混流式水泵水轮机泄漏量的计算

《混流式水泵水轮机泄漏量的计算》由会员分享，可在线阅读，更多相关《混流式水泵水轮机泄漏量的计算（4页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、混流式水泵水轮机泄漏量的计算混流式水泵水轮机泄漏量的计算 2014/07/30 排灌机械工程学报2014年第五期问题描述以某电站大型混流式水泵水轮机的原型机为研究对象，并采用三维造型软件对其全流道进行三维几何建模，如图所示图为密封环的结构简图，其中间隙为上冠与顶盖之间的密封间隙，间隙为下环与底环之间的密封间隙水泵水轮机主要特征参数（泵工况）：转轮进口直径为；转轮出口直径为；叶片数为；活动导叶数为；固定导叶数为表为本次计算所选的工况点，其中，为流量，为转速，为导叶开度，为水头，为扬程，为水轮机比转数，为泵比转数理论计算计算水泵水轮机密封间隙泄漏，传统的方法.流量系数的确定文中所研究的水泵水轮机上

2、、下间隙均采用迷宫密封，此类型密封系统的流量系数计算公式为为间隙的长度值；为间隙的宽度；为间隙的过流断面面积，；为计算因子，与间隙流动中的雷诺数和表面粗糙度有关，由于缝隙中的流动一般位于阻力平方区，故与雷诺数无关，可取文中为了能够准确地计算泄漏量，分别取为，并加以比较因机组在水轮机与泵种工况下密封间隙的高压侧均为泵工况下转轮出口处，故泵工况与水轮机工况下，迷宫密封流量系数是同等大小的图为密封间隙示意图图为密封间隙迷宫密封的局部放大图，其中，为间隙的长度，为不同间隙的间隙宽度，为间隙与叶轮中心的距离将图中所示参数代入式（）中，可以计算出间隙的流量系数：当时，；当时，；当时，图为密封间隙迷宫密封的

3、局部放大图，其中，为不同间隙与叶轮中心的距离；，为间隙长度将图中所示参数代入式（）中，可以计算出间隙的流量系数：当时，；当时，；当时，.间隙两端压力降的确定间隙两端的压差值为扬程或水头的一部分，对于现有种类的水轮机，这一部分水头可认为是稳定值，近似按比转数的范围进行选取，即当时，；当时，根据表，在泵和水轮机种工况下，机组比转数的变化范围在，故取过流断面面积的确定对于迷宫密封间隙，代表间隙进口处的过流断面面积，由此可以计算出间隙的过流断面面积；间隙的过流断面面积数值计算应用软件对含有密封间隙的水泵水轮机全流道模型进行数值模拟，通过对间隙，进、出口截面上的流量监测，得出间隙，的泄漏量具体数值.网格

4、的划分对于密封间隙流动的数值模拟，难点在于网格的划分由于密封间隙内的液体流动不是孤立的，与转轮内部的液体流动有着密切的关系，因此将其单独计算不能正确地模拟出其内部流动状态，但整体计算时，面临着小尺度网格与大尺度网格过渡的问题为了更好地解决此问题，文中应用软件，采用分块网格技术对整体模型进行了全流道六面体结构网格划分，整体网格数，网格节点数在转轮和导叶之间添加一道圆周过渡层，以便进行间隙与机组之间的过渡连接，小尺度网格与大尺度网格之间的过渡生长率为同时，为了满足计算对近壁网格的要求，对导叶、转轮近壁处进行了加密，具体网格如图所示.求解方法及边界条件考虑到密封间隙和转轮室的壁面弯曲程度较大，会造成

5、其内部流线较大的弯曲，为了更好地处理这种高应变率及流线弯曲程度较大的流动，文中采用模型与连续性方程、方程构成封闭方程组根据体积流量给定相应的质量流量作为进口边界；出口边界为压力出口；壁面采用无滑移壁面边界；对于密封环与机组通过导叶、转轮之间过渡层连接，过渡层与导叶、密封环之间的边界条件设置成，过渡层与转轮之间的边界条件设置为收敛标准：当间隙和间隙的进、出口截面上的流量大小相等并且泄漏量不随计算步长的增加而发生变化时，认为本次计算已收敛计算结果及分析图为数值模拟预测结果与已有原型机性能试验结果对比图从图中可以看出，应用数值方法预测的机组性能曲线与试验方法得到的性能曲线之间的吻合度较高，各项性能曲

6、线之间的偏差小于，验证了文中采用的数值模拟方法对机组性能预测的可行性、正确性图为迷宫密封处速度矢量图由图可以看出迷宫密封的减压过程：密封间隙处的液体速度较高，液体的压力能向动能进行转换，高速的液体在间隙出口处较大空间内形成涡流，使得液体涡损增大，各级密封间隙依次重复上述过程，最终达到降低液体压强的目的图为机组分别在泵和水轮机工况下间隙，泄漏量曲线图由图可知，由数值模拟与理论方法计算出的泄漏量随工况变化的趋势大致相同，种方法计算分析所得的机组泄漏量的最大差值在范围内；间隙处种方法计算所得出的结果较为一致，而间隙处则偏差较大，泄漏量最大偏差小于，个别工况点处，此种方法计算分析所得泄漏量的大小基本相

7、同，曲线基本重合因此可以得出，对于机组泄漏量计算的理论方法和数值方法具有一致性，这也说明了种计算方法具有一定的准确性，并且从侧面验证了理论方法中的估算值在合理的范围之内，同时还可以看出密封间隙内的泄漏量会随着间隙长度、宽度变化而相应增大或减小，也会随着迷宫密封齿数增多以及间隙形状复杂程度增加而变小与此同时，理论计算与数值模拟种方法所得出的泄漏量的大小会有较大的偏差，理论计算的精确性也会由此下降在使用传统方法进行理论计算时，所用到的流量系数取决于经验参数的取值，并没有一个具体的规定和标准的原则，只能依靠人为经验在范围内进行随机选取，这就使得流量系数的大小具有较大的不稳定性以及不确定性，最终导致计

8、算出的泄漏量的值也不是很准确如图所示，当分别选取，不同数值时，通过公式所计算出的泄漏量的理论值出现较大的波动，最大差值可达，这说明使用理论方法计算泄漏量的大小具有一定程度的盲目性和随机性；数值方法计算出的间隙泄漏量是唯一的，具有较强的明确性在计算间隙两端的压力差值大小时，传统理论方法是以过往大量的统计数据为基础，利用比转数的大小进行压力差值的经验计算，这种方法只能简略粗糙地估算出压力降的值，不能非常精确地表达出在变工况下间隙两端压力降的分布规律，特别是在同一水头、不同导叶开度下的水轮机工况，如图，所示可以看出，变工况下由理论计算所得出的间隙两端压力降的值是相等的，从而使得泄漏量曲线为一条近似水

9、平的直线；而数值模拟的泄漏量曲线则是一条随着流量的增大而逐渐上升的曲线因此，可以得出结论：变工况下间隙两端的压力降的大小是波动的，且呈现出随流量的增大而逐渐上升的规律当机组实际运行时，随着导叶开度的增大，流量固然也会增大，机组内部压力场也会随之变化，而机组的泄漏量不会固定不变因此，理论计算法对泄流量的计算是不够准确的，只是给出了泄漏量的一个定性的变化范围，而数值方法却得出了泄漏量变化与流量变化之间的规律，较为准确地描述了机组的泄漏问题对比泵工况下（见图，）和水轮机工况下（见图，）可以看出，种工况下数值模拟的间隙的泄漏量都比理论计算值略小，其泄漏量曲线与的曲线较为接近；而数值模拟的间隙的泄漏量却

10、较理论计算值略大，其泄漏量曲线与的曲线较为接近据此，可以归纳出参数选取的大体原则，即对宽度较小、长度较大、密封齿数较多且形状较为复杂的密封间隙，应取较小值；反之，应取较大值结论基于六面体结构化网格，应用软件对含密封间隙的水泵水轮机全流道模型进行数值模拟，计算出的各项性能指标与试验性能指标吻合度较高，验证了数值方法对水泵水轮机间隙泄漏问题研究的可行性）基于湍流模型的数值方法可以用来模拟计算迷宫间隙泄漏的问题，且能够较为准确地预测水泵水轮机泄漏量的大小，从而得到机组泄漏量随工况变化的规律）基于含密封间隙的整机全流道数值模拟，考虑了机组的容积损失，提高了计算精度，可以更为准确地预测机组性能）应用理论

11、方法对间隙泄漏量进行计算时，准确度会随着机组泄漏装置流量系数的减小而降低，因此，对于流量系数较小的可逆式水泵水轮机组，理论计算方法是不能对其泄漏量进行准确预测的）在等水头、变出力的水轮机工况下，水泵水轮机的泄漏量随流量的增大而增大；在变扬程、变出力的水泵工况下，水泵水轮机的泄漏量具有随扬程的升高而增大的趋势）数值模拟法能够较好地指导理论方法计算泄漏量，通过对数值模拟结果的分析，可以总结出经验参数选取的大体原则，为其选取提供参考作者：敏政梁昌平董志强刘殿兴覃大清魏显著单位：兰州理工大学能源与动力工程学院水力发电设备企业国家重点实验室 上一个文章： 灌水模式对滴灌棉花产量的影响下一个文章： 非定常空化流动涡旋特性