燈泡貫流式水輪機空化性能的研究.pdf

1、低水頭資源是近年來我國水電開發(fā)的重點，而貫流式機組開發(fā)又是其中很重要的組成部分。貫流式水輪機因其過流量大，轉(zhuǎn)速高，效率高，且高效區(qū)寬，結(jié)構(gòu)緊湊，布置簡單等優(yōu)點成為開發(fā)低水頭水能資源的一種最經(jīng)濟、適宜的水輪機型式?？栈且环N復(fù)雜的多相流現(xiàn)象，對于運行中的燈泡貫流式水輪機而言，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重，并且水中顆粒的存在大大增加了空化的發(fā)生機率，使某些位置極容易發(fā)生空化，產(chǎn)生空蝕；在貫流式水輪機尾

2、水管所產(chǎn)生的渦帶會引起機組的劇烈振動及壓力脈動的變化，這些一直都是業(yè)內(nèi)關(guān)注的熱點，這不僅會使機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。本文把活動導(dǎo)葉、轉(zhuǎn)輪、尾水管和過流通道作為耦合整體來考慮，對燈泡貫流式水輪機進行了全三維內(nèi)部流場定常、非定常數(shù)值計算，對燈泡貫流式水輪機空化性能進行了分析計算。得出了一些結(jié)論并提出了一些建議，可作為水輪機優(yōu)化設(shè)計及電站運行的參考和依

3、據(jù)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴對空化流動理論及其數(shù)值求解方法進行了較為系統(tǒng)的總結(jié)和闡述。⑵采用Pro/E三維實體造型技術(shù)，對燈泡貫流式水輪機活動導(dǎo)葉、轉(zhuǎn)輪、尾水管和過流通道進行實體建模，采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格與結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格相結(jié)合對其進行網(wǎng)格劃分。⑶在模型試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，分析計算了真機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。得出了當水輪機達到臨界空化系數(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，使流道內(nèi)流場結(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分析計算了偏離額定工況下貫流式水輪機在尾水管內(nèi)發(fā)生柱狀渦帶的復(fù)雜流動，對不同的空化系數(shù)下渦帶的形態(tài)變化和壓力脈動特點進行了分析計算。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的情況；探討了不同的空化系數(shù)下壓力脈動的變化及傳播規(guī)律。⑸分析計算了不同葉頂