大型混流式水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的研究.pdf

1、本文首先應(yīng)用CFD技術(shù)和水力設(shè)計CAD軟件對深圳抽水蓄能電站水泵水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪進(jìn)行了泵工況水力性能優(yōu)化，研究結(jié)果表明：影響水泵工況揚程的主要因素是轉(zhuǎn)輪的出口直徑；影響水泵工況空化性能的主要因素是葉片的進(jìn)口邊位置以及葉片進(jìn)口處的翼型形狀。同時，探討了在沒有參考模型轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線下如何預(yù)測水泵水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪水輪機(jī)工況性能的方法；并應(yīng)用理論上的和統(tǒng)計規(guī)律的水泵工況與水輪機(jī)工況的參數(shù)匹配關(guān)系深入研究了深圳電站水泵水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪兩種工況水力參數(shù)

2、的匹配問題以及這兩種工況下轉(zhuǎn)輪流場的差異；從兩種工況的流場分析得出轉(zhuǎn)輪進(jìn)出口軸面速度、速度矩的分布規(guī)律以及水輪機(jī)工況下導(dǎo)葉內(nèi)水力損失情況，并對比分析了水泵工況與水輪機(jī)工況空化性能的優(yōu)劣，可為水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的設(shè)計和研究提供參考數(shù)據(jù)。通過深圳電站水泵水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪水泵工況和水輪機(jī)工況性能的研究發(fā)現(xiàn)：用水泵工況優(yōu)先、水輪機(jī)工況校核的步序進(jìn)行選型并對其進(jìn)行泵工況水力設(shè)計的方法，是合理的。 接著，應(yīng)用三維湍流CFD技術(shù)對寶泉抽水蓄能電站模

3、型轉(zhuǎn)輪泵工況進(jìn)行了單流道流場計算與分析，預(yù)測了泵工況揚程、效率、空化性能、轉(zhuǎn)輪內(nèi)部流場的速度、速度矩的分布規(guī)律，并將其性能與試驗進(jìn)行比較，得出了如下結(jié)論：CFD計算所預(yù)測的揚程比試驗揚程高3.5m左右，誤差約為7％：空化性能NPSH值在最優(yōu)工況附近預(yù)測準(zhǔn)確，在大流量區(qū)和小流量區(qū)，NPSH計算值與模型試驗值相差很大，大流量時差值最大，達(dá)到3m。在寶泉電站轉(zhuǎn)輪流場分析與試驗分析的基礎(chǔ)上，比較了寶泉與深圳兩電站的模型轉(zhuǎn)輪泵工況流場以及水力參數(shù)

4、，發(fā)現(xiàn)，深圳電站水泵水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪的水力參數(shù)選擇合理，但是空化性能和葉片進(jìn)口流場不如寶泉電站水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，進(jìn)而可見國內(nèi)大型水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的研究還有許多工作要做。 再者，應(yīng)用氣液兩相流VOF空化模型，采取依次減少模型轉(zhuǎn)輪水泵工況進(jìn)口壓力的方法對寶泉電站模型轉(zhuǎn)輪水泵工況進(jìn)行了空化流場的計算。研究發(fā)現(xiàn)：VOF空化模型能較好地預(yù)測轉(zhuǎn)輪水泵工況的空化性能，在最優(yōu)工況時所預(yù)測的NPSH與試驗值相差很??；大小流量時所預(yù)測的NPSH值與試驗值

5、也相差不多，大約在0.5m～0.85m之間，比非空化流場計算的NPSH與試驗的差值小2～6倍；同時還預(yù)測了轉(zhuǎn)輪發(fā)生空化的部位，這為水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪運行提供了參考價值。 最后，研究了轉(zhuǎn)輪葉片過流表面粗糙度對水泵水輪機(jī)泵工況下效率與空化的影響。采用對數(shù)律壁面函數(shù)與三維定常k-ε湍流模型相結(jié)合的方法，在考慮粗糙度影響的基礎(chǔ)上，對水泵水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪泵工況下的內(nèi)部流場進(jìn)行了模擬，并對模擬結(jié)果進(jìn)行了分析；同時，利用轉(zhuǎn)輪內(nèi)部流場數(shù)據(jù)與微觀粗糙表