高水頭混流式水泵水輪機空化特性研究.pdf

1、高水頭抽水蓄能電站中的水泵水輪機，其運行水頭變幅大，流量（揚程）變幅大，水流流經(jīng)轉(zhuǎn)輪葉片時流速高，機組運行工況復(fù)雜多變，比常規(guī)水輪機更易發(fā)生空蝕?？栈瘒乐貢r將導(dǎo)致機組運行性能下降，甚至引起噪聲增大、振動加劇等不穩(wěn)定現(xiàn)象，嚴重威脅機組的安全穩(wěn)定運行。本文以某抽水蓄能電站水泵水輪機轉(zhuǎn)輪模型為研究對象，應(yīng)用CFX軟件對水泵水輪機轉(zhuǎn)輪在發(fā)電、抽水工況在不同水頭、流量下進行分析，得到各工況下的葉片正背面的壓力分布和空化預(yù)測結(jié)果，提出對機組運行工況

2、和轉(zhuǎn)輪修復(fù)的建議。主要工作包括以下幾個部分：
　　首先，對水泵水輪機的各個過流部件進行了幾何建模和網(wǎng)格劃分，并對網(wǎng)格進行無關(guān)性驗證。使用CFX軟件進行邊界條件設(shè)定，進行水輪機工況的定常數(shù)值模擬，數(shù)值計算結(jié)果表明：水輪機工況的空化主要發(fā)生在轉(zhuǎn)輪葉片吸力面出口邊靠近下環(huán)處和葉片壓力面出口邊處以及尾水管內(nèi)，且發(fā)生空化的情況隨著導(dǎo)葉開度的增大會越來越嚴重，隨著流量的增加，水輪機的初生空化數(shù)逐漸增大，相同條件下越容易發(fā)生空化現(xiàn)象，機組抵抗空

3、化侵蝕破壞的能力也就越差。
　　其次，對水泵工況進行定常數(shù)值模擬，根據(jù)計算結(jié)果可得：在水泵工況下，在葉片吸力面，小流量工況時僅在個別葉片進口邊出現(xiàn)低壓區(qū)，隨著流量的增加，低壓區(qū)轉(zhuǎn)移到葉片靠近下環(huán)的地方，且流量越大，低壓區(qū)面積越大；在葉片壓力面，小流量時葉片上的壓力分布比較均勻，沒有出現(xiàn)低壓區(qū)，隨著流量越來越大，在葉片進口邊出現(xiàn)低壓區(qū)，且面積也越來越大，但整體而言，壓力面的低壓區(qū)面積比吸力面的要小一些。另外，隨著進口壓力的不斷降低，

4、在葉片中間出現(xiàn)了脫流與漩渦，這也是使葉片產(chǎn)生空化的原因之一。
　　然后，對水泵水輪機低壓側(cè)安放角進行改型計算，發(fā)現(xiàn)當?shù)蛪簜?cè)安放角為152°和156°時，泵的臨界空化余量相比于原轉(zhuǎn)輪增加，對泵的空化性能并沒有得到提高，而當?shù)蛪簜?cè)安放角為158°時，泵的臨界空化余量為7.51m，相比于原轉(zhuǎn)輪的7.84m降低了0.33m，說明當增加低壓側(cè)安放角4°時，可以提高泵的空化性能。
　　最后分別對水輪機工況兩種不同的出口壓力工況進行了非定