文档介绍：西华大学
硕士学位论文
中比转速混流式水轮机转轮内部叶道涡模拟研究
姓名:李伟
申请学位级别:硕士
专业:动力机械及工程
指导教师:张礼达
20100501
摘要易因设计不当或运行不合理等原因而遭到破坏的部件之一。因此,研究转轮内部流场,机稳定运行的水力振动外,还存在一系列值得关注的水力不稳定现象,其一就是叶道涡。工况下,同一周期不同时刻转轮区域的叶道涡情况。模拟结果显示,在高于设计水头时脱流发生在上冠叶片进口的背面,低于设计水头时,脱流发生在叶片正面进口边。对各水轮机是水电站的核心设备,英最重要兰鲴笈副晔牵盒省⒖栈臀榷ㄐ裕分别关系到机组对水能的利用程度、机组的寿命和机组能否安全正常运行。转轮是水轮机最为关键的部件,其性能的高低直接影响到水轮机的三个性能的好坏;同时也是最容对转轮内部流动的速度、压力等进行分析,对于提高水力发电机组的效率和运行稳定性、减少空化的发生以及适应现代化水电机组朝大型化发展的趋势等具有重要的意义。随着混流式水轮机的不断发展,发现除了尾水管涡带和卡门涡这些熟知的影响水轮本文以某具体电站混流式水轮机为例,对转轮区域进行了三维非定常流动模拟计算,得出了多个典型工况下的速度场、压力场及不同测点的压力脉动,研究分析了不同测点上压力脉动波形进行快速傅立叶变换蠡竦昧烁鞑獾阊沽β龆钠德侍匦裕计算结果确定了叶道涡的频率特征。关键词:混流式水轮机;压力脉动;叶道涡;西华大学硕士学位论文
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绪论课题来源:课题背景及意义目前,我国水电技术可开发装机容量为亿,技术可开发年电量蛞趉水电站单机容量和结构尺寸朝着巨型化方向发展对机组在设计合理性、制造工艺先课题来源:企业委托课题名称课题名称:中比转速混流式水轮机转轮内部叶道涡模拟研究豢煽7⒆,可开发年电量蛞趉5甑祝夜电技术可开发装机容量已达到亿,经济可开发水电装机容量也将显著增加,⒌缌靠剂克茏试春涂煽发程度,发达均开发程度已在%以上,其中法国水电资源己开发约%。而我,开发潜力巨大【。根据国家可再生能源中长期发展规划,水电的发展目标为:年装机容量达到亿,,平均每年需新增加约万进性、运行稳定性等方面提出了巨大的挑战。而水轮机是水电站的核心设备,其最重要的三个性能指标是:效率、空化和稳定性,分别关系到机组对水能的利用程度、机组的寿命和机组能否安全正常运行【。转轮是水轮机最为关键的部件,其性能的高低直接影响到水轮机的三个性能的好坏;同时也是最容易因设计不当或运行不合理等原因而遭到破坏的部件之一。水力机组在运行过程中经常由于过流部件中流场的速度分布不均匀和周期性脱流的漩涡所诱发出的压力脉动而引起振动,如尾水管涡带、卡门涡列等因素产生的周期性干扰激振力,会使转轮叶片产生振动,尤其是当激振力的频率与转轮的固有频率相同或相近而发生共振时,会激起较大振幅的振动,产生叶片的破坏。混流式水轮机所存在的水力不稳定问题,长期以来人们比较熟悉与关心的主要是尾水管涡带【和卡门涡【。随着混流式水轮机的不断发展,陆续发现除尾水管涡带和卡门涡这些熟知的水力脉动之外,还存在其它值得关注的水力不稳定现象,其中之一就是叶混流式水轮机运行在偏离最优工况下,必然要发生叶道涡。过去认为叶道涡分散在各个流道内,很难能形成合力,对稳定运行的威胁并不大。但是,叶道涡发展较为严重西华大学硕士学位论文课题来源道涡【。.
国内外现状和发展趋势时,可能会形成一定的粗大的涡带,而且叶道涡的尾部相当的不稳定,噪音也比较大,可能会对机组稳定运行产生影响,甚至会引起叶片裂纹的产生。目前,一些大型水轮机在运行中已要求躲开所有的叶道涡区域。叶道涡引起的水力脉动在叶片裂纹形成的过程中起到的作用,值得深入研究【。本课题基于此目的,对水轮机转轮内部流场进行了大量的模拟计算,研究了不同工况下转轮的叶道涡规律,这对提高水轮机的运行稳定性等综合性能具有一定的参考意目前国内外的混流式水轮机技术已经发展到很高的地步,尤其是效率方面,有些大型的水轮机已超过了%,已经达到了一个较高的指标。在水轮机的空化特性和稳定性方面也有了长足的进步,特别是在近代,际醯某鱿郑沟椎母谋淞嘶炝魇剿只转轮以往的设计方法和设计思路,提出了先性能预估后生产的研制思路。一般是先通过转轮程序设计和优化方案,并采用先进的流场分析软件对设计方案进行仿真和性能预估,用数值模拟部分代替模型试验,