[发明专利]改善混流式水泵水轮机压力脉动的方法

摘要

本发明公开一种改善混流式水泵水轮机压力脉动的方法，包括选择合适的活动导叶个数Z_g、确定合理的导叶分布圆直径D_g和确定合理的转轮到固定边距离δ等方法，来达到改善混流式水泵水轮机导叶后转轮前压力脉动、提高抽水蓄能机组运行稳定性的目的。

主权项

1.一种改善混流式水泵水轮机压力脉动的方法，其特征是： 1)、确定合适的导叶个数，具体方法如下: 首先，确定静止和转动部件中的压力场， 静止的压力场表示为：转动的压力场表示为：其中：P_s：静止压力场，Pa P_r：转动压力场，Pa θs：静止系统角度 θr：转动系统角度 B_n：n^th谐波的振幅，Pa B_m：m^th谐波的振幅，Pa m：谐波级次 n：谐波级次 Z_g：导叶个数 φ_n：n^th谐波的相位 φ_m：m^th谐波的相位 由活动导叶和转轮叶片联合作用所产生的压力场通过一种强大的调制方法进行描述，活动导叶和转轮叶片之间区域的压力可以用每一个P_mn分量相加后所形成的转动和静止区域流场的压力的乘积来表示： P_mn（θ，t）=A_mncos（nZ_gθs+φ_n）·cos（mZ_bθ_r+φ_m）  n=1，2，…m=1，2，…         （3） 在这里A_mn是由各个谐波相互作用而叠加起来的压力的振幅，通过三角函数变换，方程（3）可以表示如下： 此外，转轮角度坐标是与参照的静止系统有关，关系有θr=θs-ωt，这样压力场在静止坐标下变为： 其中，ω为转轮角速度，rad/s，该压力场的方程是时间和空间的函数，这种压力场代表两种径向压力模式，它们有如下的最小值： K₁=m·Z_b-n·Z_g    （6） 其中K₁为节径数，较高的K₁值表示谐振数高从而使其对应的振幅比较低，有利于降低压力脉动水平。当转轮叶片数Z_b一定时，K₁值就与谐波级次m、n和导叶个数Z_g有关；在m、n均取自然数的情况下，K₁值大小就只与导叶个数Z_g有关。对混流式水泵水轮机转轮来说，其叶片数一般为7,9,10叶片，选择导叶个数Z_g=22，可使K₁的值较大。 2)、确定合理的活动导叶分布圆直径D_g导叶与转轮之间的相对距离通过无量纲参数D_g/D₁来确定，其中D_g为活动导叶分布圆（13）直径，D₁为水轮机工况转轮叶片进口（8）直径。在活动导叶数和转轮叶片数一定的情况下，导叶分布圆（13） 直径确定为D_g/D₁＝1.18～1.2。 3)、确定合理的转轮与顶盖和下密封环之间距离δ值 转轮（2）与顶盖（3）和下密封环（4）之间相对距离通过无量纲参数δ/D₁来确定，其中δ为转轮（2）与顶盖（3）和下密封环（4）之间距离（5），D₁为水轮机工况转轮叶片进口（8）直径，δ与转轮叶片进口（8）直径D₁的比值定为δ/D₁＝0.035～0.058。在转轮叶片进口（8）直径D₁不变的情况下，δ值的改变通过改变转轮（2）、顶盖（3）和下密封环（4）的形状来实现。