基于安放角的考虑双向流动的高水头水泵水轮机转轮设计.pdfVIP

第六届全国水力机械及其系统学术会议 HMAS6-022 2013年10 月18-20 浙江·杭州 基于安放角的考虑双向流动的高水头水泵水轮 机转轮设计 2） 阮辉 ，廖伟丽，宫海鹏，罗兴 锜 （西安理工大学水利水电学院，陕西省西安市 710048） 摘要 我国的抽水蓄能电站有向高水头和大容量发展的趋势，可逆式转轮的设计要兼顾水轮机和水 泵两种运行特性，由于高水头水泵水轮机转轮的形状接近离心泵，且叶片安放角分布规律对水泵的 扬程、流量和功率有很大影响。因此，本文基于低比速混流式转轮设计程序，根据两种不同的叶片 安放角分布规律设计了高水头水泵水轮机转轮，其中一种叶片安放角分布规律按水轮机方向的设计 工况参数给定，另一种叶片安放角分布规律在保证包角一致、考虑转轮双向流动的条件下，对第一 种叶片安放角分布规律进行了修正。通过分别对两个转轮进行水轮机方向和水泵方向的全三维定常 流动数值模拟及性能分析，得出结论：修正后的叶片安放角分布规律保证水轮机方向的工况点和水 泵方向的扬程均满足要求。同时，修正后的叶片安放角分布规律增大了水轮机方向叶片头部的负 荷，使水轮机方向设计工况的水力效率略有减小，叶片出口边处的压力略有降低，但是改善了水泵 方向设计工况的活动导叶和固定导叶的来流，减少了蜗壳、固定导叶、活动导叶等部件的水力损 失，从而大幅提高了水泵方向设计工况的水力效率。以上研究成果对高水头水泵水轮机转轮的设计 具有参考意义。 关键词 水泵水轮机；安放角；能量特性；空化性能 化状况；东京电力公司[6]通过对 728m水头 463 引 言 MW 水泵水轮机内复杂流动分析和大量的模型测 我国的抽水蓄能电站有向高水头和大容量 试，改进了转轮的水力性能；徐用良[7]等人分 发展的趋势，采用高水头可以使用较高的机组 析了水泵方向叶片进水安放角、出水边安放 转速，减小水泵水轮机和电机尺寸。对于一定 角、叶片包角等几何参数对水泵水轮机转轮性 容量而言，可减小引用流量，使上下水池库容 能的影响。这些研究都为实现高水头水泵水轮 减小；水头提高，水位波动的相对值减小，水 机转轮的良好设计做出了贡献。由于高水头水 泵水轮机可以经常在高效区工作，这可使蓄能 泵水轮机转轮的形状接近离心泵，有学者[8-9]研 电站投资减小，效益提高。虽然高水头水泵水 究叶片安放角分布规律对水泵的扬程、流量和 轮机机组具有很好的经济指标，但是需要比较 功率有很大影响。因此本文详细比较了根据两 高的技术支持[1]。目前，有关高水头水泵水轮 种不同的安放角分布规律设计的高水头水泵水 机转轮设计及几何参数对其影响的研究主要 轮机转轮的性能，总结出基于安放角设计转轮 有：日本的井田富夫[2]等人详细论证了流道尺 时，考虑水泵水轮机双向流动情况下，给定合 寸误差对水泵水轮机性能的影响；K Daneshka 理的叶片安放角分布规律的经验，对高水头水 h[3]等人通过修改下环处环量分布采用三维反问 泵水轮机转轮的设计具有参考意义。 题设计方法重新设计转轮，新转轮的空化性能 [4] 1 设计参数及转轮设计 明显改善；木本裕 等人针对真机进行了叶片