基于大渦模擬的混流式水輪機(jī)尾水管水力振動(dòng)研究.pdf

1、隨著巨型水力發(fā)電機(jī)組的廣泛應(yīng)用，混流式水輪機(jī)尾水管水力振動(dòng)又一次得到關(guān)注，由偏心的渦帶以及低壓中心周期性撞擊尾水管壁而產(chǎn)生的水力振動(dòng)不僅僅對(duì)水輪機(jī)產(chǎn)生破壞，嚴(yán)重的振動(dòng)甚至產(chǎn)生廠房墻體裂紋，影響電力安全生產(chǎn)。目前，準(zhǔn)確、快速、經(jīng)濟(jì)的數(shù)值模擬方法可以對(duì)機(jī)組尾水管水力振動(dòng)做出正確的預(yù)測(cè)，并將成為解決尾水管水力振動(dòng)的關(guān)鍵。在過(guò)去的大部分時(shí)間里，對(duì)流體機(jī)械的模擬都是基于k-ε模型的，而對(duì)于真正適合其內(nèi)部流動(dòng)的大渦模型，研究相對(duì)較少，到目前為止，國(guó)

2、內(nèi)外還沒(méi)有利用數(shù)值模擬方法對(duì)水輪機(jī)在綜合特性曲線范圍內(nèi)的多工況點(diǎn)進(jìn)行模擬，因此，有必要通過(guò)模型綜合特性曲線上不同工況點(diǎn)，驗(yàn)證大渦模擬在尾水管水力振動(dòng)上的模擬精度以及正確性。 本文通過(guò)對(duì)水平截面上沿著直徑分布的測(cè)點(diǎn)的壓力測(cè)量，得到了不同半徑處壓力振幅的分布規(guī)律，并對(duì)比同一半徑上，不同高度的測(cè)點(diǎn)的壓力，得到壓力隨高度變化的規(guī)律。通過(guò)對(duì)部分負(fù)荷以及超負(fù)荷時(shí)，接近尾水管壁的測(cè)點(diǎn)得到的壓力進(jìn)行比較，驗(yàn)證了部分負(fù)荷下存在比較嚴(yán)重的水力振動(dòng)，

3、在所有模擬工況中，其中最嚴(yán)重的相對(duì)振幅高達(dá)10％，低壓中心的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率為水輪機(jī)轉(zhuǎn)速的1/3-1/4。而在超負(fù)荷下，可以明顯發(fā)現(xiàn)，尾水管內(nèi)低壓中心與部分負(fù)荷下有著顯著的區(qū)別。在超負(fù)荷工況下，低壓中心轉(zhuǎn)速接近轉(zhuǎn)輪頻率，且其中心位置與尾水管中心接近，在就使得低壓中心不易于撞擊尾水管壁，從而使得尾水管上不出現(xiàn)大的壓力振動(dòng)。這與實(shí)驗(yàn)結(jié)果是一致的。 對(duì)壓力振動(dòng)進(jìn)行了系統(tǒng)化研究，對(duì)三個(gè)不同單位轉(zhuǎn)速下的工況點(diǎn)進(jìn)行了系統(tǒng)模擬，其中每個(gè)單位轉(zhuǎn)速下包含

4、了10個(gè)導(dǎo)葉開(kāi)度。通過(guò)對(duì)這些工況點(diǎn)的模擬，旨在揭示尾水管壁上的最大振幅與水頭，導(dǎo)葉開(kāi)度的關(guān)系。對(duì)模型實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬結(jié)果的比較得出，導(dǎo)葉開(kāi)度對(duì)調(diào)節(jié)機(jī)組振動(dòng)有著更加關(guān)鍵的作用。無(wú)論機(jī)組運(yùn)行在什么水頭下，越大的導(dǎo)葉開(kāi)度總是對(duì)應(yīng)著越小的振動(dòng)。 通過(guò)對(duì)模型綜合特性曲線上多組工況點(diǎn)的模擬，得出大渦模擬在部分負(fù)荷，滿負(fù)荷以及超負(fù)荷的大部分區(qū)域都可以很好的對(duì)尾水管水力振動(dòng)做出準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)，無(wú)論是內(nèi)部特性還是外部特性都很好的與實(shí)驗(yàn)吻合。但是在小