渔子溪电站水轮机小开度工况流动及转轮内叶道涡分析
由于电网调节的需求，目前大多水轮机组不可避免的在偏工况下运行，而水轮机在偏工况条件下运行时，往往因活动导叶开度小，转轮进口的攻角变大，在进口处产生回流和二次流导致叶道涡的产生。当水轮机转轮出现叶道涡时常会引发机组水力振动，进而影响电站的安全运行。 本研究对渔子溪电站长短叶片混流式水轮机偏工况（小开度工况）运行下的内部流动特性，采用CFD技术进行数值模拟及结果分析。通过小开度下非转轮区的流动情况和转轮内的流线分布、速度分布、湍动能分布以及涡量图和发生叶道涡工况时的压力脉动等，研究小开度下水轮机转轮内流动情况及叶道涡。 主要研究内容和结论如下： （1）根据渔子溪电站混流式水轮机设计资料，建立计算三维几何模型和水体模型，并对所有过流部件进行三维网格划分。 （2）采用SST k-ω湍流模型，对水轮机小开度工况进行全流道的定常和非定常流动计算。根据计算结果分析转轮域内的叶道涡特性；通过非定常计算分析转轮区产生叶道涡时的压力脉动情况。 （3）水轮机小开度工况转轮内部流态计算结果表明：随着开度的降低，转轮叶片进口边出现漩涡的流道越来越多且有些漩涡几乎占据整个流道。在流线图中出现漩涡的位置与涡量图中高涡量区对应。在小开度下，转轮内部存在两种形态的叶道涡，一种贯穿整个流道的叶道涡，第二种是短片出口靠近上冠处产生从长叶片出口边中部流出的叶道涡。同时转轮短叶片出口边易出现漩涡且该处湍动能也是转轮内部较高的区域。 （4）水轮机小开度工况下非转轮区内流态计算结果表明：在小开度工况下，蜗壳和导叶内流态良好；尾水管直锥段出现流动分离现象，造成较大的水力损失。 （5）水轮机小开度工况转轮内部压力脉动计算结果表明：动静干涉对水轮机过流部件压力脉动影响较大，除尾水管外其余过流部件主频均为15倍转频。尾水管因为尾水涡的影响，主频为0.6倍转频。
水轮机;小开度工况;流动特性;叶道涡
西华大学
硕士
动力工程及工程热物理
瞿正伟;刘小兵
2022
中文
TK730.7
2022-11-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）