本文選題：混流式水力機(jī)組　切入點(diǎn)：三角塊　出處：《西安理工大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著混流式水力機(jī)組的容量、尺寸等的不斷提高,不銹鋼葉片相對減薄,轉(zhuǎn)輪相對剛度則有所下降,再加上機(jī)組運(yùn)行工況復(fù)雜,導(dǎo)致轉(zhuǎn)輪葉片出水邊近上冠處產(chǎn)生集中的高應(yīng)力,這是造成轉(zhuǎn)輪產(chǎn)生裂紋甚至斷裂的重要因素,嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。為了改善轉(zhuǎn)輪的應(yīng)力分布以達(dá)到減少葉片裂紋的目的。本文針對某一電站轉(zhuǎn)輪葉片靠近出水邊及上冠部分經(jīng)常產(chǎn)生裂紋的情況,采用在轉(zhuǎn)輪葉片出水邊及上冠處加裝三角塊的方法,分析了不同尺寸三角塊對轉(zhuǎn)輪應(yīng)力以及流場特性的影響。主要研究內(nèi)容包括以下幾個(gè)部分:首先,保證三角塊L1 (三角塊與葉片出水邊相接邊)邊和L2 (三角塊與上冠相接邊)邊尺寸在滿足條件L1=L2下,通過對額定水頭額定出力和最大水頭額定出力工況下水輪機(jī)整個(gè)流道進(jìn)行定常數(shù)值模擬,研究表明轉(zhuǎn)輪應(yīng)力隨三角塊尺寸的增大而持續(xù)減小,且最大應(yīng)力轉(zhuǎn)移到了葉片出水邊與三角塊出水邊相接的轉(zhuǎn)角處。其次,將計(jì)算得到的最優(yōu)三角塊尺寸作為進(jìn)一步改善應(yīng)力的基礎(chǔ)尺寸,計(jì)算在三角塊L2不變,增加L1情況下,兩個(gè)工況下轉(zhuǎn)輪的應(yīng)力結(jié)果。研究表明轉(zhuǎn)輪最大應(yīng)力會隨著L1邊的增大而進(jìn)一步降低。綜合比較加裝不同尺寸三角塊對水輪機(jī)不同性能參數(shù)影響后,確定了最優(yōu)的三角塊尺寸約為L1/L2=2/1,L2約為轉(zhuǎn)輪直徑D1的5.7%,為轉(zhuǎn)輪葉片出水邊的10%,為葉片正面與上冠面交線的18%。其對水輪機(jī)的出力,效率,轉(zhuǎn)輪變形等影響較小;轉(zhuǎn)輪最大應(yīng)力值只有原先的40%左右。然后,根據(jù)某電站出現(xiàn)的在部分負(fù)荷工況下機(jī)組振動問題,計(jì)算了加裝最優(yōu)尺寸三角塊轉(zhuǎn)輪的應(yīng)力情況。得出三角塊在部分負(fù)荷仍然能有效地降低轉(zhuǎn)輪最大應(yīng)力,表明三角塊在水輪機(jī)不同的工況下都能改善轉(zhuǎn)輪應(yīng)力分布。最后,分別對不同工況下不同轉(zhuǎn)輪進(jìn)行全流道非定常計(jì)算,分析機(jī)組內(nèi)部的三維非定常流動特性。研究發(fā)現(xiàn)整體上轉(zhuǎn)輪和尾水管流域內(nèi)壓力脈動頻率基本不受三角塊影響,壓力脈動幅值變化在3%以內(nèi)。
[Abstract]:With the continuous improvement of the capacity and size of the Francis hydraulic unit, the stainless steel blade is relatively thin, the relative stiffness of the runner is decreased, and the operating conditions of the unit are complicated. The high stress concentration on the edge of the runner blade near the upper crown is an important factor causing cracks and even fracture of the runner. In order to improve the stress distribution of runner so as to reduce the crack of blade, this paper deals with the situation that cracks often occur in the blade near the outlet edge and the upper crown of the runner blade in a certain power station. The influence of different sizes of triangular blocks on the stress and flow field characteristics of runner blades is analyzed by adding triangle blocks to the outlet edge and upper crown of runner blades. The main research contents are as follows: first of all, Ensure that the dimensions of triangle block L1 (triangle block and blade outlet edge) edge and L 2 (triangle block and upper crown edge) edge are satisfied under the condition L1 / L 2, Through the steady numerical simulation of the whole runner of the turbine under the condition of rated water head rated force and maximum head rated force, the research shows that the runner stress decreases continuously with the increase of triangle block size. And the maximum stress is transferred to the corner where the blade outlet edge is connected with the triangular block outlet edge. Secondly, the calculated optimum triangle block size is taken as the basic dimension to further improve the stress, and the calculation is made under the condition that the triangle block L2 is invariant and the L1 is increased. The results of stress of the runner under two working conditions show that the maximum stress of the runner decreases further with the increase of the L1 side. The optimum size of triangle block is about L 1 / L 2 / 2 / L 2 is about 5.7 of runner diameter D1, 10 of runner blade water edge and 18 of the intersection line of blade front and upper crown. Its influence on turbine force, efficiency, wheel deformation and so on is relatively small, the results show that the optimum triangle block size is about L 1 / L 2 / 2 / L 2, about 5.7 of runner diameter D1, 10 of runner blade and 10 of water edge, and 18 of the intersection line between the front of the blade and the upper crown. The maximum stress of the runner is only about 40% of the original value. Then, according to the vibration problem of the unit under partial load conditions, The stress of the rotary wheel with the optimal size is calculated. It is concluded that the triangle block can effectively reduce the maximum stress of the runner under partial load, which indicates that the triangle block can improve the stress distribution of the runner under different working conditions of the turbine. The unsteady flow characteristics of three dimensional unsteady flow in the whole runner and draft tube basin are analyzed. The results show that the pressure pulsation frequency in the whole runner and draft tube basin is almost unaffected by the triangle block. The amplitude of pressure fluctuation varies within 3%.
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TV734

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本文編號：1644618