Page 97 - 2024年第55卷第11期

图 １０ 转轮叶片等效应力及变形量时域变化
与二者是三次函数关系。变形量与力矩和流量在负荷主导区亦呈现线性关系，而在回流主导区是二次
函数关系。上述高次函数关系主要是因为在转轮 Ｚ、Ｚ与回流主导区，旋涡现象相对严重（图 ９（ｃ）），
２
３
旋涡结构与强度多变对应等效应力有较大的波动。
表 １ 式（１）—（４）中的 Ｃ值

变量 取值范围 变量 取值范围 变量 取值范围 变量 取值范围 变量 取值范围 变量 取值范围
－ ５
－ １０ ～ － ０．０００９ － ０．０００１～ － ０．０００６ － １４０～２００ － １０～１００ ０．２～４ ０～３
Ｃ １ Ｃ ５ Ｃ ９ Ｃ １３ Ｃ １７ Ｃ ２１
－ １１
－ ７
－ １０ ～１０ － ８ － １０ ～１０ － ８ － ３０～１５０ － １５０～０ ０．８～４．２ ０～４．５
Ｃ ２ Ｃ ６ Ｃ １０ Ｃ １４ Ｃ １８ Ｃ ２２
－ ９
－ １０ ～１０ － ６ － ０．００２～ － ０．０１ － ６０～２ ０．５～２ ０～２
Ｃ ３ Ｃ ７ Ｃ １１ Ｃ １５ Ｃ １９
－ ０．０１～０．０００４ － １．３～ － ０．３ － ２．５～０ － １～６
Ｃ ４ Ｃ ８ Ｃ １２ Ｃ １６ ０．１～４．１ Ｃ ２０
４ 结论
本文针对发电转空载工况水轮机转轮流场与结构场特性，采用计算流体动力学与流固耦合方法，
揭示了三维流线、涡旋演变、时频域压力、湍动能分布、等效应力与变形量等随负荷改变的变化规
律。主要结论如下：
（ １） β≈１６°（０．７Ｑ ）时转轮叶间流道出现流动分离现象，β≈８°（０．４Ｑ ）时马蹄涡基本堵塞流道，
ＢＥＰ ＢＥＰ
后者转轮内涡体积约为前者的 ４６．８７倍。高湍动能区跟随旋涡逐渐从转轮进口迁移至出口，０．１Ｑ 时
ＢＥＰ
无叶区高速水环阻挡水流进入转轮。导叶与叶片通过频率，及其二者的二倍频是主频。
（２）长短叶片工作面与背面的等效应力、变形量分布一致，等效应力在靠近主轴约束处、上冠下
环连接处的值相对 ０．５ｓｐａｎ中间流道小，而变形量平行轴方向自上冠向下环递减，最大变形量位于叶
片进水边下环处（始末相差 １．１５倍，ｔ ＝ ８ｓ 时 ｄ ＝ ３．２μ ｍ），以及长叶片出水边中间位置（始末相差
ｍａｘ
２１．５倍，ｔ ＝ ８ｓ 时 ｄ ＝ ４．３μ ｍ）。
ｍａｘ
（ ３）等效应力、变形量在转轮流道的约前三分之一区、负荷主导区因流态相对良好与力矩、流量
呈现线性关系，而在后三分之二区与回流主导区因旋涡演变现象，二者与力矩、流量分别是三次和二
次函数关系。下一步工作是在其它水力机械验证上述关联性。

参 考 文 献：

［ １］ ＺＨＡＮＧＪＴ，ＣＨＥＮＧＣＴ，ＳＨＥＮＹ，ｅｔａｌ．Ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｆｏｒｒｅｍａｋｉｎｇｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｃａｓｃａｄｅ
ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎｓｔｏｅｎｈａｎｃｅｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ：ＡｃａｓｅｓｔｕｄｙｉｎＣｈｉｎａ［Ｊ］．Ｅｎｅｒｇｙ，２０２２，２６０：１２５１６３．

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