葉片高度對(duì)水輪機(jī)性能的影響分析

石家莊風(fēng)機(jī)廠 石家莊風(fēng)機(jī) 石家莊市風(fēng)機(jī)廠 石家莊風(fēng)機(jī)維修 石家莊風(fēng)機(jī)銷售圖4.15~4.18為0.6MPa的進(jìn)口水壓下不同葉片數(shù)的水禍輪靜壓云圖,如圖所示,當(dāng)片數(shù)量小于48個(gè)時(shí),葉片在受射流沖擊的區(qū)域都呈局部高壓,但隨著葉片數(shù)量的增加,水禍輪的單個(gè)葉片壓力面的高壓范圍和最大值都在逐漸減小。水禍輪的扭矩不僅與單個(gè)片承受的壓力成正比,還與葉片數(shù)量成正比。雖然葉片數(shù)量的增多導(dǎo)致了葉片壓力面靜的下降,但是當(dāng)葉片數(shù)量在24?42個(gè)時(shí),葉片數(shù)量的增加仍然使水禍輪承受的總壓力維持在原來的水平,所以水禍輪的功率基本沒有受到葉片數(shù)量變化的影響。同樣針對(duì)進(jìn)口水壓都為().6MPa的計(jì)算工況,在Flmnit中分別截取不同葉片的水滿輪相同進(jìn)口位置的兩個(gè)面,這兩個(gè)面均與軸向垂直,由于速度方向?yàn)樯淞鞣较?所以速度方向均與截面成一夾角,速度分布見圖4.19?4.20。受噴嘴射流沖擊的區(qū)域流速明顯高于葉頂和葉根附近流域,由于流道擁擠,48個(gè)葉片的水輪機(jī)過流能力降低,圖4.20的速度值大范圍內(nèi)低于圖4.19的速度值,通過質(zhì)量加權(quán)平均,圖4.20所示截面的速度值比圖4.19所示截面的速度值低1.32m/s。參考?jí)毫υ茍D,當(dāng)葉片數(shù)量為48個(gè)時(shí),由于兩個(gè)葉片之間葉柵距的減小,葉片的壓力面原本應(yīng)該受噴嘴射流沖擊的高壓區(qū)域,因?yàn)橄噜徣~片的吸力面的影響而變?yōu)榈蛪簠^(qū),這導(dǎo)致整個(gè)水禍輪的力矩下降幅度大于水輪機(jī)流量的下降幅度,以至于水輪機(jī)的效率有明顯下降。另外,水禍輪進(jìn)口邊受射流沖擊,葉片數(shù)量的累積使得水禍輪的撞擊損失也增大。因此,綜上,葉片數(shù)量可以選擇30~42個(gè)。通過計(jì)算和分析可知水輪機(jī)葉片數(shù)有較大的選擇范圍,而原模型水輪機(jī)的葉片數(shù)為36個(gè),在該選擇范圍內(nèi),所以原模型的水禍輪葉片數(shù)量的布置是合理的。
4.3.3葉片高度對(duì)水輪機(jī)性能的影響分析
因?yàn)槠谕啓C(jī)可以像離心系一樣,通過切割葉片來滿足不同性能的要求,所以這一小節(jié)不改變噴f結(jié)構(gòu)尺寸和輪轂直徑,只通過改變?nèi)~片高度來研究水禍輪對(duì)水輪機(jī)的性影響。為了保證葉片頂端的間隙泄漏量較少,每次修改模型時(shí),頂端間隙都仍然定為0.1mm。由于本文研究的水禍輪的葉片是直葉片,葉片是在UG軟件中直接拉伸葉片截面輪得到的,所以建模過程中可以通過改變?nèi)~片截面輪廓的拉伸量來實(shí)現(xiàn)水輪機(jī)模型的不同葉片高度。葉片高度的研究只需在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)進(jìn)行:葉片高度小于0.8he.時(shí)無法研究,因?yàn)樵Ｐ蛧娰澇隹跈E圓中心并沒有在水禍輪平均直徑上,所以當(dāng)葉片高度減小至0.8h。時(shí),噴嘴出口橢圓的一部分就開始沒有對(duì)到葉片;由于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制,葉片高度也只能適當(dāng)增加。所以本文只研究了葉片高度范圍0.9h。?1.5h。時(shí)水輪機(jī)的性能,其中原模型的h,為4.35_,輪穀直徑為43.9mm。此處需指出,隨著葉片高度的增加,葉片高度與噴嘴出口直徑的比值越來越大,不同模型的該比值在1.15~1.92之間。水輪機(jī)工況點(diǎn)的選取和性能曲線的繪制同上,H-Q關(guān)系曲線圖、H-T1曲線和H-P曲線分別如圖4.21~4.23。從性能曲線可以看出,水輪機(jī)其他結(jié)構(gòu)尺寸不變時(shí),相同的工況下,葉片高度的變化幾乎不會(huì)引起水輪機(jī)流量的變化;水禍輪葉片越高,水輪機(jī)的效率越低,該趨勢(shì)很明顯,葉片高度從3.9_增加到6.5mm,效率在2公斤水壓的工況下,效率最高可以相差10個(gè)百分點(diǎn);水滿輪葉片越高,輸出功率越小。所以說簡單的增加葉片高度并不能提高該種水輪機(jī)自身的性能,相反,增加葉片高度會(huì)得到相反的效果。另外,在結(jié)構(gòu)允許的條件下,隨著葉片高度的減少,葉片高度與噴嘴出口段直徑(3.4mm)比值越來越小,如圖4.22和圖4.23所示,水輪機(jī)的功率和效率也越來越大,該比值設(shè)計(jì)時(shí)可以在1.15~1.54之間選擇,但越小越好。原模塑葉片高度與噴嘴出口段直後的比值為1.28,此時(shí)效率和功率處于較高從不同葉片高度的水禍輪葉片頂端速度分布可以明顯看出,葉片高度增加到1.5h,.后,葉片頂端的流速明顯開始下降,由于該情況下葉片頂端沒有直接受噴嘴射流的沖擊,葉片進(jìn)口瑞流運(yùn)動(dòng)不劇烈,葉片頂端整體速度較低且流速均勻。結(jié)合圖4.24和圖4.25得知,當(dāng)葉片高度增加時(shí)由于葉片頂端速度比較低,而受射流沖擊得流域流速比較大,導(dǎo)致葉間水流沿徑向摻混,從而形成了旋禍,而原模型葉間水流速度較為均勻,未形成旋禍。因此從內(nèi)部流場(chǎng)分析可知,葉片單純?cè)龈卟荒芴岣咚啓C(jī)性能其實(shí)是水禍輪和噴嘴之間存在一定的匹配關(guān)系,本章第五小節(jié)將針對(duì)這個(gè)問題展開詳細(xì)討論