1000MW混流式水轮机压力脉动分析

1000MW混流式水轮机压力脉动分析

随着能源工业的发展,随着工艺技术的日趋成熟,中国水电工业已进入电网峰值高、机组装机容量大、集成网络化管理的蓬勃发展时期。目前在建的白鹤滩电站建成后,单机容量将超过百万千瓦,总装机容量将位列三峡电站之后,成为国内第二大水电站。

受运行条件的限制及电网实际需求的不同,混流式水轮机经常要在偏离设计工况下运行,由此引起的运行不稳定问题一直是行业研究的重点课题。作为考核水轮机稳定性的重要衡量标准,压力脉动性能也就成为研究的重点。

本课题正是基于白鹤滩电站的模型混流式水轮机,利用数值模拟的手段,对不同单位转速,不同开度的工况进行非定常数值模拟,详细分析内部流动机理,得到压力脉动的特性及其在全流道内的传播规律,并得到转速及开度的变化对压力脉动的具体影响,主要研究内容如下:（1）在同一开度（a₀=8.47mm）不同单位转速下,针对不同工况点进行非定常计算,找出各流域内压力脉动的主频、次频、二次频等,对各频率相关性进行分析,研究各流域内压力脉动特性及沿流向的传播规律,并对比各工况得出转轮转速对压力脉动幅值及频率的影响规律;（2）在同一单位转速(n₁₁=5 8.8 r/min)下,改变活动导叶开度,针对不同工况点进行非定常数值模拟,得出各流域压力脉动特性,并得到压力脉动沿全流道进行传播的变化规律,探究导叶开度对压力脉动峰值及主要频率的影响规律,结合计算得到的速度场、压力场及涡量场,分析各流域内的压力脉动源的产生机理。（3）在变流量工况下,得到各流域内压力脉动连续变化趋势,结合所得到流场分析该工况下的流动状态,并与定流量工况进行比较,分析压力脉动特性的异同。

本文的研究结果表明,压力脉动主要频率受导叶开度及转轮转速的影响,在全流道内既向上游传播又向下游传播,并沿途衰减或增加。小开度时,随转速增加,压力脉动幅值整体增加。

在小开度下,低转速及高转速时表现为尾水涡带的低频压力脉动,中转速下表现为无叶区转轮叶片通过频率。而在大开度下,压力脉动的幅值整体减小,这表明开度减小,压力脉动特性逐渐明显,脉动程度更剧烈。

在变流量下,流量的持续增加使全流道内压力脉动的振幅发生巨大改变,显著高于同开度同转速下的定流量工况。