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近年来,随着水轮机单机容量及转轮直径的不断增大,大型水轮机的振动及叶片裂纹等稳定性方面的问题越来越突出并重视。机组振动、轴系摆度和压力脉动(尤指尾水管的压力脉动)是表征水轮机组稳定性的3个主要参数,其中压力脉动产生于机组运行过程的非定常流场,是引起水轮机组振动及不稳定运行的主要水力振动源之一,可能引起机组的振动、叶片裂纹甚至厂房的共振,直接威胁整个电站的安全运行,所以研究水轮机的压力脉动具有十分重要的意义。其中,尾水管的螺旋状涡带是引起水力振动的最主要因素。 从已有电站的运行情况及模型试验可知,机组压力脉动最大的工况均在低出力负荷时,导叶开度基本在靠近中间位置或小开度位置。本文采用计算流体动力学方法(CFD),在实验验证的基础上,研究了泄水锥几何形状对混流式水轮机尾水管内压力脉动的影响规律。主要针对几个不同导叶开度,对水轮机泄水锥进行改型设计,分析了原型、加长型、加长加行波槽型和圆头型泄水锥对水轮机压力脉动和水力效率的影响,并探讨了尾水涡带的形成机理,结果表明两种改型泄水锥均能改变尾水涡带的形态,使特殊压力脉动带变窄。另外,尾水涡带是复杂的组合涡带,由立面的卡门涡街和水平面的偏心旋转涡合成,改型泄水锥主要是影响立面的卡门涡,进而改变尾水涡带的形态。 最后,利用某水电站工程水轮机的模型试验,对原型泄水锥和加长型泄水锥作了压力脉动的对比试验。试验结果表明,加长型泄水锥降低了压力脉动的峰值。