一种水轮机泄水锥打2孔位置的确定方法技术

本发明专利技术提出了一种水轮机泄水锥打2孔位置的确定方法，包括采用数值模拟方法进行数值模拟计算，获得泄水锥低压区范围，利用高速摄影成像系统对尾水涡带细节部分进行观测，确定涡带初生的地方，根据涡带初生的地方实施打孔措施，所述打孔措施为对泄水锥打2孔，所述打2孔的泄水锥为沿着短直型的泄水锥轴心，相对穿孔的构型。本发明专利技术解决了现有技术中水轮机组内部的非定常流动问题，尤其是尾水管内涡带及相应压力脉动问题。

Method for determining 2 hole position of water discharging cone of water turbine

The invention provides a method for determining the turbine runner cone 2 holes, including the use of numerical simulation method, obtain the cone area of low pressure range, the observation of vortex belt details by using a high-speed video imaging system, determine the vortex birth place, according to the local implementation of the primary vortex. The measures, measures of drilling cone type 2 cone hole, the 2 hole along the cone axis short straight, relative perforation of the configuration. The invention solves the unsteady flow problem in the hydraulic turbine set in the prior art, especially the vortex belt in the draft pipe and the corresponding pressure pulsation problem.

【技术实现步骤摘要】
一种水轮机泄水锥打2孔位置的确定方法
本专利技术属于水轮机稳定性
，特别涉及一种水轮机泄水锥打2孔位置的确定方法。
技术介绍
在水力发电重要性日益凸显的今天，提升水电站运行效率及水轮机运行稳定性的要求变得尤为突出。影响水轮机内部稳定运行的因素中，水力因素最为突出，包括旋转部件和静止部件之间的动静干涉、叶片表面脱流、空化叶道涡以及空化尾水管涡带等。在水轮机运行中，这些流动现象多数发生在偏离设计工况的偏工况下，会在相应的流场中诱发严重的压力脉动，压力脉动进而传播作用于水轮机机组本身，引起机组的振动和运行噪声，甚至诱发厂房振动。压力脉动是引起不稳定运行和振动噪声的主要来源。水轮机中三维流场造成的压力脉动来源于多个方面，如转轮进口处脱流，诱发的流场将往上下游两个方向传播，引起上游部件和下游部件的水力激振；而在转轮内部，叶道涡则是最大的不稳定源，叶道涡的发生也常常伴随着空化流动，此处引起的压力脉动将直接作用与转轮上，形成高频的振动；在下游部件，如尾水管内部，空化涡带将从泄水锥下方生成，形成螺旋运动，这些螺旋涡带将周期性地作用于锥管段及肘管段，造成下游部件的振动，并诱发噪声。实验表明，尾水管涡带的运行频率是低频振动，在不同流动工况下，引起的振动及噪声不同，但总体而言，尾水涡带运动是最低频的运动，因为对机组造成的影响也最严重。如岩滩水电站和李家峡水电站在机组运行半年与至两年的时间内，几台水轮机机组相继出现了转轮叶片与上冠间焊缝和叶片与下环间焊缝的开裂。经过对转轮裂纹原因的分析，发现主要是制造和运行方面的原因，运行时的剧烈压力脉动是造成裂纹的直接因素。在混流式水轮机中，尾水管涡带诱发的压力脉动是造成振动及噪声的最主要来源，目前已经有众多研究对尾水管涡带进行机理及演化进行分析，并提出了减小或消除尾水管涡带的措施，如改变尾水管中的水流运动状态、控制涡带的偏心距、引入适当阻尼或者改进转轮的水力设计，然而这些措施并不能有效的减弱压力脉动，反而有些会带来附加噪声。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种水轮机泄水锥打2孔位置的确定方法，解决水轮机组内部的非定常流动问题，尤其是尾水管内涡带及相应压力脉动问题。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种水轮机泄水锥打2孔位置的确定方法，步骤1、采用数值模拟方法进行数值模拟计算，获得泄水锥低压区范围；步骤2、利用高速摄影成像系统对尾水涡带细节部分进行观测，确定涡带初生的地方；步骤3、根据涡带初生的地方实施打孔措施，所述打孔措施为对泄水锥打2孔，所述打2孔的泄水锥为沿着短直型的泄水锥轴心，相对穿孔的构型。进一步地，所述数值模拟计算具体为：采用单位转速n11和单位流量Q11来描述全流道内流动工况，通过调节装置空化系数σ改变测试中的环境压力水平，通过调节活动导叶开度a改变单位转速和单位流量；单位转速n11定义为：式中D1——模型水轮机的转轮直径，单位为m；H——模型水轮机实验水头，单位为m；N——模型水轮机中的转轮转速，单位为r/min；单位流量Q11定义为：式中Q——模型混流式水轮机转轮内过流流量(m3/s)；装置空化系数σ定义为：式中Hva——模型实验循环回路中尾水箱内的真空值，单位为m；Ha——实验中当地大气压力换算成的水头，单位为m；Hs——实验中水轮机的吸出高度，单位为m；Hv——实验温度下的饱和蒸汽压换算成的水头，单位为m；经计算得到数值模拟的小流量偏工况点参数为：a＝16mm，n11＝80.4r/min，Q11＝0.486m3/s，σ＝0.258；根据该小流量偏工况确定泄水锥及尾水管部分的压力分布，从而确定低压区范围。进一步地，所述小流量偏工况下涡带呈螺旋形涡带。附图说明图1是水力测试实验台示意图；图2是转速测量示意图；图3是压力脉动测点示意图；图4是模型转轮(A1293)实物图；图5是不同构型的泄水锥(a)原型0孔(b)打2孔(c)打4孔；图6是水轮机计算几何模型(a)原型泄水锥(b)打2孔泄水锥(c)打4孔泄水锥-0度视图(d)打4孔泄水锥-90度视图；图7是偏工况下尾水管压力分布俯视图(原型0孔，a＝16mm，σ＝0.258，n11＝80.4r/min)；图8是偏工况下泄水锥表面压力分布(原型0孔，a＝16mm，σ＝0.258，n11＝80.4r/min)；图9是偏工况下尾水管压力分布俯视图(打2孔，a＝16mm，σ＝0.258，n11＝80.4r/min)；图10是偏工况下泄水锥表面压力分布(打2孔，a＝16mm，σ＝0.258，n11＝80.4r/min)；图11是偏工况下尾水管压力分布俯视图(打4孔，a＝16mm，σ＝0.258，n11＝80.4r/min)；图12是偏工况下泄水锥表面压力分布(打4孔，a＝16mm，σ＝0.258，n11＝80.4r/min)；图13是大流量工况下尾水管压力分布俯视图(原型0孔，a＝28mm，σ＝0.277，n11＝83.2r/min)；图14是大流量工况下原型泄水锥尾水管涡带(原型0孔，a＝28mm，σ＝0.277，n11＝83.2r/min)；图15是大流量工况下泄水锥表面压力分布(原型0孔，a＝28mm，σ＝0.277，n11＝83.2r/min)；图16是大流量工况下尾水管压力分布俯视图(打2孔，a＝28mm，σ＝0.277，n11＝83.2r/min)；图17是大流量工况下泄水锥表面压力分布(打2孔，a＝28mm，σ＝0.277，n11＝83.2r/min)；图18是大流量工况下尾水管压力分布俯视图(打4孔，a＝28mm，σ＝0.277，n11＝83.2r/min)；图19是大流量工况下泄水锥表面压力分布(打4孔，a＝28mm，σ＝0.277，n11＝83.2r/min)；图20是大流量工况下打孔泄水锥尾水管涡带(a＝28mm，σ＝0.277，n11＝83.2r/min)；图21是偏工况下尾水管压力脉动能量分布(原型0孔、打2孔、打4孔，a＝16mm，σ＝0.258，n11＝80.4r/min)。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供一种水轮机泄水锥打2孔位置的确定方法，步骤1、采用数值模拟方法进行数值模拟计算，获得泄水锥低压区范围；步骤2、利用高速摄影成像系统对尾水涡带细节部分进行观测，确定涡带初生的地方；步骤3、根据涡带初生的地方实施打孔措施，所述打孔措施为对泄水锥打2孔，所述打2孔的泄水锥为沿着短直型的泄水锥轴心，相对穿孔的构型。所述数值模拟计算具体为：采用单位转速n11和单位流量Q11来描述全流道内流动工况，通过调节装置空化系数σ改变测试中的环境压力水平，通过调节活动导叶开度a改变单位转速和单位流量；单位转速n11定义为：式中D1——模型水轮机的转轮直径，单位为m；H——模型水轮机实验水头，单位为m；N——模型水轮机中的转轮转速，单位为r/min；单位流量Q11定义为：式中Q——模型混流式水轮机转轮内过流流量(m3/s)；装置空化系数σ定义为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水轮机泄水锥打2孔位置的确定方法，其特征在于：步骤1、采用数值模拟方法进行数值模拟计算，获得泄水锥低压区范围；步骤2、利用高速摄影成像系统对尾水涡带细节部分进行观测，确定涡带初生的地方；步骤3、根据涡带初生的地方实施打孔措施，所述打孔措施为对泄水锥打2孔，所述打2孔的泄水锥为沿着短直型的泄水锥轴心，相对穿孔的构型。

【技术特征摘要】
1.一种水轮机泄水锥打2孔位置的确定方法，其特征在于：步骤1、采用数值模拟方法进行数值模拟计算，获得泄水锥低压区范围；步骤2、利用高速摄影成像系统对尾水涡带细节部分进行观测，确定涡带初生的地方；步骤3、根据涡带初生的地方实施打孔措施，所述打孔措施为对泄水锥打2孔，所述打2孔的泄水锥为沿着短直型的泄水锥轴心，相对穿孔的构型。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述数值模拟计算具体为：采用单位转速n11和单位流量Q11来描述全流道内流动工况，通过调节装置空化系数σ改变测试中的环境压力水平，通过调节活动导叶开度a改变单位转速和单位流量；单位转速n11定义为：式中D1——模型水轮机的转轮直径，单位为m；H——模型水轮机实验水头，单位为m；N——模型水轮机中的转轮转速，单...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小斌，李凤臣，苏文涛，张甲，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，哈尔滨善思科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23