水力透平转轮基本尺寸的确定及其内部流动、力特性研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 19次 | 上传用户:lrqnm
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水力透平可以回收高压液体的能量,将其压力能转换为机械能,驱动泵、风机等工作机做功或者用于发电。目前国内外水力透平的研究还很不成熟,主要形式之一是反转泵水力透平,包括单级和多级结构;也有其它形式(如基于可逆式水力机械)水力透平。文章针对反转泵及其它形式水力透平的选型、工作不稳定以及设计理论空白等各种缺点与不足,对能量回收水力透平进行了以下4个方面的研究并得到相关结论:以SLTP540-220为研究对象,提出了透平轮基本尺寸的初步确定方法,包括轮毂直径dh、进口直径D1、进口安放角βb1、进口宽度b出口直径D2及叶片数Z的确定方法。重点研究了高压边参数D1、b-1、βb1的确定,根据透平轮的不同尺寸参数确定了8种方案(如文中的AaDb方案)。通过FLUENT性能预测发现:方案Db性能较好,可以达到设计参数并有较高效率。可见用文章提出的方法进行透平轮基本尺寸确定是可行的。同时发现:水力透平转轮进口冲击现象比较明显。为研究不同叶片形状对水力透平性能的影响,文章按不同的叶片进口安放角及包角为每种方案分别设计了3种叶型。通过FLUENT数值试验发现:不同叶型的水力透平有不同的内部流场分布及外特性表现。叶型1是3种叶型中较优秀的模型,叶型1水力透平最高效率比叶型2、3分别高出大约1%、2%,并且速度分布与压力分布优于叶型2、3。研究也发现:水力透平转轮内有轴向旋涡,叶片进口工作面附近有脱流、回流、横向流动等现象,背面出水边以内靠近后盖板处存在低压区等现象。对研究对象分别按透平轮进口不修圆、叶片进口边修圆、叶片进口边及盖板内侧均修圆3种情况进行数值模拟试验,研究发现:透平轮叶片进口及盖板修圆不会明显改善进口的流动状况,效率并没有提高。分析了水力透平的力特性,重点研究了径向力的表现与成因。研究发现:即使在设计工况,水力透平仍然有径向力存在,理论上这是不存在的。水力透平径向力的大小随流量增加逐渐增加,方向在沿液流距隔舌大约130°180°。单蜗壳的径向力比双蜗壳的要小。
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