动态调速工况大功率液力偶合器流场瞬态特性研究

发布时间：2020-04-07 11:29

【摘要】：大功率液力偶合器传动装置凭借其优越的调速节能效果及良好的传动性能,是火电站、核电站重要的调速节能装备,其应用领域逐渐扩展到冶金、石油化工等各个领域。而随着发电机组容量的不断增加,液力偶合器输入转速和传递功率大幅度提高,其内部流场处于极其复杂的气液两相瞬态流动状态,由内流场引发的瞬态效应导致偶合器能容降低、外部特性失稳、发热严重等问题,严重影响发电机组的安全稳定运行。目前国内对液力偶合器气液两相瞬态流场的研究局限于稳态工况下的速度、压力流场及气液两相分布等,且分析对象也主要是中小功率液力偶合器,无法准确把握大功率液力偶合器在瞬态工况的流场特性,限制了液力调速技术在大功率传动领域的应用与发展。本文以YOCQ510大功率液力偶合器为研究对象,采用CFD数值计算方法对大功率液力偶合器在动态调速工况的气液两相瞬态流动特性进行了数值计算与分析,并通过内、外特性同步测试试验验证了数值计算结果的有效性。论文工作为自主大功率液力偶合器的开发提供必要的理论基础。主要的研究内容和结论如下。1.大功率液力偶合器气液两相瞬态流场数值计算方法基于液力偶合器内部流场流动特点,对流道的特定区域进行适当加密,并通过计算确定了边界层厚度,同时考虑计算的准确性和经济性,划分了多套网格模型,并分析了不同网格质量及数量对数值计算结果的影响;确定选取混合应力涡模拟方法和VOF两相流模型进行模拟,计算结果显示这种模拟方法可以较好的预测大功率液力偶合器的环流运动规律,且有较高的数值计算精度;通过编写UDF程序,模拟了大功率液力偶合器在输出转速动态变化过程中气液两相流场的运动规律。2.雷诺数对湍流瞬态流场特性的影响以影响雷诺数的关键参数——泵轮输入转速为切入点,研究了雷诺数对动态调速工况下偶合器湍流瞬态流场的影响规律。随着雷诺数的升高,液力偶合器内部流场结构变化显著,泵轮流道内部流场的湍流强度明显高于涡轮,且由于气相的影响使得两相交界处流场脉动较大。同时结合在高泵轮输入转速下气液两相流体在动态调速工况下动态循环流动变化过程,更好的把握大功率液力偶合器流场运动规律。3.大功率液力偶合器流场瞬态特性分析在雷诺数较高时,依据偶合器内部气液两相分布及环流状态,以泵涡轮进出口及其吸力面和压力面为主要分析区域,研究了大功率液力偶合器在动态调速过程中的流场瞬态特性。结果表明液力偶合器主流动域内湍动能和湍动能耗散率分布趋于一致,且泵轮入口的叶片吸力面处是湍动耗散最为剧烈的位置;叶片摩擦损耗要比壁面摩擦损耗严重,且在涡轮入口附近出现区域极值,尤其是在转差率较大时此现象更为明显。4.液力偶合器内、外特性同步测试试验研究搭建了内、外特性同步测试试验台并制定了相应的试验方案,采集了4组充液率(q=60%、q=70%、q=80%、q=90%)下不同转速比工况泵轮和涡轮转矩,并将试验外特性结果与数值计算结果进行对比,两者吻合较好。同时,通过PIV流场可视化测试,对采集的各个动态调速工况的流场图像进行处理,并与数值计算结果进行对比,验证了在动态调速过程中偶合器内部流场数值计算的有效性。
【图文】：

型谱,液力偶合器,传动装置,功率

(a) VOITH 公司偶合器型谱 (b) 国内 SVL 偶合器型谱图 1.1 液力偶合器传动装置国内外功率型谱对比由于液力偶合器内部气液两相流动的复杂性，很难用数学模型对其进行的描述，因此国外重视对其流场的可视化试验研究。最早日本学者内山恭一

涡轮,流态,内流,流道

图 1.2 流丝法观察涡轮流道内流体流态ichael Christen 和 Reinhard Kemchen 采用激光多普勒液率为 45%和 85%状态下不同转速差工况流场速度合器外壳开口的方式，，使得开口大小正好覆盖到相邻
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH137.331

【参考文献】