【摘要】：混流式水輪機(jī)在低負(fù)荷工況下運(yùn)行時(shí),尾水管內(nèi)出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)的偏心渦帶,會(huì)引起強(qiáng)烈的壓力脈動(dòng)和振動(dòng),嚴(yán)重威脅廠房的安全。為了使機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行,該文提出了一種通過(guò)從上冠泄水錐引入高壓補(bǔ)水的方法來(lái)降低尾水管的不穩(wěn)定性。該文首先采用商業(yè)軟件CFX16.0,對(duì)某電站混流式水輪機(jī)在低負(fù)荷工況下進(jìn)行了可靠而準(zhǔn)確的全三維非定常數(shù)值模擬,結(jié)果表明在該工況下尾水管內(nèi)部存在明顯的偏心渦帶,并伴隨著振幅較大的壓力脈動(dòng),這與試驗(yàn)結(jié)果相吻合。其次,對(duì)該工況下不同補(bǔ)水流量進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算,研究表明:尾水管內(nèi)補(bǔ)高壓水可以有效降低尾水管內(nèi)部的流動(dòng)損失,且隨著補(bǔ)水量的增加而越小,但過(guò)大的補(bǔ)水量會(huì)引起葉片正背面壓力的降低,影響水輪機(jī)的空化性能,故補(bǔ)水量的大小必須綜合考慮;主軸中心孔高壓補(bǔ)水可以增加轉(zhuǎn)輪出口的軸向速度,從而改變渦帶內(nèi)速度場(chǎng)的分布,可有效消除回流現(xiàn)象,當(dāng)補(bǔ)水流量過(guò)小時(shí),抑制回流作用不明顯;當(dāng)補(bǔ)水量為進(jìn)口流量1%時(shí),尾水管內(nèi)部壓力脈動(dòng)振幅變化不大,改善效果不明顯;當(dāng)補(bǔ)水量為進(jìn)口流量3%時(shí),尾水管內(nèi)部渦帶由雙螺旋變成單螺旋,錐管段壓力脈動(dòng)振幅不減反增,不穩(wěn)定性有所加劇;當(dāng)補(bǔ)水量為進(jìn)口流量5%時(shí),尾水管內(nèi)部壓力脈動(dòng)振幅從18.4%降低至1.63%,同時(shí)改變了壓力脈動(dòng)的主頻,使其遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)輪主頻,避免發(fā)生共振,提高了機(jī)組的穩(wěn)定性。
[Abstract]:When Francis turbine is operated under low load condition, rotating eccentric vortex belt appears in draft pipe, which will cause strong pressure pulsation and vibration, and seriously threaten the safety of factory building. In order to make the unit run stably, this paper presents a method to reduce the instability of draft pipe by introducing high pressure replenishment water from the top crown discharge cone. In this paper, a reliable and accurate three-dimensional unsteady numerical simulation of a Francis turbine in a power station under low load condition is carried out by using commercial software CFX16.0,. The results show that there is an obvious eccentric vortex band in the draft pipe under this condition. The pressure fluctuation with larger amplitude is in good agreement with the experimental results. Secondly, the numerical simulation of different recharge flow rates under this condition is carried out. The results show that high pressure water replenishment in draft tube can effectively reduce the flow loss in draft pipe, and the smaller the flow loss is with the increase of water supply, the smaller the flow loss in the draft pipe is. However, excessive recharge will reduce the pressure on the positive back of the blade and affect the cavitation performance of the turbine. Therefore, the amount of water replenishment must be considered comprehensively. High pressure recharge of the central hole of the spindle can increase the axial velocity at the outlet of the runner, thus changing the distribution of the velocity field in the vortex belt and effectively eliminating the reflux phenomenon. When the recharge flow rate is too small, the refluxing inhibition effect is not obvious. When the inlet flow rate is 1%, the amplitude of pressure fluctuation in the draft pipe does not change much, and the improvement effect is not obvious. When the inlet flow rate is 3%, the vortex band in the draft pipe changes from double helix to single helix, and the amplitude of pressure fluctuation in the cone section increases, and the instability increases. When the inlet flow rate is 5%, the pressure fluctuation amplitude in the draft pipe decreases from 18.4% to 1.63%. At the same time, the main frequency of the pressure fluctuation is changed so that it is far away from the main frequency of the runner, so as to avoid resonance and improve the stability of the unit.
【作者單位】： 西安理工大學(xué)水利水電學(xué)院;
【基金】：國(guó)家自然科學(xué)基金(51679195,51339005,51379174)
【分類號(hào)】：TK733.1

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本文編號(hào)：2445682