水泵水轮机过流部件的匹配研究与性能分析

摘要

在水泵水轮机中，内部流动具有双向性的特点，因此在其各过流部件的设计过程中需要综合考虑两种工况下的流态，使其在两种运行方式下都具有较好的水力性能、机械性能。本文应用CFD软件对某水泵水轮机模型内部流场进行数值模拟，研究各过流部件对水泵水轮机性能的影响以及它们相互之间的匹配关系。
　　 首先，对三种蜗壳进行比较分析，结果表明，三种蜗壳内部损失在水轮机工况下差别不大，而在水泵工况运行时，损失差别较大。从减小水泵工况下的损失出发可使用较小断面的蜗壳以此来获得更好的水力效率，同时也能有效的减小二次流。由鼻端形状的影响可以得出，采用水泵蜗壳设计方法得到的鼻端能够在两种工况下有更好的综合效率。
　　 第二，固定导叶出口安放角(水轮机工况)会对水泵水轮机整体性能造成一定影响。本文分别对按水轮机工况活动导叶对来流的要求以及水泵工况转轮的出流情况得出的两种不同安放角进行分析比较，发现在使用水泵出流情况获得的出口安放角能在两种工况下得到更好的综合效率。
　　 第三，针对不同活动导叶数可能对水泵水轮机性能产生的影响，选取四种导叶数的情况，在相同开度、相同流量两种不同情况分别对其进行分析比较。结果表明，活动导叶数的多少对水轮机工况下的流量影响很大，而在水泵工况下分别其对流量影响不明显。其综合效率随着导叶数的增加有先增高后减小的趋势，最终发现在活动导叶数为20个时，水泵水轮机整体性能最高。
　　 第四，针对双列叶栅间相互位置的不同对水泵水轮机进行分析，分别从活动导叶分布圆直径，以及活动导叶与固定导叶在周向相对位置的不同进行了研究分析。最终得到一个合适的分布圆直径以及周向相对位置，是水泵水轮机整体性能得到提高。