高水頭混流式水輪機(jī)壓力脈動(dòng)特性數(shù)值研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、近年來,隨著混流式水輪機(jī)裝機(jī)尺寸與單機(jī)容量逐漸增大,水輪機(jī)的振動(dòng)問題日益突出。其中活動(dòng)導(dǎo)葉與轉(zhuǎn)輪相互作用引起的壓力脈動(dòng)是造成水輪機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定的主要原因之一,它會誘發(fā)機(jī)械振動(dòng),使轉(zhuǎn)輪葉片產(chǎn)生裂紋,影響機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。本文以Francis-99混流式模型水輪機(jī)為研究對象,對其進(jìn)行全流道數(shù)值計(jì)算,并進(jìn)行活動(dòng)導(dǎo)葉與轉(zhuǎn)輪間無葉區(qū)壓力脈動(dòng)及其傳播特性探究,為水輪機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供一定的參考。研究工作主要包括了下列幾部分內(nèi)容:
  首先,對不

2、同導(dǎo)葉開度的水輪機(jī)進(jìn)行了數(shù)值模擬,獲得水輪機(jī)運(yùn)行特性參數(shù),并與模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。結(jié)果表明:水輪機(jī)的效率、水頭、力矩及各監(jiān)測點(diǎn)壓力均值的數(shù)值計(jì)算值與試驗(yàn)值吻合較好;壓力脈動(dòng)的數(shù)值計(jì)算結(jié)果也和模型試驗(yàn)結(jié)果基本上一致。
  其次,對3種導(dǎo)葉開度的水輪機(jī)進(jìn)行了全流道非定常數(shù)值模擬,分析了不同工況下水輪機(jī)內(nèi)部流動(dòng)特點(diǎn),深入研究了活動(dòng)導(dǎo)葉與轉(zhuǎn)輪間無葉區(qū)壓力脈動(dòng)特性。結(jié)果表明:最優(yōu)工況下,活動(dòng)導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪間無葉K由動(dòng)靜干涉效應(yīng)引起的壓力脈

3、動(dòng)主要以轉(zhuǎn)輪葉片通過頻率及其倍頻為主,且壓力脈動(dòng)幅值遠(yuǎn)大于其他位置。無葉區(qū)壓力脈動(dòng)沿水輪機(jī)流道傳播至整個(gè)流場,向上游和下游傳播過程中,其幅值都不斷減小。通過對不同工況下無葉區(qū)壓力脈動(dòng)進(jìn)行詳細(xì)分析,發(fā)現(xiàn)無葉區(qū)壓力脈動(dòng)的主要頻率不受活動(dòng)導(dǎo)葉開度的影響,但是偏離最優(yōu)工況點(diǎn)越遠(yuǎn),壓力脈動(dòng)頻率成分越為復(fù)雜。
  最后,對同一導(dǎo)葉開度(小開度)不同流量下的水輪機(jī)進(jìn)行數(shù)值模擬,分析轉(zhuǎn)輪域的內(nèi)部流場分布與壓力脈動(dòng)特性。結(jié)果表明:兩種工況下,轉(zhuǎn)輪域

4、都有明顯的葉道渦產(chǎn)生,水流流態(tài)較差,尤以靠近上冠處最差,偏離上冠越遠(yuǎn),水流流態(tài)越好;隨著流最的增大,轉(zhuǎn)輪域的水流流態(tài)整體上得到了改善,葉道渦的范圍減小,撞擊現(xiàn)象減弱。葉片上各監(jiān)測點(diǎn)的壓力脈動(dòng)主頻均為28fn,為活動(dòng)導(dǎo)葉通過頻率;且葉片壓力面的扭力脈動(dòng)幅值高于吸力面,轉(zhuǎn)輪域中壓力脈動(dòng)幅值的最大值出現(xiàn)在葉片進(jìn)口位罝,沿著水流流動(dòng)方向,由進(jìn)口至出口壓力脈動(dòng)幅值不斷的降低;葉片壓力面進(jìn)口處壓力脈動(dòng)幅值從上冠到下環(huán)逐漸減小,但在葉片中間和出口處卻

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