非設(shè)計(jì)工況下混流式水輪機(jī)尾水管壓力脈動(dòng)研究

張 廣,許 彬,魏顯著

(哈爾濱大電機(jī)研究所 水力發(fā)電設(shè)備國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室，哈爾濱 150040)

非設(shè)計(jì)工況下混流式水輪機(jī)尾水管壓力脈動(dòng)研究

張 廣,許 彬,魏顯著

(哈爾濱大電機(jī)研究所 水力發(fā)電設(shè)備國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室，哈爾濱 150040)

本文對(duì)非設(shè)計(jì)工況下水輪機(jī)尾水管流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值研究。通過求解雷諾時(shí)均N-S方程和DES(Detached Eddy Simulation)湍流方程，分析了尾水渦帶的形態(tài)及其引起的壓力脈動(dòng)特性。研究結(jié)果表明，尾水渦帶的長(zhǎng)度、偏心距及轉(zhuǎn)動(dòng)方向與水輪機(jī)運(yùn)行條件有關(guān)：錐管上游測(cè)點(diǎn)周期性壓力脈動(dòng)比較規(guī)律，壓力脈動(dòng)幅值基本相同且主頻突出；錐管下游同一平面上的不同測(cè)點(diǎn)壓力脈動(dòng)的幅值差異較大，而且壓力脈動(dòng)的頻率成分增多。

混流式水輪機(jī)；非設(shè)計(jì)工況；壓力脈動(dòng)；渦帶

隨著電力市場(chǎng)需求的變化水電廠調(diào)峰任務(wù)凸顯，水輪機(jī)經(jīng)常需要在偏離設(shè)計(jì)工況條件下運(yùn)行，這時(shí)尾水管內(nèi)便會(huì)產(chǎn)生螺旋形的旋轉(zhuǎn)渦帶，渦帶所引起的壓力脈動(dòng)是造成機(jī)組振動(dòng)的主要原因，嚴(yán)重威脅著水電機(jī)組的安全運(yùn)行[1-2]。多年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者就有關(guān)尾水管渦帶引起的壓力脈動(dòng)問題進(jìn)行了大量的研究。研究人員通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和模型試驗(yàn)手段，分析了不同工況下尾水管壓力脈動(dòng)信號(hào)的特征，對(duì)尾水管中渦帶形態(tài)的發(fā)展變化進(jìn)行觀測(cè)，探討了減小尾水管壓力脈動(dòng)的方法和手段[3-5]。但是由于尾水渦帶流動(dòng)現(xiàn)象的復(fù)雜性，試驗(yàn)研究在很多方面受到客觀條件的限制，難以獲得流場(chǎng)內(nèi)部物理量的分布情況。……