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水泵水輪機泵工況小流量波動特性

來源:博山東方水泵    發布時間:2019-02-13 15:55    瀏覽量:

  浙江大學。學報(工學版)水泵水輪機泵工況小流量波動特性王樂勤劉錦濤張樂福2,覃大清2,焦磊1(1.浙江大學化學工程與生物工程學系,浙江杭州310027;。哈爾濱大電機研究所,黑龍江哈爾濱150040)和剪切壓力傳輸模型(SST k-W模擬泵工況的流場特性,分析當泵工況活動導葉處于設計開度時在小流量下轉輪、導葉的流場,結合。

  水泵水輪機結構圖Fig. 2湍流模式及邊界條件bookmark3 2.1湍流模式為了同時捕捉近壁面和遠壁面的流動特征,采用基于湍流能量方程和擴散速率方程設計的SSTk-流動方程,方程如下:根據某電站水泵水輪機進行建模,模型與原型之間的相似準則如下所示:流量,n為轉速,d為轉輪直徑,m為流體密度,n為水泵水輪機的效率,g為重力加速度,H為揚程,P為功率。

  水泵水輪機轉輪基本參數如下。原型機:n= 357m,導葉開度7=下,選取體積流量為70m3/s對2種方案進行計算通過對揚程的比較分析驗證網格大小是否滿足計算要求。2種方案的收斂精度均設置為各項殘差達到104,采用方案1計算632步后收斂,采用方案2計算753步后達到收斂。

  表2網格劃分部件網格單元數方案網格單元數蝸殼和導葉葉輪尾水管采用方案1網格結構計算揚程并將其按式(2)相似換算為2474m,方案2的揚程為247.5m,經試驗測得的。當網格單元數大于1697079時,能夠達到計算精度要求。為了節省計算時間,采用的計算模型網格結點數為587854網格單元數為2 4計算結果及分析4.1流場分析對導葉處于設計開度、不同流量下的流場進行分析,取z=0的截面、導葉及轉輪局部區域的流場如所示。通過對水泵水輪機的流場分析可以發現,在小流量下水泵水輪機渦主要存在導葉間以及轉輪向導葉的過渡段,并且渦結構具有一定的規則性,繞轉軸呈類周期性分布。隨著流量的減小,渦結構的數量逐漸增多,但是渦結構的尺度在相鄰的導葉之間變化不同,相鄰的2個間隙,其中一個逐漸減小并消失,另一個間隙逐漸變大,當體積流量約為40m3/s時,逐漸增大的渦結構基本充滿活動導葉不同流量z=0截面局部速度矢量圖水泵水輪機內流場不存在完整結構的渦。

  不同流量下0截面渦量分布Fig.當體積流量為40m3/s時的導葉之間壓力分布如所示。由速度矢量圖和壓力分布圖可以看出,當體積流量為10~60m3/s時在活動導葉與固定導葉之間存在明顯的射流現象,流體的射流沖擊使周圍的壓力降低,從而使流體回流產生大尺度的渦結構。導葉之間的流道窄,再加上小流量時導葉附近渦結構的存在使流體在一定范圍內回旋,阻塞了部分流道,當射流現象出現時,使周圍壓力變低,渦結構的尺度變大使流道進一步變窄,流量越小渦結構的尺度越大,射流現象越明顯。

  如所示,水泵水輪機在小流量運行時,葉片背面流體容易發生脫流,產生負壓,乃至空化現象的發生。葉片出口的回流現象產生葉道渦使葉片流道變窄,過水斷面流速增加,會進一步加劇空化的發生,以至于出現振動和噪聲。

  由可知,隨著流量的減小,渦量的均值逐漸變大,渦量的分布越來越復雜。渦量梯度變化較大的當體積流量為40 0的壓力分布當體積流量為40m3/s時局部葉片展開速度矢量區域主要分布在轉輪與導葉之間以及固定導葉與活動導葉之間的流域,與渦結構的分布區域完全吻合。

  當,>60m3/s時,葉輪的出口渦量明顯降低,說明此時葉片尾跡渦已不存在。

  泵工況H與qv關系曲線Fig. 4.2小流量下的揚程曲線如所示,水泵水輪機的揚程在流量為0時大,在0~20m3/s時揚程隨流量增加迅速降低,當流量增加到20m3/s以上時揚程曲線只在小范圍內波動,揚程基本保持不變。渦結構的存在是能量耗散的原因,流量越小,渦結構越多,小流量時揚程曲線在一個小范圍內波動的主要原因是渦結構使能量耗散造成的。由此可以說明,水泵水輪機小流量下揚程基本保持不變是由于導葉的存在致使渦結構產生能量耗散引起的。

  5結論水泵水輪機泵工況小流量下的揚程在20 ~70m3/s時基本保持不變。

  水泵水輪機小流量下的渦結構主要存在于導葉間以及轉輪向導葉的過渡段。泵工況小流量下靠近葉片背壓面出口處存在明顯的葉道渦。

  隨著流量的減少,渦結構逐漸增加,渦結構的尺度變大,渦的增加使能量耗散增多,導葉的存在是小流量下揚程曲線在小范圍內波動的原因。

  模型能夠準確地預測泵工況小流量下的外特性。

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