葉片高度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 石家莊風機銷售圖4.15~4.18為0.6MPa的進口水壓下不同葉片數的水禍輪靜壓云圖,如圖所示,當片數量小于48個時,葉片在受射流沖擊的區域都呈局部高壓,但隨著葉片數量的增加,水禍輪的單個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片承受的壓力成正比,還與葉片數量成正比。雖然葉片數量的增多導致了葉片壓力面靜的下降,但是當葉片數量在24?42個時,葉片數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量變化的影響。同樣針對進口水壓都為().6MPa的計算工況,在Flmnit中分別截取不同葉片的水滿輪相同進口位置的兩個面,這兩個面均與軸向垂直,由于速度方向為射流方向,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域流速明顯高于葉頂和葉根附近流域,由于流道擁擠,48個葉片的水輪機過流能力降低,圖4.20的速度值大范圍內低于圖4.19的速度值,通過質量加權平均,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。參考壓力云圖,當葉片數量為48個時,由于兩個葉片之間葉柵距的減小,葉片的壓力面原本應該受噴嘴射流沖擊的高壓區域,因為相鄰葉片的吸力面的影響而變為低壓區,這導致整個水禍輪的力矩下降幅度大于水輪機流量的下降幅度,以至于水輪機的效率有明顯下降。另外,水禍輪進口邊受射流沖擊,葉片數量的累積使得水禍輪的撞擊損失也增大。因此,綜上,葉片數量可以選擇30~42個。通過計算和分析可知水輪機葉片數有較大的選擇范圍,而原模型水輪機的葉片數為36個,在該選擇范圍內,所以原模型的水禍輪葉片數量的布置是合理的。
4.3.3葉片高度對水輪機性能的影響分析
因為期望水輪機可以像離心系一樣,通過切割葉片來滿足不同性能的要求,所以這一小節不改變噴f結構尺寸和輪轂直徑,只通過改變葉片高度來研究水禍輪對水輪機的性影響。為了保證葉片頂端的間隙泄漏量較少,每次修改模型時,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葉片截面輪廓的拉伸量來實現水輪機模型的不同葉片高度。葉片高度的研究只需在適當的范圍內進行:葉片高度小于0.8he.時無法研究,因為原模型噴贊出口橢圓中心并沒有在水禍輪平均直徑上,所以當葉片高度減小至0.8h。時,噴嘴出口橢圓的一部分就開始沒有對到葉片;由于結構強度的限制,葉片高度也只能適當增加。所以本文只研究了葉片高度范圍0.9h。?1.5h。時水輪機的性能,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。水輪機工況點的選取和性能曲線的繪制同上,H-Q關系曲線圖、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,水輪機其他結構尺寸不變時,相同的工況下,葉片高度的變化幾乎不會引起水輪機流量的變化;水禍輪葉片越高,水輪機的效率越低,該趨勢很明顯,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個百分點;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自身的性能,相反,增加葉片高度會得到相反的效果。另外,在結構允許的條件下,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,水輪機的功率和效率也越來越大,該比值設計時可以在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,葉片進口瑞流運動不劇烈,葉片頂端整體速度較低且流速均勻。結合圖4.24和圖4.25得知,當葉片高度增加時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。因此從內部流場分析可知,葉片單純增高不能提高水輪機性能其實是水禍輪和噴嘴之間存在一定的匹配關系,本章第五小節將針對這個問題展開詳細討論