發(fā)布時(shí)間：2020-07-26 08:02

【摘要】：混流式水輪機(jī)是重要的水力發(fā)電設(shè)備,其復(fù)雜多變的內(nèi)部流態(tài)是造成機(jī)組振動(dòng)的原因之一,而尾水管作為水輪機(jī)的出水部件,管內(nèi)流態(tài)的平穩(wěn)對(duì)于機(jī)組安全正常運(yùn)行有著積極的影響。本文采用SST湍流模型對(duì)某混流式模型水輪機(jī)進(jìn)行了全流道三維定常與非定常模擬。針對(duì)尾水管中的復(fù)雜流態(tài),本文提出了三種改善措施,分別是泄水錐軸向加長(zhǎng)、主軸中心孔補(bǔ)水、彎肘段安裝導(dǎo)流板。為了研究三種改善措施在不同的水輪機(jī)運(yùn)行工況起到的尾水管流態(tài)改善效果,本文選擇了最優(yōu)工況點(diǎn),小流量工況點(diǎn),大流量工況點(diǎn),部分負(fù)荷工況點(diǎn)與高水頭工況點(diǎn)等作為計(jì)算工況點(diǎn),并且依據(jù)泄水錐的加長(zhǎng)長(zhǎng)度、主軸中心孔補(bǔ)水的補(bǔ)水量、彎肘段有無(wú)安裝導(dǎo)流板,設(shè)定了不同的計(jì)算方案。根據(jù)選擇的工況與設(shè)定的方案,利用CFD模擬方法對(duì)各種方案進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算,分析了不同的改善措施在不同工況下尾水管流線的平穩(wěn)程度,尾水管渦流粘度的強(qiáng)弱,尾水管各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓力脈動(dòng)幅值與頻率的變化以及每個(gè)工況下采用不同尾水管改善措施后水輪機(jī)效率變化的情況。數(shù)值計(jì)算表明:(1)泄水錐加長(zhǎng)在最優(yōu)工況與高水頭工況下對(duì)尾水管流態(tài)影響不是特別明顯,只對(duì)尾水管局部流體起到微弱改善效果;在部分負(fù)荷工況與小流量工況下,泄水錐加長(zhǎng)可以改善尾水管流態(tài),有效地降低了直錐段和彎肘段由偏心渦帶引起的壓力脈動(dòng)幅值,從而對(duì)機(jī)組減振有了積極的影響;根據(jù)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的壓力脈動(dòng)減小的幅度來(lái)說(shuō),該水輪機(jī)將泄水錐加長(zhǎng)至與轉(zhuǎn)輪下環(huán)齊平的位置效果最佳。(2)主軸中心孔補(bǔ)水在考慮補(bǔ)水量引起的容積損失時(shí),在最優(yōu)工況下隨補(bǔ)水量的增加水輪機(jī)效率近似呈線性規(guī)律下降,說(shuō)明過(guò)多的補(bǔ)水量會(huì)減小機(jī)組的出力。經(jīng)分析尾水管在不同補(bǔ)水量下的橫截面壓力、各監(jiān)測(cè)面的渦流粘度、尾水管空腔渦帶,得出在不同的工況合理補(bǔ)水量也不相同,很多工況的合理補(bǔ)水量都要超過(guò)2.0%Q,補(bǔ)水量太小起不到補(bǔ)水效果,補(bǔ)水量太大會(huì)影響機(jī)組效率,總體而言當(dāng)補(bǔ)水量Qad=2.0%Q時(shí)達(dá)到補(bǔ)水效果。從最優(yōu)工況與部分負(fù)荷工況的未補(bǔ)水與補(bǔ)水Qad=2.0%Q兩方案非定常計(jì)算結(jié)果中,也發(fā)現(xiàn)當(dāng)補(bǔ)水量Qad=2.0%Q時(shí)部分負(fù)荷工況下的尾水管各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓力脈動(dòng)幅值都有不同程度的降低,而在最優(yōu)工況時(shí)壓力脈動(dòng)變化幅度不明顯。(3)部分負(fù)荷工況下尾水管彎肘段安裝導(dǎo)流板后對(duì)彎肘段與擴(kuò)散段的水流有穩(wěn)流效果,對(duì)直錐段的渦帶有微小的減弱作用,水輪機(jī)的效率變化不是很明顯,不會(huì)影響正常的機(jī)組出力。綜上,三種改善措施都對(duì)尾水管的局部流態(tài)起到改善效果;當(dāng)機(jī)組在部分負(fù)荷工況運(yùn)行時(shí),可以采取加長(zhǎng)泄水錐,彎肘段安裝導(dǎo)流板以及選用合理的補(bǔ)水量進(jìn)行主軸中心孔補(bǔ)水都可以改善尾水管流態(tài),降低壓力脈動(dòng)幅值,這對(duì)機(jī)組的穩(wěn)定性有著重要意義。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TK733.1
【圖文】：

圖 2-1 蝸殼模型 圖 2-2 蝸殼網(wǎng)格單元圖Fig.2-1 spiral model Fig.2-2 spiral grid diagram水流在蝸殼內(nèi)不僅圍繞蝸殼作圓周運(yùn)動(dòng)，還向著水輪機(jī)軸心作徑向運(yùn)動(dòng)，使得水且軸對(duì)稱的進(jìn)入導(dǎo)葉流道內(nèi)，導(dǎo)葉均布在蝸殼與轉(zhuǎn)輪之間的環(huán)形空間中，當(dāng)導(dǎo)葉圍的中軸線旋轉(zhuǎn)一定的角度時(shí)，意味著導(dǎo)葉開(kāi)度發(fā)生了相應(yīng)變化，從而改變了水輪機(jī)和出力。計(jì)算不同的工況得選擇不同的導(dǎo)葉開(kāi)度，圖 2-3 與 2-4 分別是導(dǎo)葉模型（定導(dǎo)葉與活動(dòng)導(dǎo)葉）與網(wǎng)格單元圖。圖 2-3 導(dǎo)葉模型 圖 2-4 導(dǎo)葉網(wǎng)格單元圖Fig.2-3 guide vane model Fig.2-4 guide vane grid diagram水流通過(guò)導(dǎo)葉機(jī)構(gòu)獲得必要的水流方向和速度后進(jìn)入轉(zhuǎn)輪，水流進(jìn)入轉(zhuǎn)輪后，

圖 2-1 蝸殼模型 圖 2-2 蝸殼網(wǎng)格單元圖Fig.2-1 spiral model Fig.2-2 spiral grid diagram水流在蝸殼內(nèi)不僅圍繞蝸殼作圓周運(yùn)動(dòng)，還向著水輪機(jī)軸心作徑向運(yùn)動(dòng)，使得水且軸對(duì)稱的進(jìn)入導(dǎo)葉流道內(nèi)，導(dǎo)葉均布在蝸殼與轉(zhuǎn)輪之間的環(huán)形空間中，當(dāng)導(dǎo)葉圍的中軸線旋轉(zhuǎn)一定的角度時(shí)，意味著導(dǎo)葉開(kāi)度發(fā)生了相應(yīng)變化，從而改變了水輪機(jī)和出力。計(jì)算不同的工況得選擇不同的導(dǎo)葉開(kāi)度，圖 2-3 與 2-4 分別是導(dǎo)葉模型（定導(dǎo)葉與活動(dòng)導(dǎo)葉）與網(wǎng)格單元圖。圖 2-3 導(dǎo)葉模型 圖 2-4 導(dǎo)葉網(wǎng)格單元圖Fig.2-3 guide vane model Fig.2-4 guide vane grid diagram水流通過(guò)導(dǎo)葉機(jī)構(gòu)獲得必要的水流方向和速度后進(jìn)入轉(zhuǎn)輪，水流進(jìn)入轉(zhuǎn)輪后，

機(jī)的運(yùn)行過(guò)程，圖 2-1 為蝸殼的幾何模型。依據(jù)建好的幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格計(jì)劃，完整的蝸殼網(wǎng)格單元圖。圖 2-1 蝸殼模型 圖 2-2 蝸殼網(wǎng)格單元圖Fig.2-1 spiral model Fig.2-2 spiral grid diagram水流在蝸殼內(nèi)不僅圍繞蝸殼作圓周運(yùn)動(dòng)，還向著水輪機(jī)軸心作徑向運(yùn)動(dòng)，使得水且軸對(duì)稱的進(jìn)入導(dǎo)葉流道內(nèi)，導(dǎo)葉均布在蝸殼與轉(zhuǎn)輪之間的環(huán)形空間中，當(dāng)導(dǎo)葉圍的中軸線旋轉(zhuǎn)一定的角度時(shí)，意味著導(dǎo)葉開(kāi)度發(fā)生了相應(yīng)變化，從而改變了水輪機(jī)和出力。計(jì)算不同的工況得選擇不同的導(dǎo)葉開(kāi)度，圖 2-3 與 2-4 分別是導(dǎo)葉模型（定導(dǎo)葉與活動(dòng)導(dǎo)葉）與網(wǎng)格單元圖。

【相似文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2770505