CN115949543A - 一种提高水泵水轮机水泵工况来流稳定性的锥管结构 - Google Patents
一种提高水泵水轮机水泵工况来流稳定性的锥管结构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115949543A CN115949543A CN202310243673.9A CN202310243673A CN115949543A CN 115949543 A CN115949543 A CN 115949543A CN 202310243673 A CN202310243673 A CN 202310243673A CN 115949543 A CN115949543 A CN 115949543A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- taper pipe
- pump
- water pump
- working condition
- pump turbine
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 137
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 3
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/20—Hydro energy
Landscapes
- Hydraulic Turbines (AREA)
Abstract
本发明属于水泵水轮机领域，特别涉及一种提高水泵水轮机水泵工况来流稳定性的锥管结构。本发明在锥管过流表面设置连续等距非突出式环形肋高阻力结构，通过提高运动阻力消耗运动能量的方式实现了抑制流动分离和减小涡流的形成，使水流方向和速度趋于均匀一致的目标，从而保证了水泵水轮机水泵工况的来流状态的稳定。本发明有效地降低了迪恩效应导致的水泵水轮机水泵工况锥管处的涡流现象，提高了水泵水轮机水泵工况锥管处水流速度的一致性。
Description
技术领域
本发明涉及水泵水轮机领域，尤其涉及一种提高水泵水轮机水泵工况来流稳定性的锥管结构。
背景技术
水泵水轮机在水泵工况运行时，由于水流通过肘管转向90°进入锥管时会产生严重的二次回流现象，如图1所示，导致锥管进口的流动状态非常紊乱。同时，如图2所示，还由于水流进入水泵水轮机转轮前，锥管为渐缩管，也会导致靠近锥管边壁处的水流出现较严重的二次回流旋涡现象，两种现象相互叠加，使水泵水轮机水泵工况下转轮进口处的流动状态更趋复杂，如图3所示，导致水流损失加大且无法以相对稳定的流动状态进入转轮，从而减低水泵水轮机水泵工况的效率，并可能导致水泵水轮机运行过程中振动摆度值的增加和噪声的加大。同时，水泵水轮机水泵工况下尾水管内复杂的流动状态，还会明显加强驼峰区的迟滞性，加大水泵水轮机水泵工况驼峰特性的不稳定区域，给水泵水轮机运行带来非常大的隐患。
有鉴于此，有必要开发一种能够提高水泵水轮机水泵工况来流稳定性的锥管结构，以提高水泵水轮机水泵工况的安全稳定运行水平。
发明内容
本发明公开一种提高水泵水轮机水泵工况来流稳定性的锥管结构。
本发明所要解决的技术问题是：针对如图4所示的传统的水泵水轮机结构，由于水泵工况进入转轮的水流方向和速度不一致，往往会造成机组运行稳定性下降以及抽水效率降低的问题，本发明公开的一种提高水泵水轮机水泵工况来流稳定性的锥管结构，如图5所示，在锥管过流表面设置连续等距非突出式环形肋高阻力结构，通过提高运动阻力进而消耗运动能量的方式，实现了抑制流动分离和减小涡流的形成最终使水流方向和速度趋于均匀一致的目标，从而保证了水泵水轮机水泵工况的来流状态的稳定，达到提高机组运行稳定性以及抽水效率的目的。
本发明的技术方案为：锥管与肘管的交点为交界点，按水泵水轮机水泵工况水流方向，自距交界点水泵水轮机转轮公称直径的0.06倍长度起，沿锥管的旋转母线，在锥管过流表面设置连续等距非突出式环形肋结构。
在上述提高水泵水轮机水泵工况来流稳定性的锥管结构中，所述锥管为圆锥台型。
在上述提高水泵水轮机水泵工况来流稳定性的锥管结构中，所述非突出式环形肋沿锥管中心线剖面呈矩形。
在上述提高水泵水轮机水泵工况来流稳定性的锥管结构中，所述非突出式环形肋长边尺寸为水泵水轮机转轮公称直径的0.07倍，短边尺寸为水泵水轮机转轮公称直径的0.015倍。
在上述提高水泵水轮机水泵工况来流稳定性的锥管结构中，所述非突出式环形肋的长边与锥管的旋转母线垂直，非突出式环形肋的短边与锥管的旋转母线重合。
在上述提高水泵水轮机水泵工况来流稳定性的锥管结构中，所述非突出式环形肋长边与短边的交点在沿锥管中心线剖面上的投影与锥管中心线垂直。
在上述提高水泵水轮机水泵工况来流稳定性的锥管结构中，所述非突出式环形肋的数量不少于5。
在上述提高水泵水轮机水泵工况来流稳定性的锥管结构中，所述非突出式环形肋间的间隔尺寸为水泵水轮机转轮公称直径的0.03倍。
在上述提高水泵水轮机水泵工况来流稳定性的锥管结构中，按水泵水轮机水泵工况水流方向，自距交界点水泵水轮机转轮公称直径的0.03倍长度起，沿锥管的旋转母线，在锥管过流表面开设宽为水泵水轮机转轮公称直径的0.03倍、深为水泵水轮机转轮公称直径的0.07倍的凹槽。
在上述提高水泵水轮机水泵工况来流稳定性的锥管结构中，所述凹槽的凹槽壁与锥管的旋转母线垂直，凹槽壁与旋转母线的交点在沿锥管中心线剖面上的投影与锥管中心线垂直。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.有效地降低了迪恩效应导致的水泵水轮机水泵工况锥管处的涡流现象。
2.有效地提高了水泵水轮机水泵工况锥管处水流速度的一致性。
附图说明
图1为水泵水轮机水泵工况下，水流在肘管中的流动情况。
图2为水泵水轮机水泵工况下，水流在常规锥管中的流动情况。
图3为水泵水轮机水泵工况下，水流在常规尾水管中的流动情况。
图4为水泵水轮机常规尾水管结构。
图5为本发明公开的一种提高来流稳定性的锥管结构。
图6为水泵水轮机水泵工况下，采用本发明公开的一种提高来流稳定性的锥管结构后，水流在锥管中的流动情况。
图7为水泵水轮机水泵工况下，采用本发明公开的一种提高来流稳定性的锥管结构后，水流在尾水管中的流动情况。
图中标记说明：1-锥管、2-肘管、3-交界点、4-非突出式环形肋、5-水泵水轮机转轮公称直径、6-长边、7-旋转母线、8-短边、9-凹槽壁、10-交点、11-凹槽。
具体实施方式
一种提高水泵水轮机水泵工况来流稳定性的锥管结构，锥管1与肘管2的交点为交界点3，按水泵水轮机水泵工况水流方向，自距交界点3水泵水轮机转轮公称直径5的0.06倍长度起，沿锥管1的旋转母线7，在锥管1过流表面设置连续等距非突出式环形肋4结构。一般而言，有压管道内的流动稳定性是从下述两方面来评价的：一是流体流动方向是否一致，二是流速相对管道几何中心有无明显差异。如果同时满足流体流动方向一致性好且流速相对管道几何中心无明显差异这两个条件，则表明管道的流动性好，反之，流动性就比较差。与传统结构相比较，本发明采用高阻力结构来提高局部阻力，通过采取提供运动阻力、消耗运动能量的方法，实现抑制流动分离和减小涡流的形成，达到使水流速度相对管道几何中心趋于均匀一致的目的，最终实现使水泵水轮机水泵工况的来流情况得到改善的目的。
水泵水轮机水泵工况时，水流经过肘管2弯曲管段产生的旋涡会沿水流方向进入到锥管1中。
旋涡强度按下式计算：
式中：
由式（1）可知，决定旋涡强度的因素就是漩涡的旋转角速度，也就是旋涡相对于边壁的速度。旋转角速度越高，对应地旋涡相对于边壁的速度就越高，旋涡强度就越高，表现为旋涡尺寸大且能量高；旋转角速度越小，对应地旋涡相对于边壁的速度就越小，旋涡强度就越小，表现为旋涡尺寸小且能量低直至消失。
水泵水轮机水泵工况锥管1处的阻力按下式计算：
式中：
由式（2）可以看出，影响水泵水轮机水泵工况锥管1处阻力
的因素只有阻力系数
和水流速度
，且阻力
均与阻力系数
和水流速度
正相关。在水泵水轮机水泵工况稳定运行时，过机流量为定值，也就是水泵水轮机水泵工况锥管1处的水流速度为定值，该工况下能够影响水泵水轮机锥管处阻力的就是水泵水轮机水泵工况锥管1处的阻力系数
了。众所周知，锥管表面越光滑平直，其阻力系数
就越小，反之，阻力系数
就越大。本发明采用的连续等距非突出式环形肋4结构有目的地在传统锥管的表面上增加了若干凹槽，使原本光滑平直的锥管表面受到严重破坏，从而使锥管表面的阻力系数
上升到光滑平直过流表面的二到四倍，也就使阻力提高了二到四倍。
如图6所示。在旋涡随水流进入锥管1后，等距排列的非突出式环形肋4起到显著的阻力效果，旋涡相对于边壁的速度，也就是旋转角速度会降低，对应地旋涡强度也会迅速下降，旋涡反向流动的能量迅速地被消耗掉，使旋涡快速减小甚至消失，进入水泵水轮机转轮的水流方向趋于一致，同时，旋涡引起的二次流动会减弱甚至消除。
水流流过弯管处之后，除会有二次流动现象发生外，水流流速也会发生显著的变化：靠近外壁处的水流速度要高于靠近内壁处的水流速度。对于水泵水轮机水泵工况而言，水流经肘管2转向90°流入锥管1后，也会出现上述流速不均匀的现象，即靠近外壁侧的流速高，靠近内壁侧的流速低，总体速度分布呈现出极不均匀的特点。由牛顿定律可知，只有流速高的区域受到的阻力大，流速低的区域受到的阻力小，才可能使流速趋于一致。同时，高流速区域的水流受到的阻力越大，其与低流速区域的水流速度一致所需要的时间也就越短。由式（2）可知，本发明具有以下良好的水流速度一致性：
1）采用的连续等距非突出式环形肋结构的阻力系数 要较传统的水泵水轮机锥管的光滑平直表面高二到四倍，这就使该区域的总体阻力水平要比常规结构高出了二到四倍；
2）由于水泵水轮机水泵工况锥管处的阻力与该处流速的平方成正比，则锥管处流速高的区域要比流速低的区域所受到的阻力要高得多。这就使水泵水轮机水泵工况锥管处的水流流动速度能够迅速地趋于一致。采用本发明后，锥管1处进入水泵水轮机转轮的水流速度分布规律满足下式：
式中：
如图7所示，由上式可知，锥管1中等距排列的非突出式环形肋4起到的显著阻力效应，使锥管1中进入水泵水轮机转轮的水流迅速地实现了水流方向和流速一致，以及流速相对管道几何中心无明显差异的目的。
进一步地，所述锥管1为圆锥台型。
进一步地，所述非突出式环形肋4沿锥管1中心线剖面呈矩形。
进一步地，所述非突出式环形肋4长边6尺寸为水泵水轮机转轮公称直径5的0.07倍，短边8尺寸为水泵水轮机转轮公称直径5的0.015倍。
进一步地，所述非突出式环形肋4的长边6与锥管1的旋转母线7垂直，所述非突出式环形肋4的短边8与锥管1的旋转母线重合。明确了非突出式环形肋4在水泵水轮机锥管1流道中的空间几何位置。
进一步地，所述非突出式环形肋4长边6与短边8的交点在沿锥管1中心线剖面上的投影与锥管1中心线垂直。如果锥管1上的非突出式环形肋4产生阻力作用的区域不与锥管1的中心线垂直，则该处的水流会在非突出式环形肋4的作用面产生沿锥管1边壁流动的连续环流，使水流在速度和方向上产生沿锥管1表面的切向分量，无法实现使水流方向和速度趋于均匀一致，从而达到锥管内水流流动状态稳定的目标。
进一步地，所述非突出式环形肋4的数量不少于5。本发明可以根据水力性能和结构设计的需要适当增加非突出式环形肋4的数量，以保证锥管1的过流表面具有足够高的阻力，从而实现提高水泵水轮机水泵工况来流稳定性的目的。
进一步地，所述非突出式环形肋4间的间隔尺寸为水泵水轮机转轮公称直径5的0.03倍。公开了实现增大阻力功能的多个非突出式环形肋4间的间隔尺寸。
进一步地，按水泵水轮机水泵工况水流方向，自距交界点3水泵水轮机转轮公称直径5的0.03倍长度起，沿锥管1的旋转母线7，在锥管1过流表面开设宽为水泵水轮机转轮公称直径5的0.03倍、深为水泵水轮机转轮公称直径5的0.07倍的凹槽11。确定了构成高阻力区的多个非突出式环形肋4中的第一个非突出式环形肋4在水泵水轮机水泵工况水流方向的几何形状。
进一步地，所述凹槽11的凹槽壁9与锥管1的旋转母线7垂直，凹槽壁9与旋转母线7的交点10在沿锥管1中心线剖面上的投影与锥管1中心线垂直。保证多个非突出式环形肋4中的第一个非突出式环形肋4的作用面能够始终与水流方向呈垂直状态，防止在该处锥管1边壁附近出现环流的现象。
以上对本发明及其实施方式进行了举例描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也仅是本发明的实施方式之一，实际的实施内容并不局限于此。总而言之，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的实施方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种提高水泵水轮机水泵工况来流稳定性的锥管结构，其特征是：锥管（1）与肘管（2）的交点为交界点（3），按水泵水轮机水泵工况水流方向，自距交界点（3）水泵水轮机转轮公称直径（5）的0.06倍长度起，沿锥管（1）的旋转母线（7）,在锥管（1）过流表面设置连续等距非突出式环形肋（4）结构。
2.根据权利要求1所述的一种提高水泵水轮机水泵工况来流稳定性的锥管结构，其特征在于，所述锥管（1）为圆锥台型。
3.根据权利要求1所述的一种提高水泵水轮机水泵工况来流稳定性的锥管结构，其特征在于，所述非突出式环形肋（4）沿锥管（1）中心线剖面呈矩形。
4.根据权利要求1所述的一种提高水泵水轮机水泵工况来流稳定性的锥管结构，其特征在于，所述非突出式环形肋（4）长边（6）尺寸为水泵水轮机转轮公称直径（5）的0.07倍，短边（8）尺寸为水泵水轮机转轮公称直径（5）的0.015倍。
5.根据权利要求1所述的一种提高水泵水轮机水泵工况来流稳定性的锥管结构，其特征在于，所述非突出式环形肋（4）的长边（6）与锥管（1）的旋转母线（7）垂直，非突出式环形肋（4）的短边（8）与锥管（1）的旋转母线（7）重合。
6.根据权利要求1所述的一种提高水泵水轮机水泵工况来流稳定性的锥管结构，其特征在于，所述非突出式环形肋（4）长边（6）与短边（8）的交点在沿锥管（1）中心线剖面上的投影与锥管（1）中心线垂直。
7.根据权利要求1所述的一种提高水泵水轮机水泵工况来流稳定性的锥管结构，其特征在于，所述非突出式环形肋（4）的数量不少于5。
8.根据权利要求1所述的一种提高水泵水轮机水泵工况来流稳定性的锥管结构，其特征在于，所述非突出式环形肋（4）间的间隔尺寸为水泵水轮机转轮公称直径（5）的0.03倍。
9.根据权利要求1所述的一种提高水泵水轮机水泵工况来流稳定性的锥管结构，其特征在于，按水泵水轮机水泵工况水流方向，自距交界点（3）水泵水轮机转轮公称直径（5）的0.03倍长度起，沿锥管（1）的旋转母线（7），在锥管（1）过流表面开设宽为水泵水轮机转轮公称直径（5）的0.03倍、深为水泵水轮机转轮公称直径（5）的0.07倍的凹槽（11）。
10.根据权利要求9所述的一种提高水泵水轮机水泵工况来流稳定性的锥管结构，其特征在于，所述凹槽（11）的凹槽壁（9）与锥管（1）的旋转母线（7）垂直，凹槽壁（9）与旋转母线（7）的交点（10）在沿锥管（1）中心线剖面上的投影与锥管（1）中心线垂直。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310243673.9A CN115949543B (zh) | 2023-03-15 | 2023-03-15 | 一种提高水泵水轮机水泵工况来流稳定性的锥管结构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310243673.9A CN115949543B (zh) | 2023-03-15 | 2023-03-15 | 一种提高水泵水轮机水泵工况来流稳定性的锥管结构 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115949543A true CN115949543A (zh) | 2023-04-11 |
| CN115949543B CN115949543B (zh) | 2023-11-28 |
Family
ID=87287965
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310243673.9A Active CN115949543B (zh) | 2023-03-15 | 2023-03-15 | 一种提高水泵水轮机水泵工况来流稳定性的锥管结构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115949543B (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102828884A (zh) * | 2012-08-03 | 2012-12-19 | 清华大学 | 一种抑制水轮机尾水管空化涡带的射流槽结构 |
| US20130264826A1 (en) * | 2011-02-28 | 2013-10-10 | Alstom Hydro France | Fin and installation for converting hydraulic-energy comprising such a fin |
| CN206338150U (zh) * | 2016-12-13 | 2017-07-18 | 河海大学 | 带有t型抑涡板的水轮机尾水管 |
| CN115199455A (zh) * | 2022-08-03 | 2022-10-18 | 温州大学 | 一种抑制水泵水轮机驼峰特性的带槽尾水管及其使用方法 |
| CN115680966A (zh) * | 2022-12-05 | 2023-02-03 | 国网新源控股有限公司 | 水轮机尾水管漩涡抑制方法 |
-
2023
- 2023-03-15 CN CN202310243673.9A patent/CN115949543B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130264826A1 (en) * | 2011-02-28 | 2013-10-10 | Alstom Hydro France | Fin and installation for converting hydraulic-energy comprising such a fin |
| CN102828884A (zh) * | 2012-08-03 | 2012-12-19 | 清华大学 | 一种抑制水轮机尾水管空化涡带的射流槽结构 |
| CN206338150U (zh) * | 2016-12-13 | 2017-07-18 | 河海大学 | 带有t型抑涡板的水轮机尾水管 |
| CN115199455A (zh) * | 2022-08-03 | 2022-10-18 | 温州大学 | 一种抑制水泵水轮机驼峰特性的带槽尾水管及其使用方法 |
| CN115680966A (zh) * | 2022-12-05 | 2023-02-03 | 国网新源控股有限公司 | 水轮机尾水管漩涡抑制方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115949543B (zh) | 2023-11-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN203067358U (zh) | 新型开敞式水泵进水池 | |
| CN102673760A (zh) | 提高能量效率的船舶驱动系统的前喷嘴 | |
| CN111425450A (zh) | 一种带有前尾缘仿生锯齿结构的离心泵叶片 | |
| CN207830220U (zh) | 一种具有分离网增强自吸的旋涡泵 | |
| CN115949543A (zh) | 一种提高水泵水轮机水泵工况来流稳定性的锥管结构 | |
| CN110594484B (zh) | 一种用于大坝锥形阀的二级旋流消能装置 | |
| CN110529426B (zh) | 一种高速泵用开式叶轮结构 | |
| CN102720171A (zh) | 倒坡式阶梯消能工 | |
| CN205371067U (zh) | 离心泵叶轮 | |
| CN110219829A (zh) | 一种离心蜗壳出口结构 | |
| CN210461164U (zh) | 一种混流泵 | |
| CN104279180A (zh) | 一种双吸叶轮 | |
| CN105863930B (zh) | 一种小型一体式水轮发电机组 | |
| CN112360660B (zh) | 一种长短叶片型可逆式水泵水轮机 | |
| CN110296032B (zh) | 一种双向全贯流水轮机 | |
| CN112062242B (zh) | 一种用于给水混合搅拌的装置及方法 | |
| CN110748504A (zh) | 侧流道泵体的水力结构 | |
| CN104165156A (zh) | 一种不等出口环量分布的轴流泵叶轮设计方法 | |
| CN204113732U (zh) | 一种双吸叶轮 | |
| CN109778799B (zh) | 一种非对称消力池 | |
| CN203560152U (zh) | 一种双级离心泵叶轮 | |
| CN109882444B (zh) | 一种流道内带阶梯整流装置的混流泵叶轮 | |
| CN111577508A (zh) | 一种带有双进口式蜗壳的高比转速轴流式水轮机 | |
| CN220081684U (zh) | 一种消涡整流的灯泡贯流泵装置 | |
| CN211314651U (zh) | 侧流道泵体的水力结构 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20231213 Address after: 150040 Harbin Motor Factory No. three, 99 power road, Xiangfang District, Heilongjiang, Harbin Patentee after: HARBIN ELECTRIC MACHINERY Co.,Ltd. Patentee after: Engineering Construction Management Branch of China Southern power grid peak load regulation and frequency modulation power generation Co.,Ltd. Address before: Building 2, Ganshui Road, Nangang District, Harbin City, Heilongjiang Province, 150040 Patentee before: HARBIN ELECTRIC MACHINERY Co.,Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right |