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抽水蓄能水轮机迷宫环流体力学技术研究

作者:数字储能网新闻中心 来源:抽水蓄能与储能技术交流 发布时间:2024-06-21 浏览:

数字储能网讯:迷宫是指安装于转轮上冠和下环上的非接触式密封止水装置,它们都用于减少通过转轮与固定部件之间的漏水量。间隙中泄漏水流的大方向是轴向的,迷宫中水压力的作用方向是径向的。

  迷宫依靠比较小的密封间隙产生的沿程损失和间隙进、出口的局部损失等形成的流动阻力来减少主水流的泄漏。由于阻力的作用,在迷宫的进口和出口之间产生压力降,这个压力降就是迷宫产生压力脉动的能量来源。

  迷宫间隙中的流速、压力与间隙的流动阻力有关:间隙大时阻力小,泄漏水流通过间隙时的压力降也小,间隙中的平均压力就高;相反,间隙小时,阻力大,压力降大,间隙中的平均压力低。如果迷宫间隙发生周期性的变化,在间隙中就会产生周期性相同的压力变化,这就是迷宫压力脉动及其产生的机理。

1.迷宫中水流的流体力学研究

  迷宫中某点的压力可表示为:

  上述公式的物理意义就是,出口压力等于进口压力减去阻力损失和进出口速度水头之差。沿圆周方向的合力的计算公式为:

  上述公式的意义主要在于定性地说明迷宫中压力脉动产生的机理和基本变化规律。迷宫压力脉动的定量计算有一定的困难。这是因为迷宫间隙、迷宫间隙沿圆周的分布、机组转动部分的摆度及其相位变化等诸多因素,都是随机性的,很难给出普遍适用的数据。

2.自激弓状回旋与迷宫间隙压力脉动

  自激振动是与自由振动、强迫振动并列的机械振动中的一种类型。自激振动有两个最基本的特点:①自激振动的频率一般等于振动体的固有频率,转动部分自激振动的频率为其临界转速频率,这个特点与强迫振动中的共振相同;②激发和维持自激振动的力或能源不具有交变性质,通过振动体的振动周期地把能源输入到振动系统中去,这是它与共振的最大区别。

  迷宫间隙压力脉动对于固定部分的测点而言是一个压力脉动,对于转动部分,它只是一个稳定的作用力,井作用在转轮的固定方位上。也只有这样,它才能推动和加速转动部分的弓状回旋。这个力的来源则是迷宫前、后的压力差和沿圆周间隙的不均匀分布。这个力并不具备交变性质,但它通过转动部分的摆度及其变化,周期地把这个作用力输入到振动系统(即转动部分)中去,激发和维持自激弓状回旋的进行。

  由于转轮的初始摆度而产生迷宫压力脉动,压力脉动反过来又使转轮的摆度增大,摆度的增大使压力脉动进一步增大,压力脉动的增大又使转轮摆度进一步增大,如此循环反复不止,直到转轮摆度和迷宫压力脉动达到某种(阻尼上的)平衡为止。

  在立式机组中,自激振动多数都以转动部分自激弓状回旋的形式表现出来。它只是转动部分弓状回旋运动的一种特殊情况。自激振动频率等于振动体的固有频率,从振动的运动学角度来看,它和强迫振动中的共振一样,一般都比较强烈。

3.自激弓状回旋的特性

  自激弓状回旋产生的最大摆度,取决于自激弓状回旋系统的阻尼。它既与固定支持部件(导轴承及其支持部件)有关,也与转动部分本身的机械特性有关,常常可达到数倍于正常摆度值。

  高水头水轮机的迷宫结构相对比较复杂,迷宫间隙比较小,产生的间隙压力脉动相对比较大,出现自激振动的几率相对较多。机组的机械缺陷在引起自激振动中的作用更大一些。

  自激弓状回旋往往在负荷大于一定值时才出现。这可解释为:激发力(以压力脉动为标志)需要大于一定值时才能激发起自激振动。

4.减小止漏环间隙后采取相应保证措施

  减小转轮止漏环间隙应从结构设计、工艺制造、刚强度计算、工地安装和试验等方面综合考虑,主要保证措施如下:

  1)止漏环径向间隙设计从结构设计、制造工艺、刚强度计算等多方面影响因素研究。

  2)安装方面:安装应达到优良的要求,甚至更严格要求。

  3)试验方面:转轮的静平衡精度高于G2.5的要求,发电电动机动平衡精度要达到G2.5的要求。


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关键字:抽水蓄能

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