高水頭混流式水泵水輪機(jī)空化特性研究.pdf

1、高水頭抽水蓄能電站中的水泵水輪機(jī)，其運(yùn)行水頭變幅大，流量（揚(yáng)程）變幅大，水流流經(jīng)轉(zhuǎn)輪葉片時(shí)流速高，機(jī)組運(yùn)行工況復(fù)雜多變，比常規(guī)水輪機(jī)更易發(fā)生空蝕?？栈瘒?yán)重時(shí)將導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行性能下降，甚至引起噪聲增大、振動(dòng)加劇等不穩(wěn)定現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文以某抽水蓄能電站水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪模型為研究對象，應(yīng)用CFX軟件對水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪在發(fā)電、抽水工況在不同水頭、流量下進(jìn)行分析，得到各工況下的葉片正背面的壓力分布和空化預(yù)測結(jié)果，提出對機(jī)組運(yùn)行工況

2、和轉(zhuǎn)輪修復(fù)的建議。主要工作包括以下幾個(gè)部分：
　　首先，對水泵水輪機(jī)的各個(gè)過流部件進(jìn)行了幾何建模和網(wǎng)格劃分，并對網(wǎng)格進(jìn)行無關(guān)性驗(yàn)證。使用CFX軟件進(jìn)行邊界條件設(shè)定，進(jìn)行水輪機(jī)工況的定常數(shù)值模擬，數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明：水輪機(jī)工況的空化主要發(fā)生在轉(zhuǎn)輪葉片吸力面出口邊靠近下環(huán)處和葉片壓力面出口邊處以及尾水管內(nèi)，且發(fā)生空化的情況隨著導(dǎo)葉開度的增大會越來越嚴(yán)重，隨著流量的增加，水輪機(jī)的初生空化數(shù)逐漸增大，相同條件下越容易發(fā)生空化現(xiàn)象，機(jī)組抵抗空

3、化侵蝕破壞的能力也就越差。
　　其次，對水泵工況進(jìn)行定常數(shù)值模擬，根據(jù)計(jì)算結(jié)果可得：在水泵工況下，在葉片吸力面，小流量工況時(shí)僅在個(gè)別葉片進(jìn)口邊出現(xiàn)低壓區(qū)，隨著流量的增加，低壓區(qū)轉(zhuǎn)移到葉片靠近下環(huán)的地方，且流量越大，低壓區(qū)面積越大；在葉片壓力面，小流量時(shí)葉片上的壓力分布比較均勻，沒有出現(xiàn)低壓區(qū)，隨著流量越來越大，在葉片進(jìn)口邊出現(xiàn)低壓區(qū)，且面積也越來越大，但整體而言，壓力面的低壓區(qū)面積比吸力面的要小一些。另外，隨著進(jìn)口壓力的不斷降低，

4、在葉片中間出現(xiàn)了脫流與漩渦，這也是使葉片產(chǎn)生空化的原因之一。
　　然后，對水泵水輪機(jī)低壓側(cè)安放角進(jìn)行改型計(jì)算，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)蛪簜?cè)安放角為152°和156°時(shí)，泵的臨界空化余量相比于原轉(zhuǎn)輪增加，對泵的空化性能并沒有得到提高，而當(dāng)?shù)蛪簜?cè)安放角為158°時(shí)，泵的臨界空化余量為7.51m，相比于原轉(zhuǎn)輪的7.84m降低了0.33m，說明當(dāng)增加低壓側(cè)安放角4°時(shí)，可以提高泵的空化性能。
　　最后分別對水輪機(jī)工況兩種不同的出口壓力工況進(jìn)行了非定