带导叶大型涡壳式泵模型设计与试验研究

2019-07-18 22:06:32 给力泵业 16

带导叶大型涡壳式泵模型设计与试验研究

一、概述

大型涡壳泵过去我国应用较少近年来由于核电站的增加,为了有效利用核电,夜间用核电抽水到高位水库,白天放水发电,这就是常在核电站附近建的蓄能电站,用的是水泵水轮机。同一个转轮抽水作泵用,放水作水轮机用。目前我国用的水泵水轮机大都由国外进口。专用于提调水大型涡壳式泵有逐年增加的趋势,如万家寨泵站、牛栏江泵站等。


国外这种泵型用的较多,重庆水轮机厂有限公司2018年出口到印度的大型涡壳泵,流量达41.5;杭州江河水电科技有限公司2019年向印度出口的大型涡壳式泵,单泵功率40000KW,是目前我国制造的最大的涡壳式泵。

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三、模型设计和试验结果

目前大型涡壳式泵模型,多由水轮机行业开发和试验研究。在设计理念上多借鉴水泵水轮机。本模型设计是只用于提水的泵,不必考虑水轮机的特点。完全按泵的设计理念和方法进行设计。本次是只换叶轮在已有泵模型装置(有双重导叶)上的试验结果。


四、模型泵设计(外径370mm

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五、模型泵试验结果

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六、按IEC标准进行效率修正


1IEC标准模型泵效率换算方法----模型和真机修正


推荐的水泵效率修正计算公式,采用两步法。其实质是保证雷诺数达到标准值,试验的模型一般按规定制作试验,但模型尺寸、试验转速、水的温度等难以做到一致。雷诺数和尺寸、转速、温度有关,用标准雷诺数相当于把这些因素都考虑了。由此,这种换算方法,也适于尺寸、转速、温度单独变化时效率的换算。

对于泵模型试验,规定的基准雷诺数是Re=7×106

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式中:D —— 模型的标称直径,m

——转轮标称直径的圆周速度,m/s

图片关键词——液体运动粘度,m2/s

1)、将测试点效率换算到基准雷诺数下的模型效率。

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式中:Δη——模型泵测试点雷诺数到模型基准雷诺数下的效率修变化值

   δ——可换算损失率;


Re ——参考雷诺数,Re=7×106

Re ——测试点雷诺数;

Re ——模型基准雷诺数 Re=7×106

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式中:Δη——模型泵测试点雷诺数到模型基准雷诺数下的效率修变化值

   δ——可换算损失率;


Re ——参考雷诺数,Re=7×106

Re ——测试点雷诺数;

Re ——模型基准雷诺数 Re=7×106

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图片关键词

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2)、基准雷诺数下的模型效率换算到真机效率。

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式中:Re ——原型泵雷诺数;

例题:真机叶轮(离心式)参数,叶轮进口直径2.6m,转速230.8r/min,试验水温28℃(查运动粘度ν=0.839×10-6

图片关键词

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七、有关技术问题探讨


1、设活动导叶的必要性


经查,大型涡壳泵出水导流型式有:

a、单涡壳(瓦尔台克蓄能泵站

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b、双涡壳(大库里)

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c、固定导叶+涡壳(万家寨等)

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d、活动导叶+固定导叶+涡壳(本设计要求)

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图11 活动导叶+固定导叶+涡壳泵

除启动调节要求外,就一般泵而言加活动导叶是有害无益的。

对水轮机而言,活动导叶在叶片进口前,改变活动导叶的角度,从而改变液流进口的方向,进而改变性能。对泵轮而言,活动导叶在叶片出口后,出口液流的方向取决于叶片出口角的方向是既定的。任凭活动导叶角度变化,除了增加况击损失不会起到什么有益作用,只会降低泵的扬程和效率。最终起作用的还是固定导叶(角度)。

2、固定叶片角度23度是否就是最优角度

试验的四个转轮都是在活动导叶调到23度时效率最好。因为固定叶片角度是23度。这也说明,不管活动导叶角度怎么变化,最终起作用的还是固定叶片。

叶轮叶片出口角不同,绝对液流角度不同。固定导叶的角度应与此角度相同。现计算不同叶轮叶片出口角时的α角,如下图所示,看来角度差别很大,考虑一定冲角以后,本模型设计α角也应取稍小值为宜。

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3、对泵而言,有涡壳就够了。考虑强度和钢刚度,有固定导叶加涡壳也够了。


为平衡径向力,可用双涡壳。受水轮机影响,也许出于强度原因,加固定导叶也是可行的,数量不应过多。作模型试验时可作变角度导叶试验,按最优性能的角度作为真机固定导叶的角度。设计时应准确计算固定导叶的角度。


4、特性曲线出现小马鞍形


本次试验的模型比转速200多,这这么大比转速的普通泵,不论是涡壳式泵,还是导叶式泵,都没有见过这样的特性曲线。出现马鞍形的部位大约在最优流量的80%附近,比较靠近最优流量,尽管区段不大,对泵的启动停机过程有可能产影响。

分析试验曲线可知。活动导叶角度越小时,马鞍形越严重;活动导叶角度接近或稍大于固定导叶角度时,马鞍形减轻;叶轮叶片出口角越小,马鞍形越严重。可见这种马鞍形是由叶轮和导叶双方因素造成的。

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当流量小于最优流量时,在叶轮叶片进口背面形成旋涡,初成的旋涡不稳定,时而形成又时而被主流带走,所以扬程几乎不变。随着流量进一步减小,旋涡区扩大并趋于稳定,水力损失变小。随着流量减小扬程不断上升。

叶片出口角越大,进口背面的旋涡越容易被带走,所以马鞍形越轻。活动导叶角度越小旋涡越不容易带走,所以马鞍形越严重。

        

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5、模型泵结构问题

本模型泵结构受水泵水轮机结构的影响,叶轮靠前后盖板端面密封。泄漏到前盖板侧的液体直接流到叶轮进口;泄漏到后盖板侧的液体通过回流管回流到低压处。泵结构通常是设前后密封环进行密封。因为密封环的所在直径比盖板端面直径小的多,密封效果也就好的多,泄漏量要小的多。为了进一步减小泄漏,可采用迷宫密封或螺旋密封,密封间隙要尽量小。

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结论

本模型是在已有模型泵上只更换新设计的叶轮进行试验。试验效率是在所试的四个模型中是最的一个。试验转速1050时的最优效率是89.03。按IEC换算效率为89.304%。换算到真机的效率为91.884%。如果针对叶轮从新设计导叶,并对模型泵密封结构等等进行改进,进一步提高模型泵的效率是有可能的。