燈泡貫流式水輪機(jī)空化性能的研究.pdf

1、低水頭資源是近年來(lái)我國(guó)水電開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)，而貫流式機(jī)組開(kāi)發(fā)又是其中很重要的組成部分。貫流式水輪機(jī)因其過(guò)流量大，轉(zhuǎn)速高，效率高，且高效區(qū)寬，結(jié)構(gòu)緊湊，布置簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)成為開(kāi)發(fā)低水頭水能資源的一種最經(jīng)濟(jì)、適宜的水輪機(jī)型式。空化是一種復(fù)雜的多相流現(xiàn)象，對(duì)于運(yùn)行中的燈泡貫流式水輪機(jī)而言，其葉片很容易遭到空蝕的破壞，尤其是靠近縫隙處，其邊壁空蝕作用較為嚴(yán)重，并且水中顆粒的存在大大增加了空化的發(fā)生機(jī)率，使某些位置極容易發(fā)生空化，產(chǎn)生空蝕；在貫流式水輪機(jī)尾

2、水管所產(chǎn)生的渦帶會(huì)引起機(jī)組的劇烈振動(dòng)及壓力脈動(dòng)的變化，這些一直都是業(yè)內(nèi)關(guān)注的熱點(diǎn)，這不僅會(huì)使機(jī)組的能量特性及空化特性發(fā)生劇烈變化，大幅度降低燈泡貫流式水輪機(jī)的水力性能，而且在很大程度上威脅著水電站安全穩(wěn)定性。本文把活動(dòng)導(dǎo)葉、轉(zhuǎn)輪、尾水管和過(guò)流通道作為耦合整體來(lái)考慮，對(duì)燈泡貫流式水輪機(jī)進(jìn)行了全三維內(nèi)部流場(chǎng)定常、非定常數(shù)值計(jì)算，對(duì)燈泡貫流式水輪機(jī)空化性能進(jìn)行了分析計(jì)算。得出了一些結(jié)論并提出了一些建議，可作為水輪機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)及電站運(yùn)行的參考和依

3、據(jù)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴對(duì)空化流動(dòng)理論及其數(shù)值求解方法進(jìn)行了較為系統(tǒng)的總結(jié)和闡述。⑵采用Pro/E三維實(shí)體造型技術(shù)，對(duì)燈泡貫流式水輪機(jī)活動(dòng)導(dǎo)葉、轉(zhuǎn)輪、尾水管和過(guò)流通道進(jìn)行實(shí)體建模，采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格與結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格相結(jié)合對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分。⑶在模型試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，分析計(jì)算了真機(jī)在額定水頭下的能量特性和不同空化系數(shù)下的能量特性。得出了當(dāng)水輪機(jī)達(dá)到臨界空化系數(shù)后，含有汽體的空泡附著在葉片表面，流道內(nèi)氣泡的發(fā)生、發(fā)展、破滅干擾了水流的

4、正常流動(dòng)，使流道內(nèi)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大的變化，降低了葉輪的做功能力，水輪機(jī)的效率迅速降低。轉(zhuǎn)輪內(nèi)空化區(qū)域主要發(fā)生在葉片背面輪緣靠近出水邊處位置和葉片背面輪轂間隙處。⑷分析計(jì)算了偏離額定工況下貫流式水輪機(jī)在尾水管內(nèi)發(fā)生柱狀渦帶的復(fù)雜流動(dòng)，對(duì)不同的空化系數(shù)下渦帶的形態(tài)變化和壓力脈動(dòng)特點(diǎn)進(jìn)行了分析計(jì)算。得出了隨著空化系數(shù)的降低，柱狀空化渦帶的發(fā)展變化規(guī)律和尾水管壓力脈動(dòng)的情況；探討了不同的空化系數(shù)下壓力脈動(dòng)的變化及傳播規(guī)律。⑸分析計(jì)算了不同葉頂