基于现场测试的高水头混流式真机转轮动静应力分析

摘要

人们在利用水利发电实现电网的快速调压调频方面做了很多的研究，这也是现代智能电网的主要控制方式。这就要求水轮机能够在一些非设计工况下运行，特别是低负荷和空载状态。此外，增大出力和降低转轮重量的趋势也导致了转轮出现高阶振动的问题，特别是高水头混流式转轮。因此，对高水头混流式真机转轮进行动静应力分析是尤为重要的。本文基于现场测试和数值模拟对高水头混流式真机转轮进行了动静应力研究。现场测试工具包括压力传感器及应变片。基于测试结果，利用计算流体动力学（CFD）模拟分析技术对水轮机从固定导叶到尾水椎管之间的流道进行了模拟分析，进而得到多种工况下由于动静干涉引起的静态压力场和动态压力脉动。基于CFD的计算结果，可以通过有限元（FEM）的方法计算得到转轮在不同工况下的动静应力。通过线性回归法来分析仿真计算结果与测试结果的吻合度，结果表明数值分析结果与测试结果是非常吻合的。此外，也可计算得到不同工况下转轮叶片上的最大动静应力。文中详细阐述了最大应力与出力的关系以及边界条件对于转轮结构性能的影响。