基于大渦模擬的混流式水輪機尾水管水力振動研究.pdf

1、隨著巨型水力發(fā)電機組的廣泛應(yīng)用，混流式水輪機尾水管水力振動又一次得到關(guān)注，由偏心的渦帶以及低壓中心周期性撞擊尾水管壁而產(chǎn)生的水力振動不僅僅對水輪機產(chǎn)生破壞，嚴重的振動甚至產(chǎn)生廠房墻體裂紋，影響電力安全生產(chǎn)。目前，準(zhǔn)確、快速、經(jīng)濟的數(shù)值模擬方法可以對機組尾水管水力振動做出正確的預(yù)測，并將成為解決尾水管水力振動的關(guān)鍵。在過去的大部分時間里，對流體機械的模擬都是基于k-ε模型的，而對于真正適合其內(nèi)部流動的大渦模型，研究相對較少，到目前為止，國

2、內(nèi)外還沒有利用數(shù)值模擬方法對水輪機在綜合特性曲線范圍內(nèi)的多工況點進行模擬，因此，有必要通過模型綜合特性曲線上不同工況點，驗證大渦模擬在尾水管水力振動上的模擬精度以及正確性。 本文通過對水平截面上沿著直徑分布的測點的壓力測量，得到了不同半徑處壓力振幅的分布規(guī)律，并對比同一半徑上，不同高度的測點的壓力，得到壓力隨高度變化的規(guī)律。通過對部分負荷以及超負荷時，接近尾水管壁的測點得到的壓力進行比較，驗證了部分負荷下存在比較嚴重的水力振動，

3、在所有模擬工況中，其中最嚴重的相對振幅高達10％，低壓中心的轉(zhuǎn)動頻率為水輪機轉(zhuǎn)速的1/3-1/4。而在超負荷下，可以明顯發(fā)現(xiàn)，尾水管內(nèi)低壓中心與部分負荷下有著顯著的區(qū)別。在超負荷工況下，低壓中心轉(zhuǎn)速接近轉(zhuǎn)輪頻率，且其中心位置與尾水管中心接近，在就使得低壓中心不易于撞擊尾水管壁，從而使得尾水管上不出現(xiàn)大的壓力振動。這與實驗結(jié)果是一致的。 對壓力振動進行了系統(tǒng)化研究，對三個不同單位轉(zhuǎn)速下的工況點進行了系統(tǒng)模擬，其中每個單位轉(zhuǎn)速下包含

4、了10個導(dǎo)葉開度。通過對這些工況點的模擬，旨在揭示尾水管壁上的最大振幅與水頭，導(dǎo)葉開度的關(guān)系。對模型實驗數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬結(jié)果的比較得出，導(dǎo)葉開度對調(diào)節(jié)機組振動有著更加關(guān)鍵的作用。無論機組運行在什么水頭下，越大的導(dǎo)葉開度總是對應(yīng)著越小的振動。 通過對模型綜合特性曲線上多組工況點的模擬，得出大渦模擬在部分負荷，滿負荷以及超負荷的大部分區(qū)域都可以很好的對尾水管水力振動做出準(zhǔn)確地預(yù)測，無論是內(nèi)部特性還是外部特性都很好的與實驗吻合。但是在小