高水頭混流式水輪機壓力脈動特性數(shù)值研究.pdf

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

2、同導葉開度的水輪機進行了數(shù)值模擬，獲得水輪機運行特性參數(shù)，并與模型試驗數(shù)據(jù)進行對比分析。結果表明：水輪機的效率、水頭、力矩及各監(jiān)測點壓力均值的數(shù)值計算值與試驗值吻合較好；壓力脈動的數(shù)值計算結果也和模型試驗結果基本上一致。
　　其次，對3種導葉開度的水輪機進行了全流道非定常數(shù)值模擬，分析了不同工況下水輪機內(nèi)部流動特點，深入研究了活動導葉與轉輪間無葉區(qū)壓力脈動特性。結果表明：最優(yōu)工況下，活動導葉和轉輪間無葉K由動靜干涉效應引起的壓力脈

3、動主要以轉輪葉片通過頻率及其倍頻為主，且壓力脈動幅值遠大于其他位置。無葉區(qū)壓力脈動沿水輪機流道傳播至整個流場，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)壓力脈動進行詳細分析，發(fā)現(xiàn)無葉區(qū)壓力脈動的主要頻率不受活動導葉開度的影響，但是偏離最優(yōu)工況點越遠，壓力脈動頻率成分越為復雜。
　　最后，對同一導葉開度（小開度）不同流量下的水輪機進行數(shù)值模擬，分析轉輪域的內(nèi)部流場分布與壓力脈動特性。結果表明：兩種工況下，轉輪域

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，水流流態(tài)越好；隨著流最的增大，轉輪域的水流流態(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)測點的壓力脈動主頻均為28fn，為活動導葉通過頻率；且葉片壓力面的扭力脈動幅值高于吸力面，轉輪域中壓力脈動幅值的最大值出現(xiàn)在葉片進口位罝，沿著水流流動方向，由進口至出口壓力脈動幅值不斷的降低；葉片壓力面進口處壓力脈動幅值從上冠到下環(huán)逐漸減小，但在葉片中間和出口處卻