抽水蓄能電站在電力系統(tǒng)中承擔調峰填谷、緊急事故備用和定向服務等諸多功能,隨著我國能源結構的優(yōu)化和智能電網的發(fā)展,大規(guī)模發(fā)展抽水蓄能刻不容緩。與此同時,社會生產對抽水蓄能電站的性能要求愈來愈高,需對其核心部件水泵水輪機不斷改進。近年來,長短葉片轉輪得到廣泛應用,其在改善性能曲線、提高小流量與部分負荷工況的效率和穩(wěn)定性、降低壓力脈動、提高轉輪空化性能和可靠性等方面發(fā)揮了重要作用。對于長短葉片水泵水輪機這種復雜旋轉機械,其內部動靜干涉引起的非定常脈動現(xiàn)象是機組穩(wěn)定性的關鍵因素。為此,本文以國內某抽水蓄能電站長短葉片水泵水輪機模型為研究對象,基于CFD（計算流體力學）與FSI（流固耦合）數(shù)值計算技術結合相關試驗數(shù)據(jù)對泵工況動靜干涉及振動特性進行深入研究。選取不同流量、開度工況進行對比分析,獲得流量、開度變化對動靜干涉及振動的具體影響,為保障水泵水輪機機組的穩(wěn)定運行提供有效參考。主要研究內容如下:（1）模型外特性及內部流動分析:基于流體不可壓縮,針對9.8°、17.5°和24.8°開度進行全流場數(shù)值計算,獲得其外特性曲線并與試驗數(shù)據(jù)對比。選取各開度對應的0.75Q_d、1.0... 

【文章來源】：江蘇大學江蘇省

【文章頁數(shù)】：113 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

動靜干涉流場調制過程[16]

江蘇大學碩士學位論文3的勢流干涉（非粘滯性）和尾跡干涉（粘滯性）[16]，水輪機工況無葉區(qū)壓力場的干涉調制過程如圖1.1所示。Nicolet[8]對混流式水泵水輪機共振條件下的動靜干涉作用進行了一維水聲模擬，揭示了動靜干涉在蝸殼區(qū)域產生水聲共振振型與頻率特征，為全水聲模型模擬奠定基矗Tanaka[17]研究了水泵水輪機動靜干涉下的徑向振動模型，振動模式的節(jié)徑數(shù)k為：grnZkmZ，其中，gZ為導葉數(shù)量，rZ為葉片數(shù)，n與m為任意整數(shù)。圖1.2所示為20gZ、6rZ組合的動靜干涉示意圖，包括干涉相位變化及不同節(jié)徑數(shù)下的振動模式。(a)葉片與導葉干涉相位變化(b)不同節(jié)徑數(shù)k下的振動模式圖1.2無葉區(qū)動靜干涉示意圖[17]Fig.1.2Rotor-statorinteractioninthevanelessspaceEgusquiza等[18]通過監(jiān)控系統(tǒng)遠程監(jiān)測水輪機與水泵水輪機機組振動，得到寶貴的試驗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)水泵水輪機的振動級要比常規(guī)水輪機大得多，主要原因是水泵水輪機中動靜干涉影響較強，特別是在水輪機大負荷工況下，振動最為劇烈，另外詳細介紹了機組各類典型損壞特征及其頻率識別。Rodriguez等[19]采用傳感器隨軸旋轉的測量方法監(jiān)測水泵水輪機動靜干涉，避免了軸承響應帶來的測量影響，為監(jiān)測動靜干涉特性提供更為可靠的測量方法。Botero等[20]采用一種非侵入式測量方法監(jiān)測跟蹤水泵水輪機旋轉失速，識別旋轉失速下的頻率特征及動靜干涉特性，有望應用于全尺寸水泵水輪機實際運行中的狀態(tài)監(jiān)測。Yonezawa等[21]研究了離心式旋轉機械中的相位共振現(xiàn)象，對比分析了水泵工況與水輪機工況下的相位共振，揭示了動靜干涉方向與徑向速度脈動對相位共振的重要影響。Casartelli等[22]對水泵水輪機飛逸與甩負荷工況進行三維

長短葉片水泵水輪機泵工況下動靜干涉及振動特性研究102.2三維水體建模為方便網格劃分，利用Creo繪圖軟件，通過拉伸、掃描混合、切除材料等方式對蝸殼、固定導葉、活動導葉、轉輪和尾水管的水體分別進行三維建模，其全流道幾何模型如圖2.1(a)所示，其中定子域部分水體模型如圖2.1(b)-(e)所示，包括蝸殼、固定導葉、活動導葉和尾水管。旋轉域為轉輪水體，如圖2.1(f)所示。根據(jù)葉片各項設計參數(shù)，采用CFturbo軟件生成轉輪葉片，葉片布置形式為5長+5短，前后緣都進行倒圓處理，水體模型生成后，在三維軟件中與其余定子域水體組合安裝，固定轉輪水體在全局坐標下的位置，方便后續(xù)的網格劃分。(a)全流道幾何模型(b)蝸殼(c)固定導葉(d)活動導葉(e)尾水管(f)轉輪圖2.1全流道幾何模型Fig.2.1Fullflowpassagegeometricmodel

【參考文獻】：
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本文編號：3403972