一种基于流量变化对水轮机中转轮内叶道涡产生影响的分析方法技术

本发明专利技术涉及一种基于流量变化对水轮机中转轮内叶道涡产生影响的分析方法，属于水轮机技术领域。根据转轮转速与单位转速、真机导叶开度与模型机导叶开度之间进行换算求得单位转速n

【技术实现步骤摘要】
一种基于流量变化对水轮机中转轮内叶道涡产生影响的分析方法


[0001]本专利技术涉及一种基于流量变化对水轮机中转轮内叶道涡产生影响的分析方法，属于水轮机


技术介绍

[0002]由于转轮内部流动的复杂性，已有大量学者对其流动过程进行相关研究，叶道涡产生的机理是混流式水轮机偏离最优工况运行时，由于叶片进口冲角过大出现的撞击、二次流和回流而产生的，是一种在叶片靠近上冠进口处出现的脱流旋涡现象，涡流从叶道间下泄，有时甚至一直流入尾水管。因此，叶道涡的初生部位(涡端)是上冠靠近叶片进口处，下端通向尾水管，流出叶道时不与叶片表面接触。在流量变化过程中，会产生叶道涡这种水力不稳定现象，使得叶片壁面上的压力脉动幅值更大，频谱构成也更加繁杂，容易诱发低频异常振动、在转轮和其他过流部件上产生动应力，致使发生疲劳破坏，严重时甚至导致叶片局部开裂或断裂、直至危害机组的稳定运行。所以应用数值仿真方法，去模拟并分析转轮中叶道涡的初生、形成、发展对机组的影响，希望通过分析可以对实际工程中叶片的保护，水电站中机组的稳定运行起到指导作用。

技术实现思路

[0003]针对上述现有技术存的问题及不足，本专利技术提供一种基于流量变化对水轮机中转轮内叶道涡产生影响的分析方法。本专利技术通过以下技术方案实现。
[0004]一种基于流量变化对水轮机中转轮内叶道涡产生影响的分析方法，其具体步骤包括：
[0005]步骤1、根据转轮转速与单位转速、真机导叶开度与模型机导叶开度之间进行换算求得单位转速n
11
和模型机导叶开度α
m
，换算公式如下：
[0006][0007][0008]式中n
‑
转速，r/min；n
11
‑
单位转速，r/min；H
‑
水头，m；D1‑
真机转轮出口直径，m；D
1m
‑
模型机转轮出口直径；Q
‑
流量，m3/s；Q
11
‑
单位流量，m3/s；α
‑
真机导叶开度，mm；α
m
‑
模型机导叶开度，mm；Z
‑
真机活动导叶叶片数量；Z
m
‑
模型机活动导叶叶片数量；
[0009]步骤2、根据步骤1换算得到的单位转速n
11
和模型机导叶开度α
m
，根据水轮机模型特征曲线图确定各工况点的信息单位流量Q
11
和水轮机效率η，然后根据公式(3)求得该工况点流量Q，公式(3)如下：
[0010][0011]式中Q
‑
流量，m3/s；Q
11
‑
单位流量，m3/s；
[0012]步骤3、将步骤2得到的各工况点的信息单位流量Q
11
和水轮机效率η以及求得的该工况点流量Q调用流体动力学模块获得水轮机全流道的流场分布；
[0013]步骤4、在t＝1/3T0、t＝2/3T0、t＝T0时刻，将步骤3得到的水轮机全流道的流场分布选取其中的Q准则图像，并通过调整的Q准则等值面值的大小使得到的叶道涡最清晰，在最为清晰图像上分析该形状叶道涡产生的影响，其中T0为水轮机转轮旋转一周所耗费的时间。
[0014]所述步骤3流体动力学模块采用Fluent模拟，控制方程在空间上采用有限体积法进行离散，时间上采用二阶全隐式格式。并利用雷诺时均模型中的剪应力输运模型，即(SST)k
‑
ω湍流模型执行湍流计算，采用水作为流动介质，在流过水轮机全流道时认为流体是不可压缩且保持恒温。
[0015]本专利技术没有定义的标号为本领域技术人员公知的标号含义。
[0016]本专利技术的有益效果是：
[0017]通过基于流量变化对水轮机叶道涡产生影响的分析方法得知实际工程中造成叶片局部开裂或断裂、水电站中机组的不稳定运行的原因。不稳定运行的原因很可能是流量变化过程中叶道涡的产生引发的低频振动，和在叶片上产生动应力导致的。所以本专利技术通过对基于流量变化对水轮机中转轮内叶道涡产生影响进行分析，通过对实际工程中叶片的保护，对水电站中机组的稳定运行起到指导作用。
附图说明
[0018]图1是本专利技术水轮机模型特征曲线图；
[0019]图2是本专利技术工况点信息真机导叶开度(α)的物理意义；
[0020]图3是本专利技术不同工况下叶道内叶道涡形状变化图；
[0021]图4是本专利技术不同工况下转轮内叶道涡形状变化图。
具体实施方式
[0022]下面结合附图和具体实施方式，对本专利技术作进一步说明。
[0023]实施例1
[0024]本实施例中水轮机真机型号为HLA551
‑
LJ
‑
43，该型号水轮机设计流量Q为0.7m3/s，选取n＝600r/min下，攻角分别为8
°
、16
°
、24
°
、32
°
的工况点进行瞬态计算，选取的工况点依次记为工况点A，工况点B，工况点C和工况点D。
[0025]根据攻角分别为8
°
、16
°
、24
°
、32
°
，通过图2中工况点信息真机导叶开度(α)的物理意义，量取α分别为13.5mm、26.17mm、38.05mm、48.74mm。
[0026]H＝10m，D1＝0.43m，D
1m
＝0.35m，Z＝24，Z
m
＝16。
[0027]该基于流量变化对水轮机中转轮内叶道涡产生影响的分析方法，其具体步骤包括：
[0028]步骤1、根据转轮转速与单位转速、真机导叶开度与模型机导叶开度之间进行换算求得单位转速n
11
和模型机导叶开度α
m
，换算公式如下：
[0029][0030][0031]式中n
‑
转速，r/min；n
11
‑
单位转速，r/min；H
‑
水头，m；D1‑
真机转轮出口直径，m；D
1m
‑
模型机转轮出口直径；Q
‑
流量，m3/s；Q
11
‑
单位流量，m3/s；α
‑
真机导叶开度，mm；α
m
‑
模型机导叶开度，mm；Z
‑
真机活动导叶叶片数量；Z
m
‑
模型机活动导叶叶片数量；
[0032]根据已知条件n＝600r/min，α分别为13.5mm、26.17mm、38.05mm、48.74mm，通过公式(1)、(2)计算得到工况点A，工况点B，工况点C和工况点D的n
11
和α
m
；计算结果如下表表1所示。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于流量变化对水轮机中转轮内叶道涡产生影响的分析方法，其特征在于具体步骤包括：步骤1、根据转轮转速与单位转速、真机导叶开度与模型机导叶开度之间进行换算求得单位转速n
11
和模型机导叶开度α
m
，换算公式如下：，换算公式如下：式中n
‑
转速，r/min；n
11
‑
单位转速，r/min；H
‑
水头，m；D1‑
真机转轮出口直径，m；D
1m
‑
模型机转轮出口直径；α
‑
真机导叶开度，mm；α
m
‑
模型机导叶开度，mm；Z
‑
真机活动导叶叶片数量；Z
m
‑
模型机活动导叶叶片数量；步骤2、根据步骤1换算得到的单位转速n
11
和模型机导叶开度α
m

【专利技术属性】
技术研发人员：郭涛，徐李辉，王文全，罗竹梅，张晋铭，朱灿，王思淼，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：