中高比轉速混流式水輪機小流量工況穩(wěn)定性分析.pdf

1、中高比轉速混流式水輪機在偏離設計工況下運行的時候,會產生葉道渦、尾水管渦帶等典型的不穩(wěn)定現象,這是引發(fā)水輪機轉輪葉片裂紋和振動的主要原因。因此,本文針對某高比轉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部流動的不穩(wěn)定現象,在流場計算的基礎上進一步對水輪機轉輪進行了靜應力分析和瞬態(tài)動應力分析。本文的具體結論如下:
　　首先,對混流式水輪機進行CFD計算,分析水輪機內部流場。分析發(fā)現,

2、在流量較小的工況一,轉輪中各個葉道間出現了嚴重的葉道渦,而葉道渦主要起源于葉片進口靠近上冠的位置;隨著導葉開度增大流量增大到工況二,轉輪中流態(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。
　　在此基礎上,進行非定常計算和分析。兩種工況下引水部件中均出現了低頻壓力脈動。轉輪中,工況一下在葉片頭部位置,出現了高頻壓力脈動,這是由于活動導葉與轉輪的動靜干涉作用產生的。此外轉輪內其他監(jiān)控點的頻率均為接近轉頻的頻率,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,其對轉輪的影響也減小,轉輪中除了轉頻和高頻以外還出現了低頻壓力脈動。兩種工況下尾水管均出現了低頻的壓力脈動,尾水管進口段出現了與葉倍頻一致的頻率,這是受轉輪區(qū)域的影響。綜上可以得到結論,水輪機中出現的局部壓力脈動會在整個機組中傳播。
　　最后,對轉輪進行靜應力分析和瞬態(tài)的動應力分析。通過對轉輪的靜應力分析,可知兩種工況下轉輪葉片的應力集中的位置都在葉片出口邊與上