混流式水轮机多工况运行转轮特性

TK730; 为提高水轮机运行性能,该研究首先采用SST k-ω湍流模型探讨混流式水轮机多工况运行转轮内流特性,并基于流固耦合方法研究0.35Qr,Qr(Qr为设计工况),1.09Qr工况下的结构场特性.量化分析三维流场速度、压力、涡流黏度、转轮等效应力与变形特征等参量,结果表明最大等效应力和最大变形量均随负荷增加而增大,且各工况下最大等效应力均出现在转轮叶片出水边靠近上冠处,最大变形量均产生在叶片出口边中间区域.0.35Qr、1.09Qr工况运行时水流在转轮进口的撞击产生轴向涡是涡流黏度、等效应力、变形量增加的主要原因,Qr工况最大等效应力大于0.35Qr工况,而小于 1.09Qr工况.叶片...

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Published in农业工程学报 Vol. 39; no. 8; pp. 95 - 102
Main Authors 毛秀丽, 陈星锟, 温国庆, 袁一凡, 任岩, 熊妍
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 西北农林科技大学水利与建筑工程学院,杨凌 712100 01.04.2023
西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室,杨凌712100%西北农林科技大学水利与建筑工程学院,杨凌 712100%华北水利水电大学能源与动力工程学院,郑州 450046%华电福新周宁抽水蓄能有限公司,宁德 352000
Subjects
流场特性
转轮
变形量
等效应力
混流式水轮机
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ISSN1002-6819
DOI10.11975/j.issn.1002-6819.202212194

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Abstract TK730; 为提高水轮机运行性能,该研究首先采用SST k-ω湍流模型探讨混流式水轮机多工况运行转轮内流特性,并基于流固耦合方法研究0.35Qr,Qr(Qr为设计工况),1.09Qr工况下的结构场特性.量化分析三维流场速度、压力、涡流黏度、转轮等效应力与变形特征等参量,结果表明最大等效应力和最大变形量均随负荷增加而增大,且各工况下最大等效应力均出现在转轮叶片出水边靠近上冠处,最大变形量均产生在叶片出口边中间区域.0.35Qr、1.09Qr工况运行时水流在转轮进口的撞击产生轴向涡是涡流黏度、等效应力、变形量增加的主要原因,Qr工况最大等效应力大于0.35Qr工况,而小于 1.09Qr工况.叶片与上冠连接处应力集中,且因连接位置约束性较强,其结构变形量较小.上冠处强约束使得叶片中心位置产生的变形量最大,进一步采用理论分析与数值模拟相结合的方法探讨不同材料转轮性能,研究表明Q345 材料转轮的湿模态频率下降率最高,最大下降率为24.5％.Q345的湿模态频率下降率大于ZG00Cr13Ni5Mo,因此使用Q345材料时应充分考虑流体阻尼效应.各材料转轮临界转速均远高于水轮机工作转速,不会引发共振,Q345 和 1Cr18Ni9Ti的转轮抗变形能力最强,但Q345转轮质量相对1Cr18Ni9Ti转轮较轻,Q345更适用于制造转轮.不同材料转轮的等效应力、变形量等静力学特性分布规律相同,且转轮具有相同的模态振型,故相关研究成果可推广至其他常用材料,为水轮机设计及运行提供一定的参考与指导.
AbstractList TK730; 为提高水轮机运行性能,该研究首先采用SST k-ω湍流模型探讨混流式水轮机多工况运行转轮内流特性,并基于流固耦合方法研究0.35Qr,Qr(Qr为设计工况),1.09Qr工况下的结构场特性.量化分析三维流场速度、压力、涡流黏度、转轮等效应力与变形特征等参量,结果表明最大等效应力和最大变形量均随负荷增加而增大,且各工况下最大等效应力均出现在转轮叶片出水边靠近上冠处,最大变形量均产生在叶片出口边中间区域.0.35Qr、1.09Qr工况运行时水流在转轮进口的撞击产生轴向涡是涡流黏度、等效应力、变形量增加的主要原因,Qr工况最大等效应力大于0.35Qr工况,而小于 1.09Qr工况.叶片与上冠连接处应力集中,且因连接位置约束性较强,其结构变形量较小.上冠处强约束使得叶片中心位置产生的变形量最大,进一步采用理论分析与数值模拟相结合的方法探讨不同材料转轮性能,研究表明Q345 材料转轮的湿模态频率下降率最高,最大下降率为24.5％.Q345的湿模态频率下降率大于ZG00Cr13Ni5Mo,因此使用Q345材料时应充分考虑流体阻尼效应.各材料转轮临界转速均远高于水轮机工作转速,不会引发共振,Q345 和 1Cr18Ni9Ti的转轮抗变形能力最强,但Q345转轮质量相对1Cr18Ni9Ti转轮较轻,Q345更适用于制造转轮.不同材料转轮的等效应力、变形量等静力学特性分布规律相同,且转轮具有相同的模态振型,故相关研究成果可推广至其他常用材料,为水轮机设计及运行提供一定的参考与指导.
Author 袁一凡
陈星锟
温国庆
毛秀丽
熊妍
任岩
AuthorAffiliation 西北农林科技大学水利与建筑工程学院,杨凌 712100;西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室,杨凌712100%西北农林科技大学水利与建筑工程学院,杨凌 712100%华北水利水电大学能源与动力工程学院,郑州 450046%华电福新周宁抽水蓄能有限公司,宁德 352000
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YUAN Yifan
CHEN Xingkun
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