波状前缘叶轮对轴流式水力机械水力性能的影响

波状前缘叶轮对轴流式水力机械水力性能的影响

乐泽策

华电福新能源有限公司池潭水力发电厂，福建 泰宁 354400

摘要：轴向液压机被广泛使用，例如用于向农场供水的轴向泵和城市雨水管道。轴向液压机的实际运行情况非常复杂，当轴向液压机的运行偏离设计运行状态时，轴向液压机的液压性能明显较低，国内外学者对此进行了大量研究。研究人员发现流场对轴向泵有重要影响，导叶在泵输出流量中起着重要作用。导轨可大幅减少回档和出风口，提高轴流泵输出流量，减少能量损失。同时发现，对于不同的工作方式，可以通过调整后导叶的放置角度来改变导叶输出的流体速度，以满足最佳流动要求，提高轴向液压机的液压性能。在轴流式喷水泵中还发现水的不均匀性和间距等，可严重影响轴流喷水泵的水力性能。因此，不同轴向液压机的内部流动对泵的运转和效率有明显影响，采用有效的设计技术对指导轴向液压机的性能，特别是偏离设计点的液压机的性能很重要。本文在此基础上研究了波纹前轮对轴向液压机液压性能的影响，以供参考。

关键词：波状前缘叶轮；轴流式水力机械；水力性能影响

引言

随着水电市场竞争越来越激烈，迫切需要建立一个研究和开发周期，研究和开发波纹前轮对轴向液压机液压性能的影响，并迫切需要在制造和维修领域建立物理数字模型，这可能是一个。

1水轮机主要部件结构特点

1）转轮。转轮采用ZG04Cr13Ni4Mo不锈钢材料制造。叶片采用VOD精炼铸造，五轴数控机床加工。上冠、下环为铸造，上冠设有与水轮机主轴联接的法兰。转轮并采用散件运输、现场组焊的整体转轮方案。2）座环。座环由上、下环板与固定导叶组成，上、下环板采用S500Q-Z35抗层状撕裂型钢板焊接制成，固定导叶采用S550Q钢板焊接制成。固定导叶数量为23个，其中12个固定导叶的出水边和上环板以上的相应位置设置有导轨供筒形阀导向用。座环分6瓣运输，在工地用预应力螺栓把合后进行立面封焊和环板焊接、现场防渗焊接，在环板焊接后进行平面加工。3）蜗壳。蜗壳采用B610CF钢板焊接结构，在工地现场数控下料、加工和制作。蜗壳按不进行水压试验设计和制造，设计压力1.94MPa，并留有不少于3mm的腐蚀裕量。蜗壳上半部外表面铺设弹性层。4）尾水管。采用高窄型肘形尾水管，自基础环开始延伸至肘管的出口后扩散段水流速为6m/s的位置处为金属内衬。尾水锥管上段长1600mm，材质为0Cr18Ni9，中段和下段材质为Q235B，锥管里衬厚度为30mm，重61.85t。尾水肘管里衬材料为Q235B，厚度为25mm，重108.56t。5）顶盖。顶盖分4瓣运输，在工地用预应力螺栓把合成整体。6）导叶。导叶采用ZG04Cr13Ni4Mo不锈钢材料整体铸造。每台水轮机导叶共计24个，每个导叶重3.89t。导叶采用三支点轴承结构。导叶轴杆上设置1个可调整的自润滑推力轴承。在导叶轴穿过顶盖处的轴承套上设有活动导叶轴密封，在顶盖和拐臂之间设有导叶限位装置。

2设计与分析

2.1波状前缘叶轮设计

波浪叶轮是根据波浪前缘空气动力学剖面的仿生翼设计方法设计的，每个剖面的空气动力学剖面相同，但波浪叶轮和空气动力学剖面不同，波浪前轮必须变换为高差速器剖面根据先前对带有波浪附加边的气动轮廓的研究，波数可以设置为2/s、4/s、8/s，s是车轮叶片延伸的长度。振幅被设置为0.025 c、0.05 c和0.12c，其中c是移动冠叶片的平均弦长度，这些振幅与座头鲸翼的数据相关。

2.2分析

1. 与喷水推进泵样机相比，波浪前叶轮喷水推进泵能量损失增加，低速下水力性能下降。以很高的吞吐量， 波浪前车轮喷水推进泵能量损失减少，水力性能显着提高。(2) 高流量波形前轮提高轴流式喷水推进泵性能的主要原因是波形前缘对流量的被动控制作用，这可以抑制车轮内不稳定的流量，从而减少由此产生的能量损失。 (3)大流量下不同参数的波浪攻角，轴流喷水泵水力性能提高程度不同。在当前设置中，4/s和0.12C的组合是最佳选择。

2. 3转速对纯水输送的影响分析

从混输泵的效率可以看出，每套叶轮导叶轮的高效区都较宽。具体情况为：第一套设备在不同转速变化工况下，叶轮导叶高效区流量变化范围是11m3/h，最高效率都接近49%。但是每个转速下的高效点不同，且具有转速越高效率略有增加的特点。第二套设备在不同转速变化工况下，叶轮导叶高效区流量变化范围约为4m3/h，最高效率都在40%。同样每个转速的高效点不同，转速变化效率也有所变化，其中3800rpm和4300rpm高效点相近。第三套设备在不同转速变化工况下，叶轮导叶效率变化缓慢，高效点分布广。高效点随转速的不同而不同，和前两套叶轮导叶不同的是，转速的增加反而使效率降低了。还可以得到随着转速的提高混输泵的输送能力得到很大提高，具体表现在排量和增压能力的增加，尤其在转速为4300rpm时，流量在60m3/h的时候增压超过0.55MPa。流量和压差成线性关系，转速平方比之差与压差线性关系（即相同体积流量下，当转速为3800rpm比3600rpm时增压提高0.1MPa，那么4300rpm就比3600rpm时提高=，解之得ΔP=0.36MPa。转速对流量的影响与增压相同，流量的增加也呈现这种关系。第一套叶轮导叶的输送纯水能力具体取值为转速为4300rpm，Qv=57m3/h，增压为0.57MPa。转速与纯液体增压关系近似方程可以普遍总结为=这个方程对混输泵输送纯水时有一些意义。泵所需要的功率随转速的增加而增加，相同流量对比下功率的增加的对比幅度小于增压的对比幅度。

4水力机械水力上抬会对应的几种现象

（1）对于大型机组，转动部分质量大、轴径大，一般不会产生故障问题（将转动部分抬起，将轴抬弯），主要表现为运行稳定性变差，推力瓦温偏低；（2）对于中型长轴机组，出现抬机问题，如果轴线比较好，且抬机力小于转动部分质量，机组能正常运行（机组发飘，运行稳定指标差）。如果轴线偏折较大，在抬机力作用下将加剧轴线偏折，严重时出现扫膛故障；（3）如果抬机力大于转动部分质量，机组不能运行。因此，机组正常运行时抬机问题，对于高水头中小机组、抽水蓄能机组特别应给予重视。我们需要加强水力机械轴向、径向力研究，测试和调节控制技术也需要创新。轴向力设计的目标是将轴向力控制在一定范围，既有利于机组稳定运行，又不超过推力轴承承受能力。推荐采用在顶盖上设置平压管并装设调节阀门的设计，便于对混流式水轮机、离心泵轴向力进行调整，在运行调节时应严控抬机现象发生；双蜗壳设计的离心泵可有效降低径向力，机组启动、运行时径向力越小对导轴承越有利；对径向力的调节和控制是设计需考虑的一个问题，初步设想在下环处对称设置4个调压腔，进一步开展对转轮径向力进行控制调节的研究。

结束语

总而言之，波状前缘叶轮对轴流式水力机械对于水电站是十分重要的装置，是机组发生水力机械事故时的需要重视的一个环节。在波状前缘叶轮设计过程中，前期设计人员一定要对本厂的设备运行情况、水力机械事故量、水力机械事故停机流程图等有深入、全面的了解，才能设计出满足现场要的水力机械波状前缘叶轮装置，才能将水力机械事故误动与拒动概率降到最低，为水机机械的安全运行提供可靠保障。

参考文献

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