抽水蓄能電站在電力系統(tǒng)中承擔(dān)調(diào)峰填谷、緊急事故備用和定向服務(wù)等諸多功能,隨著我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和智能電網(wǎng)的發(fā)展,大規(guī)模發(fā)展抽水蓄能刻不容緩。與此同時(shí),社會(huì)生產(chǎn)對(duì)抽水蓄能電站的性能要求愈來(lái)愈高,需對(duì)其核心部件水泵水輪機(jī)不斷改進(jìn)。近年來(lái),長(zhǎng)短葉片轉(zhuǎn)輪得到廣泛應(yīng)用,其在改善性能曲線、提高小流量與部分負(fù)荷工況的效率和穩(wěn)定性、降低壓力脈動(dòng)、提高轉(zhuǎn)輪空化性能和可靠性等方面發(fā)揮了重要作用。對(duì)于長(zhǎng)短葉片水泵水輪機(jī)這種復(fù)雜旋轉(zhuǎn)機(jī)械,其內(nèi)部動(dòng)靜干涉引起的非定常脈動(dòng)現(xiàn)象是機(jī)組穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。為此,本文以國(guó)內(nèi)某抽水蓄能電站長(zhǎng)短葉片水泵水輪機(jī)模型為研究對(duì)象,基于CFD（計(jì)算流體力學(xué)）與FSI（流固耦合）數(shù)值計(jì)算技術(shù)結(jié)合相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)泵工況動(dòng)靜干涉及振動(dòng)特性進(jìn)行深入研究。選取不同流量、開(kāi)度工況進(jìn)行對(duì)比分析,獲得流量、開(kāi)度變化對(duì)動(dòng)靜干涉及振動(dòng)的具體影響,為保障水泵水輪機(jī)機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行提供有效參考。主要研究?jī)?nèi)容如下:（1）模型外特性及內(nèi)部流動(dòng)分析:基于流體不可壓縮,針對(duì)9.8°、17.5°和24.8°開(kāi)度進(jìn)行全流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算,獲得其外特性曲線并與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比。選取各開(kāi)度對(duì)應(yīng)的0.75Q_d、1.0... 

【文章來(lái)源】：江蘇大學(xué)江蘇省

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

動(dòng)靜干涉流場(chǎng)調(diào)制過(guò)程[16]

江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文3的勢(shì)流干涉（非粘滯性）和尾跡干涉（粘滯性）[16]，水輪機(jī)工況無(wú)葉區(qū)壓力場(chǎng)的干涉調(diào)制過(guò)程如圖1.1所示。Nicolet[8]對(duì)混流式水泵水輪機(jī)共振條件下的動(dòng)靜干涉作用進(jìn)行了一維水聲模擬，揭示了動(dòng)靜干涉在蝸殼區(qū)域產(chǎn)生水聲共振振型與頻率特征，為全水聲模型模擬奠定基矗Tanaka[17]研究了水泵水輪機(jī)動(dòng)靜干涉下的徑向振動(dòng)模型，振動(dòng)模式的節(jié)徑數(shù)k為：grnZkmZ，其中，gZ為導(dǎo)葉數(shù)量，rZ為葉片數(shù)，n與m為任意整數(shù)。圖1.2所示為20gZ、6rZ組合的動(dòng)靜干涉示意圖，包括干涉相位變化及不同節(jié)徑數(shù)下的振動(dòng)模式。(a)葉片與導(dǎo)葉干涉相位變化(b)不同節(jié)徑數(shù)k下的振動(dòng)模式圖1.2無(wú)葉區(qū)動(dòng)靜干涉示意圖[17]Fig.1.2Rotor-statorinteractioninthevanelessspaceEgusquiza等[18]通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)水輪機(jī)與水泵水輪機(jī)機(jī)組振動(dòng)，得到寶貴的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)水泵水輪機(jī)的振動(dòng)級(jí)要比常規(guī)水輪機(jī)大得多，主要原因是水泵水輪機(jī)中動(dòng)靜干涉影響較強(qiáng)，特別是在水輪機(jī)大負(fù)荷工況下，振動(dòng)最為劇烈，另外詳細(xì)介紹了機(jī)組各類典型損壞特征及其頻率識(shí)別。Rodriguez等[19]采用傳感器隨軸旋轉(zhuǎn)的測(cè)量方法監(jiān)測(cè)水泵水輪機(jī)動(dòng)靜干涉，避免了軸承響應(yīng)帶來(lái)的測(cè)量影響，為監(jiān)測(cè)動(dòng)靜干涉特性提供更為可靠的測(cè)量方法。Botero等[20]采用一種非侵入式測(cè)量方法監(jiān)測(cè)跟蹤水泵水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)失速，識(shí)別旋轉(zhuǎn)失速下的頻率特征及動(dòng)靜干涉特性，有望應(yīng)用于全尺寸水泵水輪機(jī)實(shí)際運(yùn)行中的狀態(tài)監(jiān)測(cè)。Yonezawa等[21]研究了離心式旋轉(zhuǎn)機(jī)械中的相位共振現(xiàn)象，對(duì)比分析了水泵工況與水輪機(jī)工況下的相位共振，揭示了動(dòng)靜干涉方向與徑向速度脈動(dòng)對(duì)相位共振的重要影響。Casartelli等[22]對(duì)水泵水輪機(jī)飛逸與甩負(fù)荷工況進(jìn)行三維

長(zhǎng)短葉片水泵水輪機(jī)泵工況下動(dòng)靜干涉及振動(dòng)特性研究102.2三維水體建模為方便網(wǎng)格劃分，利用Creo繪圖軟件，通過(guò)拉伸、掃描混合、切除材料等方式對(duì)蝸殼、固定導(dǎo)葉、活動(dòng)導(dǎo)葉、轉(zhuǎn)輪和尾水管的水體分別進(jìn)行三維建模，其全流道幾何模型如圖2.1(a)所示，其中定子域部分水體模型如圖2.1(b)-(e)所示，包括蝸殼、固定導(dǎo)葉、活動(dòng)導(dǎo)葉和尾水管。旋轉(zhuǎn)域?yàn)檗D(zhuǎn)輪水體，如圖2.1(f)所示。根據(jù)葉片各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)，采用CFturbo軟件生成轉(zhuǎn)輪葉片，葉片布置形式為5長(zhǎng)+5短，前后緣都進(jìn)行倒圓處理，水體模型生成后，在三維軟件中與其余定子域水體組合安裝，固定轉(zhuǎn)輪水體在全局坐標(biāo)下的位置，方便后續(xù)的網(wǎng)格劃分。(a)全流道幾何模型(b)蝸殼(c)固定導(dǎo)葉(d)活動(dòng)導(dǎo)葉(e)尾水管(f)轉(zhuǎn)輪圖2.1全流道幾何模型Fig.2.1Fullflowpassagegeometricmodel

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3403972