排灌机械工程学报
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排灌机械工程学报  2017, Vol. 35 Issue (6): 495-501    DOI: 10.3969/j.issn.1674-8530.16.0243
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水泵水轮机制动工况导叶区流动特性分析
李琪飞1,2,刘萌萌1, 张建勋1, 刘谦1, 张震1
1.兰州理工大学能源与动力工程学院, 甘肃 兰州 730050; 2.甘肃省流体机械及系统重点实验室,
Flow characteristic of guide vane region in turbine braking operation of pump-turbine
LI Qifei1,2, LIU Mengmeng1, ZHANG Jianxun1, LIU Qian1, ZHANG Zhen1
1.School of Energy and Power Engineering, Lanzhou University of Technology, Lanzhou, Gansu 730050, China; 2. Key Laboratory of Fluid Machinery and Systems, Gansu Province, Lanzhou, Gansu 730050, China
 全文: PDF (2360 KB)   HTML (1 KB)   输出: BibTeX | EndNote (RIS)      背景资料
摘要 为研究水泵水轮机在水轮机制动工况运行时导叶区域产生异常紊动的内流机理,在完成S区特性试验的基础上,基于SST k-ω湍流模型及SIMPLEC算法,对活动导叶小开度制动工况进行非定常数值计算,并与试验数据进行对比验证,对此工况下水泵水轮机导叶区域流场结构和压力脉动规律进行了全面分析.研究结果表明:固定导叶与活动导叶后均存在不同程度的尾迹结构,活动导叶后涡系结构的演变和能量转化是诱发导叶区流动不稳定的主要原因之一;活动导叶进口的复杂流动也增加了冲击损失,对导叶振动造成一定影响;对活动导叶区的压力脉动监测进一步佐证了导叶区流动的不稳定性;通过对时域特性和频域特性的分析发现其相对幅值达到了水轮机及水泵正常运行工况的3倍以上,其主频为叶频,幅值较大且属中频成分,可能引发共振效应.研究结果可为水泵水轮机设计优化提供指导意义.
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李琪飞
刘萌萌
张建勋
刘谦
张震
关键词水泵水轮机   制动工况   导叶区   内流特性   稳定性     
Abstract: To study the inner flow mechanism of pump turbine in the braking operation with vanes′ abnormal vibration, the numerical simulation was done with the SST k-ω turbulent model and SIMPLEC algorithm. The analyses of vane region′s flow and pressure fluctuation were done after comparing with the data from experiment which was finished before. The results show that there exists wake structure after the guide vanes and stay vanes. There will be a loss of energy in the transformation between them and it could cause hydraulic vibration. There also exists impact loss in the inlet of guide vanes which increases the instability of guide vanes region. The instability of the flow in the guide vanes is further verified by the pressure fluctuation monitoring in the guide vanes region. Through the analyses of time domain and frequency domain characteristics, they show that the relative amplitude has reached more than 3 times of normal working conditions of turbine mode and pump mode. The main frequency is theblade frequency with high amplitude. It is an intermediate frequency component which could cause resonance. The results can be used to guide the optimal design of the pump turbine.
Key wordspump turbine   brake operation   guide vane region   flow characteristics   stabilization   
收稿日期: 2016-10-13;
基金资助:国家自然科学基金资助项目(51566009)
通讯作者: 刘萌萌(1992—),女,江苏响水人,硕士研究生(liumengmeng1992@163.com),主要从事流体机械流动理论研究.   
作者简介: 李琪飞(1975—),男,甘肃靖远人,副教授(lqfy@lut.cn),主要从事流体机械流动理论研究.
引用本文:   
李琪飞,,刘萌萌等. 水泵水轮机制动工况导叶区流动特性分析[J]. 排灌机械工程学报, 2017, 35(6): 495-501.
LI Qi-Fei-,,LIU Meng-Meng- et al. Flow characteristic of guide vane region in turbine braking operation of pump-turbine[J]. Journal of Drainage and Irrigation Machinery Engin, 2017, 35(6): 495-501.
 
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