叶片高度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 石家庄风机销售图4.15~4.18为0.6MPa的进口水压下不同叶片数的水祸轮静压云图,如图所示,当片数量小于48个时,叶片在受射流冲击的区域都呈局部高压,但随着叶片数量的增加,水祸轮的单个叶片压力面的高压范围和最大值都在逐渐减小。水祸轮的扭矩不仅与单个片承受的压力成正比,还与叶片数量成正比。虽然叶片数量的增多导致了叶片压力面静的下降,但是当叶片数量在24?42个时,叶片数量的增加仍然使水祸轮承受的总压力维持在原来的水平,所以水祸轮的功率基本没有受到叶片数量变化的影响。同样针对进口水压都为().6MPa的计算工况,在Flmnit中分别截取不同叶片的水滿轮相同进口位置的两个面,这两个面均与轴向垂直,由于速度方向为射流方向,所以速度方向均与截面成一夹角,速度分布见图4.19?4.20。受喷嘴射流冲击的区域流速明显高于叶顶和叶根附近流域,由于流道拥挤,48个叶片的水轮机过流能力降低,图4.20的速度值大范围内低于图4.19的速度值,通过质量加权平均,图4.20所示截面的速度值比图4.19所示截面的速度值低1.32m/s。参考压力云图,当叶片数量为48个时,由于两个叶片之间叶栅距的减小,叶片的压力面原本应该受喷嘴射流冲击的高压区域,因为相邻叶片的吸力面的影响而变为低压区,这导致整个水祸轮的力矩下降幅度大于水轮机流量的下降幅度,以至于水轮机的效率有明显下降。另外,水祸轮进口边受射流冲击,叶片数量的累积使得水祸轮的撞击损失也增大。因此,综上,叶片数量可以选择30~42个。通过计算和分析可知水轮机叶片数有较大的选择范围,而原模型水轮机的叶片数为36个,在该选择范围内,所以原模型的水祸轮叶片数量的布置是合理的。
4.3.3叶片高度对水轮机性能的影响分析
因为期望水轮机可以像离心系一样,通过切割叶片来满足不同性能的要求,所以这一小节不改变喷f结构尺寸和轮毂直径,只通过改变叶片高度来研究水祸轮对水轮机的性影响。为了保证叶片顶端的间隙泄漏量较少,每次修改模型时,顶端间隙都仍然定为0.1mm。由于本文研究的水祸轮的叶片是直叶片,叶片是在UG软件中直接拉伸叶片截面轮得到的,所以建模过程中可以通过改变叶片截面轮廓的拉伸量来实现水轮机模型的不同叶片高度。叶片高度的研究只需在适当的范围内进行:叶片高度小于0.8he.时无法研究,因为原模型喷贊出口椭圆中心并没有在水祸轮平均直径上,所以当叶片高度减小至0.8h。时,喷嘴出口椭圆的一部分就开始没有对到叶片;由于结构强度的限制,叶片高度也只能适当增加。所以本文只研究了叶片高度范围0.9h。?1.5h。时水轮机的性能,其中原模型的h,为4.35_,轮穀直径为43.9mm。此处需指出,随着叶片高度的增加,叶片高度与喷嘴出口直径的比值越来越大,不同模型的该比值在1.15~1.92之间。水轮机工况点的选取和性能曲线的绘制同上,H-Q关系曲线图、H-T1曲线和H-P曲线分别如图4.21~4.23。从性能曲线可以看出,水轮机其他结构尺寸不变时,相同的工况下,叶片高度的变化几乎不会引起水轮机流量的变化;水祸轮叶片越高,水轮机的效率越低,该趋势很明显,叶片高度从3.9_增加到6.5mm,效率在2公斤水压的工况下,效率最高可以相差10个百分点;水满轮叶片越高,输出功率越小。所以说简单的增加叶片高度并不能提高该种水轮机自身的性能,相反,增加叶片高度会得到相反的效果。另外,在结构允许的条件下,随着叶片高度的减少,叶片高度与喷嘴出口段直径(3.4mm)比值越来越小,如图4.22和图4.23所示,水轮机的功率和效率也越来越大,该比值设计时可以在1.15~1.54之间选择,但越小越好。原模塑叶片高度与喷嘴出口段直後的比值为1.28,此时效率和功率处于较高从不同叶片高度的水祸轮叶片顶端速度分布可以明显看出,叶片高度增加到1.5h,.后,叶片顶端的流速明显开始下降,由于该情况下叶片顶端没有直接受喷嘴射流的冲击,叶片进口瑞流运动不剧烈,叶片顶端整体速度较低且流速均勻。结合图4.24和图4.25得知,当叶片高度增加时由于叶片顶端速度比较低,而受射流冲击得流域流速比较大,导致叶间水流沿径向掺混,从而形成了旋祸,而原模型叶间水流速度较为均勻,未形成旋祸。因此从内部流场分析可知,叶片单纯增高不能提高水轮机性能其实是水祸轮和喷嘴之间存在一定的匹配关系,本章第五小节将针对这个问题展开详细讨论