叶片数量对水轮机性能的影响分析

石家庄风机厂 石家庄风机 石家庄市风机厂 石家庄风机维修 石家庄风机销售在进行水轮机的性能研究过程中,如果数值模拟水头不同或者转速不同,同一个模型得到的性能参数也不同,因此若直接用数值模拟所得数据绘制水轮机的性能曲线,即便对从性能曲线上可以看出,型线a的水轮机过流能力,效率以及功率都略优于型线b的水轮机。从流场的角度可以解释不同型线的水祸轮对水轮机的性能有微小差别的原因。为了便于对比分析,将用于比较的云图左侧的标尺调整到相同的区间,下文的流场图均做该处理。叶型的差别造成叶片表面压力分布的差异主要在叶片的进水边和吸力面。如图4.9所示,对于型线b,由于叶片进水边有一定的厚度,射流水直接撞击叶片前缘会形成局部高静压并消耗较大的能量损失。进水边与吸力面由于结构突变,曲线边界不连续,水流会在吸力面靠近进水边的一侧偏离叶片型线而形成低压区,但是由于叶型b中间部分进行了减薄所以吸力面没有在此处形成低压区。如图4.8所示,型线a的进口边尖锐,水流直接沿叶片边界绕流,进口边低压不明显,不容易发生空化。但是叶型a中间圆弧段的圆弧半径较小,曲率大,容易造成脱流,致使形成如图4.10所示的低压区,但该低压区的压力比图4.11型线b低压区的压力值略高,但是随着计算工况进口水压的增大,差距也会步增大,存在空化的隐患。与型线b相比,型线a两端非常窄,这对加工来说无疑是一个棘手的问题。另外,水祸轮材料选用的是聚缩酸,材质较软,采用型线a也会增加加工失败的风险。型线b中间段的减薄处理对流场有改善作用,而进口端面的加厚处理对流场起到了恶化的作用。但是整体而看,型线的变化对水轮机性能的影响并不大,为了便于加工,可以采用型线b来取代型线a。
4.3.2叶片数量对水轮机性能的影响分析
叶片在水祸轮上布置的数量多少会影响叶栅间距的大小,而叶栅间距直接影响叶轮的过流断面的面积,因此水轮机的各项性能也会受到叶片数量的影响。斜击式水轮机叶片数的合理确定应该满足:一方面不因叶片过稀使水流质点漏射在叶片以外的地方,引起容积效率降低;另一方面,不因叶片过密导致转轮出口处叶栅过密而引起出口速度过大,降低转轮的水力效率。本文研究的水轮机出口结构跟典型的斜击式水轮机结构不同,典型的斜击式水轮机转轮完全暴露在空气中,必须安装在下游水位之上,而本文研究的水轮机水流轴向通过叶片后有出水管回收能量。所以有必要对本文研究的水轮机叶片在水祸轮上的布置数量另外展开讨论。本节探讨了叶片数量范围在24~48个时水祸轮对水轮机性能的影响,其中叶片在轮教上都周向均布。叶片数量为24、30、36、42和48个时,均布角度分别为15度、12度、10度、8.57度和7.5度,其中原型水祸轮叶片为36个。为了得到水轮机的性能曲线,同样选用水轮机转速为4000rpm,压力进口分别为0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa、0.7MPa的六个工况进行模拟计算,通过模拟计算得到水轮机的水头、功率和效率,从而得到水轮机4000rprn的水头与流量关系曲线,水头和功率关系曲线和水头与效率关系曲线。由图4.12可以看出,在0.2MPa
水压时叶片数越多,此时的流量越小。所以通过将水轮机进口改为质量进口试算,以输出力矩是否为正为判据发现,随着祸轮叶片数量的减少,使得水轮机可以输出力矩的最小流量在不断增加;随着水轮机水头的增加,即水轮机进口水压不断增加,水轮机的流量不断增加;随着叶片数量的增加,相同工况下水轮机的流量变化不大,从图中可以看出仅叶片数量增加到48个时,水轮机的流量在所有工况下受到了影响,全部都有所减少。如图.13所示,叶片数量对水轮机出力的影响也都很小,除了 48个叶片的性能关系曲线,其他几条曲线几乎重合。从图4.14可以看出,当叶片数量与原型水祸轮相比增多和减少12个以内时,水轮机的效率曲线无明显区别;当叶片数量增加和减少大于12个时,水轮机的效率已经开始下降,其中48个叶片的水轮机模型效率最差。