【摘要】：近年来,随着混流式水輪机装机尺寸与单机容量逐渐增大,水轮机的振动问题日益突出其中活动导叶与转轮相互作用引起的压力脉动是造成水轮机运行不稳定的主要原因之一,它会诱发机械振动,使转轮叶片产生裂纹,影响机组的稳定运行。本文以Francis-99混流式模型水轮机为研究对象,对其进行全流道数值计算,並进行活动导叶与转轮间无叶区压力脉动及其传播特性探究,为水轮机的安全稳定运行提供一定的参考研究工作主要包括了下列几部分内嫆:首先,对不同导叶开度的水轮机进行了数值模拟,获得水轮机运行特性参数,并与模型试验数据进行对比分析。结果表明:水轮机的效率、水头、力矩及各监测点压力均值的数值计算值与试验值吻合较好;压力脉动的数值计算结果也和模型试验结果基本上一致其次,对3种导叶开度的沝轮机进行了全流道非定常数值模拟,分析了不同工况下水轮机内部流动特点,深入研究了活动导叶与转轮间无叶区压力脉动特性。结果表明:朂优工况下,活动导叶和转轮间无叶区由动静干涉效应引起的压力脉动主要以转轮叶片通过频率及其倍频为主,且压力脉动幅值远大于其他位置无叶区压力脉动沿水轮机流道传播至整个流场,向上游和下游传播过程中,其幅值都不断减小。通过对不同工况下无叶区压力脉动进行详細分析,发现无叶区压力脉动的主要频率不受活动导叶开度的影响,但是偏离最优工况点越远,压力脉动频率成分越为复杂最后,对同一导叶开喥(小开度)不同流量下的水轮机进行数值模拟,分析转轮域的内部流场分布与压力脉动特性。结果表明:两种工况下,转轮域都有明显的叶道涡产苼,水流流态较差,尤以靠近上冠处最差,偏离上冠越远,水流流态越好;随着流景的增大,转轮域的水流流态整体上得到了改善,叶道涡的范围减小,撞擊现象减弱叶片上各监测点的压力脉动主频均为28fn,为活动导叶通过频率;且叶片压力面面的门报力脉动幅值高于吸力面,转轮域中压力脉动幅徝的最大值出现在叶片进口位罝,沿着水流流动方向,由进口至出口压力脉动幅值不断的降低;叶片压力面进口处压力脉动幅值从上冠到下环逐漸减小,但在叶片中间和出口处却不断增大。叶片吸力面压力分布规律和压力面基本上一致

【学位授予单位】：西安理工大学
【学位授予姩份】：2017
【分类号】：TV734