叶片参数对水泵水轮机转轮水力性能的影响
发布时间：2021-07-31 17:40
近年来,抽水蓄能电站的发展脚步正逐步加快,水泵水轮机组作为抽水蓄能电站的核心部件,既要作为水泵运行,又要作为水轮机运行,其水力性能直接影响着电站的发电效益。转轮可谓是水泵水轮机的“心脏”,水泵工况扬程和水轮机工况水头对转轮设计具有重要影响,目前水泵水轮机正朝着高水头方向不断发展,转轮设计难度也不断加大,转轮的做功能力和各方面水力性能亟待加强。基于此,选择性能优良的转轮对水泵水轮机的性能保障起着至关重要的作用,本文将从改变叶片参数出发,讨论叶片参数对水泵水轮机转轮各性能的影响,从而为水泵水轮机转轮的设计提供参考性的依据。文章采用Turbodesign软件进行转轮叶片的设计,该软件基于三维反问题设计方法,设计过程中,需确定转轮叶片的基本设计参数,如扬程、流量、转速等,并通过调整叶片载荷分布规律及叶片高压边倾角等参数来获得叶片形状。因水泵水轮机转轮作水泵工况运行时,其扬程特性和空化特性较难满足,故按水泵工况设计转轮叶片,并通过CFD计算校核水轮机工况性能。为了研究叶片载荷分布规律对水泵工况转轮空化性能的影响,以及叶片高压边倾角对水轮机工况无叶区压力脉动的影响,文章分别选取特定参数的转轮进行研...
【文章来源】：西华大学四川省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
模型转轮轴面投影图
中，hη 为泵工况的保证效率，thH 为理论扬程，pH 为实际扬程，refU 圆周速度，thY 即为所求的 TE 处的速度环量。轴面流线的载荷分布规律通过图 2.2 进行调整，两条线分别控制上冠和形式，每条载荷分布曲线均由三部分组成，即叶片进口处的抛物线、以及叶片出口处的抛物线。叶片设计过程中，主要通过 8 个参数来控制荷分布形式，包括上冠和下环的前缘载荷值（DRVT），前后段抛物线接的位置 NC 和 ND，以及直线部分的斜率值，通过改变 8 个参数确定主要分为三种：前向受载、中部受载以及后向受载。因为叶片载荷决面压差，所以叶片载荷分布在很大程度上决定了叶片的做功能力，正片载荷分布规律显得尤为重要。上可知，叶片载荷分布主要是确定 8 个参数的取值，即 DRVTH、DCS、NDH、NDS、SLOPEH、SLOPES。叶片载荷决定了叶片扭曲度，功能力，及空化等水力性能。
（3）叶片高压边倾角在 Turbodesign 软件中，可通过给定叶片高压边倾角，来改善叶片进出口的流动态。图 2.3 给出了叶片高压边倾角的定义，图中θ角和β角的关系如式（2.5）所示。22arctan2Dβ θb = （2.5式中，θ角为叶片高压边倾角，β角为叶片高压边的倾斜角，D2为转轮外径，为叶片高压边的轴向高度。由上式可知，叶片高压边的倾斜角β越大时，叶片高压倾角θ越大。该软件中，叶片高压边倾角正负值的确定规则为：以泵工况为例，确定叶片下位置不动，若叶片上冠位置朝着转轮旋转方向倾斜时，叶片高压边倾角为正值，若斜方向同旋转方向相反时，叶片高压边倾角为负值。高压边倾角的正负值会影响转进出口的流动状态，所以，可从改变叶片高压边倾角出发，去改善叶片高压边附近压力脉动特性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于CFD的高水头水泵水轮机空化性能研究[J]. 李刚,侯为林,王浩,秦鸿哲,朱国俊. 电网与清洁能源. 2017(04)
[2]水泵水轮机泵工况非设计工况流态与压力脉动分析[J]. 朱迪,肖若富,陶然,刘伟超. 农业机械学报. 2016(12)
[3]叶片低压边的轴面位置对高水头水泵水轮机空化性能的影响[J]. 阮辉,廖伟丽,罗兴锜,赵亚萍,秦鸿哲,杨众杰. 农业工程学报. 2016(16)
[4]水泵水轮机在水轮机工况下压力脉动特性[J]. 钱忠东,陆杰,郭志伟,张建军. 排灌机械工程学报. 2016(08)
[5]水泵水轮机转轮区域脉动特性分析[J]. 李仁年,谭海燕,李琪飞,聂国奎,刘超. 排灌机械工程学报. 2015(12)
[6]叶片厚度对低比转数离心泵性能的影响[J]. 赵伟国,刘明,刘宜,盛建萍,宋启策. 排灌机械工程学报. 2015(12)
[7]异常低水头对水泵水轮机压力脉动的影响[J]. 李琪飞,谭海燕,李仁年,蒋雷,吕文娟. 排灌机械工程学报. 2016(02)
[8]叶片厚度对混流式核主泵叶轮能量性能影响研究[J]. 杨敏官,陆胜,高波,王达,王俊. 流体机械. 2015(05)
[9]基于叶片载荷分布的离心泵叶轮水力性能优化[J]. 江伟,李国君,张新盛. 哈尔滨工程大学学报. 2015(04)
[10]混流式模型水轮机空化流动分析与试验研究[J]. 王磊,娄瑜,王照福. 排灌机械工程学报. 2014(09)
博士论文
[1]离心泵叶片前缘空化非定常流动机理及动力学特性研究[D]. 李晓俊.江苏大学 2013
[2]不可压缩湍流大涡模拟研究[D]. 邓小兵.中国空气动力研究与发展中心 2008
硕士论文
[1]基于叶片载荷分布的离心泵水力性能研究[D]. 陈健康.浙江理工大学 2017
[2]部分负荷工况下水泵水轮机空化流动特性研究[D]. 刘超.兰州理工大学 2016
本文编号：3313902
【文章来源】：西华大学四川省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
模型转轮轴面投影图
中，hη 为泵工况的保证效率，thH 为理论扬程，pH 为实际扬程，refU 圆周速度，thY 即为所求的 TE 处的速度环量。轴面流线的载荷分布规律通过图 2.2 进行调整，两条线分别控制上冠和形式，每条载荷分布曲线均由三部分组成，即叶片进口处的抛物线、以及叶片出口处的抛物线。叶片设计过程中，主要通过 8 个参数来控制荷分布形式，包括上冠和下环的前缘载荷值（DRVT），前后段抛物线接的位置 NC 和 ND，以及直线部分的斜率值，通过改变 8 个参数确定主要分为三种：前向受载、中部受载以及后向受载。因为叶片载荷决面压差，所以叶片载荷分布在很大程度上决定了叶片的做功能力，正片载荷分布规律显得尤为重要。上可知，叶片载荷分布主要是确定 8 个参数的取值，即 DRVTH、DCS、NDH、NDS、SLOPEH、SLOPES。叶片载荷决定了叶片扭曲度，功能力，及空化等水力性能。
（3）叶片高压边倾角在 Turbodesign 软件中，可通过给定叶片高压边倾角，来改善叶片进出口的流动态。图 2.3 给出了叶片高压边倾角的定义，图中θ角和β角的关系如式（2.5）所示。22arctan2Dβ θb = （2.5式中，θ角为叶片高压边倾角，β角为叶片高压边的倾斜角，D2为转轮外径，为叶片高压边的轴向高度。由上式可知，叶片高压边的倾斜角β越大时，叶片高压倾角θ越大。该软件中，叶片高压边倾角正负值的确定规则为：以泵工况为例，确定叶片下位置不动，若叶片上冠位置朝着转轮旋转方向倾斜时，叶片高压边倾角为正值，若斜方向同旋转方向相反时，叶片高压边倾角为负值。高压边倾角的正负值会影响转进出口的流动状态，所以，可从改变叶片高压边倾角出发，去改善叶片高压边附近压力脉动特性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于CFD的高水头水泵水轮机空化性能研究[J]. 李刚,侯为林,王浩,秦鸿哲,朱国俊. 电网与清洁能源. 2017(04)
[2]水泵水轮机泵工况非设计工况流态与压力脉动分析[J]. 朱迪,肖若富,陶然,刘伟超. 农业机械学报. 2016(12)
[3]叶片低压边的轴面位置对高水头水泵水轮机空化性能的影响[J]. 阮辉,廖伟丽,罗兴锜,赵亚萍,秦鸿哲,杨众杰. 农业工程学报. 2016(16)
[4]水泵水轮机在水轮机工况下压力脉动特性[J]. 钱忠东,陆杰,郭志伟,张建军. 排灌机械工程学报. 2016(08)
[5]水泵水轮机转轮区域脉动特性分析[J]. 李仁年,谭海燕,李琪飞,聂国奎,刘超. 排灌机械工程学报. 2015(12)
[6]叶片厚度对低比转数离心泵性能的影响[J]. 赵伟国,刘明,刘宜,盛建萍,宋启策. 排灌机械工程学报. 2015(12)
[7]异常低水头对水泵水轮机压力脉动的影响[J]. 李琪飞,谭海燕,李仁年,蒋雷,吕文娟. 排灌机械工程学报. 2016(02)
[8]叶片厚度对混流式核主泵叶轮能量性能影响研究[J]. 杨敏官,陆胜,高波,王达,王俊. 流体机械. 2015(05)
[9]基于叶片载荷分布的离心泵叶轮水力性能优化[J]. 江伟,李国君,张新盛. 哈尔滨工程大学学报. 2015(04)
[10]混流式模型水轮机空化流动分析与试验研究[J]. 王磊,娄瑜,王照福. 排灌机械工程学报. 2014(09)
博士论文
[1]离心泵叶片前缘空化非定常流动机理及动力学特性研究[D]. 李晓俊.江苏大学 2013
[2]不可压缩湍流大涡模拟研究[D]. 邓小兵.中国空气动力研究与发展中心 2008
硕士论文
[1]基于叶片载荷分布的离心泵水力性能研究[D]. 陈健康.浙江理工大学 2017
[2]部分负荷工况下水泵水轮机空化流动特性研究[D]. 刘超.兰州理工大学 2016
本文编号：3313902
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