(chǎn)生葉道渦、尾水管渦帶等典型的不穩(wěn)定現(xiàn)象,這是引發(fā)水輪機轉(zhuǎn)輪葉片裂紋和振動的主要原因。因此,本文針對某高比轉(zhuǎn)速混流式水輪機的兩個小流量的偏離工況,進行了三維定常和非定常計算,分析了這兩種工況下水輪機內(nèi)部流動的不穩(wěn)定現(xiàn)象,在流場計算的基礎(chǔ)上進一步對水輪機轉(zhuǎn)輪進行了靜應(yīng)力分析和瞬態(tài)動應(yīng)力分析。本文的具體結(jié)論如下:
　　首先,對混流式水輪機進行CFD計算,分析水輪機內(nèi)部流場。分析發(fā)現(xiàn),

2、在流量較小的工況一,轉(zhuǎn)輪中各個葉道間出現(xiàn)了嚴(yán)重的葉道渦,而葉道渦主要起源于葉片進口靠近上冠的位置;隨著導(dǎo)葉開度增大流量增大到工況二,轉(zhuǎn)輪中流態(tài)有所改善,但是在葉片背面中部靠近下環(huán)處和葉片出水邊依然存在渦流。
　　在此基礎(chǔ)上,進行非定常計算和分析。兩種工況下引水部件中均出現(xiàn)了低頻壓力脈動。轉(zhuǎn)輪中,工況一下在葉片頭部位置,出現(xiàn)了高頻壓力脈動,這是由于活動導(dǎo)葉與轉(zhuǎn)輪的動靜干涉作用產(chǎn)生的。此外轉(zhuǎn)輪內(nèi)其他監(jiān)控點的頻率均為接近轉(zhuǎn)頻的頻率,主要

3、是葉道渦所引起的,這是引起機組振動的一個主要原因。工況二下葉道渦減弱,其對轉(zhuǎn)輪的影響也減小,轉(zhuǎn)輪中除了轉(zhuǎn)頻和高頻以外還出現(xiàn)了低頻壓力脈動。兩種工況下尾水管均出現(xiàn)了低頻的壓力脈動,尾水管進口段出現(xiàn)了與葉倍頻一致的頻率,這是受轉(zhuǎn)輪區(qū)域的影響。綜上可以得到結(jié)論,水輪機中出現(xiàn)的局部壓力脈動會在整個機組中傳播。
　　最后,對轉(zhuǎn)輪進行靜應(yīng)力分析和瞬態(tài)的動應(yīng)力分析。通過對轉(zhuǎn)輪的靜應(yīng)力分析,可知兩種工況下轉(zhuǎn)輪葉片的應(yīng)力集中的位置都在葉片出口邊與上