混流式水泵水輪機(jī)的軸向水推力對(duì)機(jī)組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和安全運(yùn)行影響重大,但關(guān)于水推力精確計(jì)算的研究較少。對(duì)此,首先理論上闡釋了軸向水推力的組成成分并進(jìn)行各成分的機(jī)理分析。依靠CFD分析技術(shù)和相關(guān)測(cè)試技術(shù)進(jìn)一步對(duì)某混流式蓄能機(jī)組的軸向水推力進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算和兩個(gè)方案的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,經(jīng)過(guò)相互分析驗(yàn)證比較,最終掌握了混流式水泵水輪機(jī)軸向水推力的變化規(guī)律并提供了一種較為準(zhǔn)確的計(jì)算方法。研究成果為深入分析奠定了基礎(chǔ)。 

【文章來(lái)源】：水電能源科學(xué). 2020,38(01)北大核心

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【部分圖文】：

軸向水推力的機(jī)理示意圖

根據(jù)某水泵水輪機(jī)的真機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行流體域?qū)嶓w建模，計(jì)算域包括部分無(wú)葉區(qū)（轉(zhuǎn)輪與導(dǎo)葉之間的空腔）、轉(zhuǎn)輪上冠進(jìn)口、轉(zhuǎn)輪上止漏環(huán)及主軸密封前流道、轉(zhuǎn)輪下環(huán)進(jìn)口、轉(zhuǎn)輪下止漏環(huán)及轉(zhuǎn)輪出口流道和部分尾水管流道。由于計(jì)算域圓周對(duì)稱，只取1/8模型進(jìn)行分析，模型兩側(cè)對(duì)稱面做旋轉(zhuǎn)耦合約束。無(wú)葉區(qū)上游為流量矢量進(jìn)口，無(wú)葉區(qū)下游為壓力出口，上止漏環(huán)內(nèi)側(cè)為壓力自由進(jìn)出口，尾水上游為壓力進(jìn)口，尾水下游為流速出口，其余面為固壁邊界，其中轉(zhuǎn)輪面為固壁旋轉(zhuǎn)面。機(jī)組額定轉(zhuǎn)速為428.6rpm。CFD數(shù)值計(jì)算模型見(jiàn)圖3。計(jì)算機(jī)組在不同出力（160、180、210、240、270、300 MW）下的水輪機(jī)最大水頭工況水推力Tmax、水輪機(jī)額定水頭工況水推力Tr、水輪機(jī)最小水頭工況水推力Tmin。數(shù)值模擬計(jì)算收斂精度為10-6，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

方案1、2的測(cè)試結(jié)果對(duì)比見(jiàn)圖4。由圖4可知：(1)方案1、2的測(cè)試結(jié)果誤差基本在5%左右。(2)機(jī)組停機(jī)到機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中，軸向水推力大幅變化，軸向水推力方向由向上變?yōu)橄蛳�，變化幅值約為150～300t。隨著機(jī)組負(fù)荷的增加，軸向水推力正向增加，這是因機(jī)組流量、導(dǎo)葉開(kāi)度和上下游水位的動(dòng)態(tài)變化引起的。機(jī)組水輪機(jī)工況在額定出力300 MW運(yùn)行時(shí)，軸向水推力基本向上，可以預(yù)見(jiàn)，機(jī)組在水輪機(jī)工況長(zhǎng)期運(yùn)行后，軸向水推力還會(huì)繼續(xù)正向增加。(3)機(jī)組水輪機(jī)工況運(yùn)行過(guò)程中，相同出力條件下，額定水頭工況Tr的軸向水推力最大，最小水頭工況Tmin的軸向水推力其次，最大水頭工況Tmax的軸向水推力最小。這可能是因?yàn)闄C(jī)組在額定水頭Tr下流量最大，最小水頭Tmin下流量較大，最大水頭Tmax下流量最小，且額定水頭Tr和最小水頭Tmin下尾水管吸出高度較大，最大水頭Tmax下尾水管吸出高度較小。5 數(shù)值計(jì)算結(jié)果與測(cè)試結(jié)果對(duì)比

【參考文獻(xiàn)】：
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