葉片數量對水輪機性能的影響分析

石家莊風機廠 石家莊風機 石家莊市風機廠 石家莊風機維修 石家莊風機銷售在進行水輪機的性能研究過程中,如果數值模擬水頭不同或者轉速不同,同一個模型得到的性能參數也不同,因此若直接用數值模擬所得數據繪制水輪機的性能曲線,即便對從性能曲線上可以看出,型線a的水輪機過流能力,效率以及功率都略優于型線b的水輪機。從流場的角度可以解釋不同型線的水禍輪對水輪機的性能有微小差別的原因。為了便于對比分析,將用于比較的云圖左側的標尺調整到相同的區間,下文的流場圖均做該處理。葉型的差別造成葉片表面壓力分布的差異主要在葉片的進水邊和吸力面。如圖4.9所示,對于型線b,由于葉片進水邊有一定的厚度,射流水直接撞擊葉片前緣會形成局部高靜壓并消耗較大的能量損失。進水邊與吸力面由于結構突變,曲線邊界不連續,水流會在吸力面靠近進水邊的一側偏離葉片型線而形成低壓區,但是由于葉型b中間部分進行了減薄所以吸力面沒有在此處形成低壓區。如圖4.8所示,型線a的進口邊尖銳,水流直接沿葉片邊界繞流,進口邊低壓不明顯,不容易發生空化。但是葉型a中間圓弧段的圓弧半徑較小,曲率大,容易造成脫流,致使形成如圖4.10所示的低壓區,但該低壓區的壓力比圖4.11型線b低壓區的壓力值略高,但是隨著計算工況進口水壓的增大,差距也會步增大,存在空化的隱患。與型線b相比,型線a兩端非常窄,這對加工來說無疑是一個棘手的問題。另外,水禍輪材料選用的是聚縮酸,材質較軟,采用型線a也會增加加工失敗的風險。型線b中間段的減薄處理對流場有改善作用,而進口端面的加厚處理對流場起到了惡化的作用。但是整體而看,型線的變化對水輪機性能的影響并不大,為了便于加工,可以采用型線b來取代型線a。
4.3.2葉片數量對水輪機性能的影響分析
葉片在水禍輪上布置的數量多少會影響葉柵間距的大小,而葉柵間距直接影響葉輪的過流斷面的面積,因此水輪機的各項性能也會受到葉片數量的影響。斜擊式水輪機葉片數的合理確定應該滿足:一方面不因葉片過稀使水流質點漏射在葉片以外的地方,引起容積效率降低;另一方面,不因葉片過密導致轉輪出口處葉柵過密而引起出口速度過大,降低轉輪的水力效率。本文研究的水輪機出口結構跟典型的斜擊式水輪機結構不同,典型的斜擊式水輪機轉輪完全暴露在空氣中,必須安裝在下游水位之上,而本文研究的水輪機水流軸向通過葉片后有出水管回收能量。所以有必要對本文研究的水輪機葉片在水禍輪上的布置數量另外展開討論。本節探討了葉片數量范圍在24~48個時水禍輪對水輪機性能的影響,其中葉片在輪教上都周向均布。葉片數量為24、30、36、42和48個時,均布角度分別為15度、12度、10度、8.57度和7.5度,其中原型水禍輪葉片為36個。為了得到水輪機的性能曲線,同樣選用水輪機轉速為4000rpm,壓力進口分別為0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa、0.7MPa的六個工況進行模擬計算,通過模擬計算得到水輪機的水頭、功率和效率,從而得到水輪機4000rprn的水頭與流量關系曲線,水頭和功率關系曲線和水頭與效率關系曲線。由圖4.12可以看出,在0.2MPa
水壓時葉片數越多,此時的流量越小。所以通過將水輪機進口改為質量進口試算,以輸出力矩是否為正為判據發現,隨著禍輪葉片數量的減少,使得水輪機可以輸出力矩的最小流量在不斷增加;隨著水輪機水頭的增加,即水輪機進口水壓不斷增加,水輪機的流量不斷增加;隨著葉片數量的增加,相同工況下水輪機的流量變化不大,從圖中可以看出僅葉片數量增加到48個時,水輪機的流量在所有工況下受到了影響,全部都有所減少。如圖.13所示,葉片數量對水輪機出力的影響也都很小,除了 48個葉片的性能關系曲線,其他幾條曲線幾乎重合。從圖4.14可以看出,當葉片數量與原型水禍輪相比增多和減少12個以內時,水輪機的效率曲線無明顯區別;當葉片數量增加和減少大于12個時,水輪機的效率已經開始下降,其中48個葉片的水輪機模型效率最差。