混流式水泵水轮机轴向水推力计算方法

发布时间：2021-09-06 08:52

　　混流式水泵水轮机的轴向水推力对机组的结构设计和安全运行影响重大,但关于水推力精确计算的研究较少。对此,首先理论上阐释了轴向水推力的组成成分并进行各成分的机理分析。依靠CFD分析技术和相关测试技术进一步对某混流式蓄能机组的轴向水推力进行了数值计算和两个方案的现场测试,经过相互分析验证比较,最终掌握了混流式水泵水轮机轴向水推力的变化规律并提供了一种较为准确的计算方法。研究成果为深入分析奠定了基础。 

【文章来源】：水电能源科学. 2020,38(01)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

轴向水推力的机理示意图

根据某水泵水轮机的真机结构进行流体域实体建模，计算域包括部分无叶区（转轮与导叶之间的空腔）、转轮上冠进口、转轮上止漏环及主轴密封前流道、转轮下环进口、转轮下止漏环及转轮出口流道和部分尾水管流道。由于计算域圆周对称，只取1/8模型进行分析，模型两侧对称面做旋转耦合约束。无叶区上游为流量矢量进口，无叶区下游为压力出口，上止漏环内侧为压力自由进出口，尾水上游为压力进口，尾水下游为流速出口，其余面为固壁边界，其中转轮面为固壁旋转面。机组额定转速为428.6rpm。CFD数值计算模型见图3。计算机组在不同出力（160、180、210、240、270、300 MW）下的水轮机最大水头工况水推力Tmax、水轮机额定水头工况水推力Tr、水轮机最小水头工况水推力Tmin。数值模拟计算收敛精度为10-6，计算结果见表1。

方案1、2的测试结果对比见图4。由图4可知：(1)方案1、2的测试结果误差基本在5%左右。(2)机组停机到机组启动过程中，轴向水推力大幅变化，轴向水推力方向由向上变为向下，变化幅值约为150～300t。随着机组负荷的增加，轴向水推力正向增加，这是因机组流量、导叶开度和上下游水位的动态变化引起的。机组水轮机工况在额定出力300 MW运行时，轴向水推力基本向上，可以预见，机组在水轮机工况长期运行后，轴向水推力还会继续正向增加。(3)机组水轮机工况运行过程中，相同出力条件下，额定水头工况Tr的轴向水推力最大，最小水头工况Tmin的轴向水推力其次，最大水头工况Tmax的轴向水推力最小。这可能是因为机组在额定水头Tr下流量最大，最小水头Tmin下流量较大，最大水头Tmax下流量最小，且额定水头Tr和最小水头Tmin下尾水管吸出高度较大，最大水头Tmax下尾水管吸出高度较小。5 数值计算结果与测试结果对比

【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
[1]水轮机转轮间隙流动数值模拟及参数化网格生成[D]. 刘朝.华中科技大学 2011



本文编号：3387155