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1、用水轮机能量特征比较稳固性-紊流损失剖析法(1)变换欧拉方程式推导出紊流方程式，该方程中提出了“虚构最优工况”的观点，将转轮前后的紊流流态分别出来，利用水轮机的能量特征计算紊流损失，比较其大小，以判断稳固运转的风险。重点词：紊流损失比较转轮稳固性在水轮机招标的评标阶段，对水轮机水力设计的评审是极其重的工作内容，选择相对优秀的水力设计是招标成功的重标记之一。水轮机水力特征包含能量、气蚀、稳固三大特征，此中稳固性是发电设施可否发挥效益的基础。三峡水电站水轮机运转条件复杂，对机组的运转稳固性求高，三峡总企业一直重申“将机组稳固性放在首位”，因此在三峡机组招标评论中，对转轮的稳固性重视程度高出了过去国
2、内任何电站。在评标中，除采纳惯例方法进行稳固性剖析外，还议论了用紊流损失剖析法对各家水轮机稳固性的对照剖析。专家们以为，紊流损失剖析法的取值是能量特征，依照靠谱，结论客观。本文将这类剖析方法整理以下，以与同行商讨。1 欧拉方程式及应用欧拉方程式是研究水轮机工作原理的基本方程式，它确实立到现在已有240年以上的历史，但仍被运用，其形态： H=(u1V1cosa1-u2V2cosa2)/g(1)式中：u1，u2叶片入口、出口的圆周速度V1，V2水流进入、流出叶片的绝对速度a1，a2V1，V2分别与U1，U2的夹角H，水流的工作水头和效率本文运用欧拉方程式(1)，不是用来设计转轮，而是用来解说发生在
3、转轮前、后的水力现象，正确的说是运用欧拉方程式所反应的物理观点。我们将欧拉方程式用于转轮整体，即：(1)式右侧是发生在转轮前、后水流均匀的工作特性，(1)式左侧是实现这类工作特征所需的有效水头，且这一有效水头是经过精确的丈量获取的。2 紊流方程式的成立混流式转轮的叶片是固定的，它不可以随水头H和流量Q的变化而变化，因此在不一样的工况(H，Q)点，在叶片进、出口出现不一样的水流紊流，认识水流的运动规律是剖析转轮稳固特征的基础。2.1设计工况在设计工况下，水流从蜗壳入口到尾水管出口是顺畅的，稳固的，此时转轮的工作效率最高为max，因此将设计工况又称为“最优工况”。设计工况下的设计水头记作H0，设计
4、流量Q0，该工况下的转轮叶片出入口水流速度三角形见图1，速度三角形的各速度含义及符号为同行所熟知，在此不赘述。图1设计工况转轮叶片出入口水流速度三角形设计工况的设计原则是水流对叶片“无撞击进水，法向出流”，即：10(0为叶片的安置角)，a2/2，为醒目，我们将在设计工况下，叶片入口绝对速度记作V10相对速度记作W10，进水角记作a10。设计工况下欧拉方程式为： maxH0=(u1V10cosa10)/g(2)为了便于研究，依据图1速度三角形所表示的速度间关系，将W10替代V10，对(1)式进行变换：maxH0=u1(u1-W10cos(-0)/g(3)2.2非设计工况转轮的最优工况点(H0，Q
5、0)只有一个，因为导叶开度或水头发生改变，则转轮走开最优工作状态而进入非设计工况工作，此时叶片进、出水流流态发生变化，令研究的非设计工况下水头为H(HH0)，流量为Q(Q0，称之正冲角，它跟着导叶开度的减小而增添，当增添到必定数值时在叶片反面产生叶道涡流，典型的叶道涡流源于叶片上冠处，贯串叶片间流道从下环处流出；叶片出口绝对速度V2出现了圆周方向的速度重量V2cosa2，即：水流进入尾水管携带了相应的环量，这是形成层水管涡带的能源。叶道涡流、强烈的尾水管旋转涡带是不稳固水流的主表现形式，是造成机组水力不稳固运转和对机组造成损坏的主原由。为了剖析它们的存在及严重程度，对入口叶片表面相对速度W1进
6、行速度分解，图2b表示了W1的速度重量和之间的互相关系，即：=(6)是在研究的非设计工况下，沿叶片安置角0方向的分速度，它与拥有同样的轴向流速，因此W10所代表流过转轮的流量Q与W1是同样的。u1是圆周方向的分速度，它的顶角是水流对叶片冲角，值越大，越大。设旋转方向为正向，取，在圆周方向投影则：W1cos1W10cos(-0)u1(7)将(7)式代人(5)式，经整理获取：H=u1u1-W10cos(-0)/g(u1u1-u2V2cosa2)/g(8)2.3虚构最优工况与紊流工况(8) 式右侧第一项，与(3)式右侧拥有同样的表达形式，因此可以为该项是该非设计工况下，假设叶片表面水流按最优工况条件
7、工作的工作特征，即“无撞击进水，法向出流”，既然是假设的，也就是不存在的，因此称之“虚构最优工况”，为了差别于转轮的设计工况，在效率符号上加撇以示差别，用欧拉方程式表示则有： maxH=u1u1W10cos(-0)/g H： (10) (11)(9)(8) 式右侧第二项，除转轮进、出口圆周速度u1、u2是不变的，丛u1、V2cosa2是随工况的改变而变化，且u1，V2的速度方向也会改变。,的出现标记着运转工况走开了设计工况，水轮机流道内水流不再是最正确的稳固流态，而是出现不稳固流态，其值越大，则不稳固水流现象越严重，该项的量纲为“米”，可用水力损失的形式表示，为了差别称之“紊流损失”，记作H=
8、(u1u1-u2V2cosa2)/g将(9)(10)式代入(8)式得：H=maxHH一定指出，提出虚构最优工况的意义在于它是一根鉴别紊流损失大小的准尺，不在于这一最优工况能否实质存在。2.4紊流方程式用H减去(11)式两边，经整理获取：(1-)H(1-max)HHH(1-)H-(1-max)H(12)摘变换欧拉方程式推导出紊流方程式，该方程中提出了“虚构最优工况”的观点，将转轮前后的紊流流态分别出来，本篇论文是由3COME文档频道的网友为您在网络上采集整理饼投稿至本站的，论文版权属原作者，请不用于商业用途或许剽窃，仅供参照学习之用，否者结果自负，假如此文入侵您的合法权益，请联系我们。(12)式
9、中：H，是研究的非设计工况的水头和实测效率(1-max)H是虚构最优工况的水力损失因为在虚构最优工况与转轮的设计工况下，水轮机流道是同样的，都拥有稳固的水流流态特征，两工况的水力损失血听从流道水力损失特征，即：(1-max)H(Q/Q0)2(1-max)H0(13)将(13)式代入(12)式：H(1-)H(Q/Q0)2(1-max)H0(14)(14) 式称紊流方程式，可见：用可精准丈量的转轮能量特征参数(， max，Q，Q0，H，H0)，经简单计算，其计算结果可说明水轮机流道内水力不稳固流态的存在及严重程度。3 紊流损失剖析法的实践对转轮稳固性的正确评讲和在诸多评定项目中的权重取决于评标者对
10、电站运转条件的理解和对转轮稳固性认识的实践经验，招标是商业行为，仅凭纸面上的资料数据及保证值进行评论是不够的。在三峡项目中，我们对转轮间稳固性比较试试了用率流损失剖析法进行紊流损失计算，依据计算值进行比较。图中黑色部分为P50MW的地区图3紊流损失对照图我们对三峡机组在100112m水头运转范围，对各家供给的能量特征进行了紊流损失H计算剖析，为了直观，我们将紊流损失单位变换成以“MW”计的能量损失P单位，分别计算出紊流损失为10MW、20MW,50MW、60MW的等值线，本文仅表示P50MW的地区，并用黑色块覆盖(图3)。明显在运转范围内覆盖黑色块较小的，表示出现水力稳固问题的风险越小，必为首选。需说明50MW不是界定转轮可否承受紊流损失的判据，不过是出现50MW的共同标尺。从图3摆列、两家特征的黑色地区比其余4家明显偏小，而这两家相当，有差别但不大，若与其余4家对比，表示出现水力稳固问题的风险明显小得多。综合各样评选要素，三峡项目选择前两家转轮的水力设计是适合的。最后的模型考证试验成就也证了然两家转轮的稳固性指标存在这一差别。4 结论与议论
