混流式水轮机低负荷运行非定常特性研究

水轮机长期运行在低负荷区域，会导致水电机组出现振动大，水流流态不良等情况，继而导致转轮叶片出现裂纹、机组发生汽蚀。为了探究机组内部不同部位的流动特性以及压力脉动特性，对某电站混流式水力发电机组进行三维建模，基于雷诺时均N-S方程，采用标准SST k-ω湍流模型，对额定工况以及低负荷工况（45%额定工况）进行定常和非定常求解计算。结果表明：低负荷工况下，导叶内流体的流动情况较差，主要是因为导叶开度的变化使水流不能够充分进入到转轮中，转轮上冠附近压力变化较乱，没有按规律减小，能量转换情况差，从而导致效率降低。由压力脉动结果可知：活动导叶处的最大振幅为固定导叶处最大振幅的3倍以上，说明越靠近转轮处，动静干涉的作用越明显；转轮内的最大振幅为导叶处最大振幅的数倍；低负荷工况下的压力脉动振幅大多时候比额定工况下的最大振幅高很多，说明低负荷工况下的稳定性较差。本文的结果为混流式水轮机组低负荷安全运行范围设定提供一定的理论基础。