大型低揚(yáng)程泵裝置空化性能推算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水利工程累裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及大型低揚(yáng)程累裝置空化性能推算 方法，主要用于大型低揚(yáng)程累站初步設(shè)計(jì)階段累裝置空化性能的推算、評(píng)價(jià)和調(diào)整，W保證 累裝置的空化性能滿足要求。
【背景技術(shù)】
[0002] 大型低揚(yáng)程累裝置廣泛應(yīng)用于水資源調(diào)配、農(nóng)業(yè)灌排、水環(huán)境改善和城市抗洪排 潰等許多重要領(lǐng)域。如何保證大型低揚(yáng)程累裝置的空化性能滿足要求是累裝置持久穩(wěn)定運(yùn) 行的關(guān)鍵技術(shù)。目前對(duì)大型低揚(yáng)程累裝置的空化性能尚缺乏明確的定量評(píng)價(jià)指標(biāo)及計(jì)算方 法，常將表達(dá)水累本身空化性能的空化比轉(zhuǎn)速用于評(píng)價(jià)累裝置的空化性能，對(duì)累裝置空化 性能具有較大影響的水累葉輪中屯、高程則主要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定。運(yùn)種方法具有明顯的主觀性 和片面性，嚴(yán)重影響到累裝置抗空化設(shè)計(jì)的質(zhì)量，對(duì)最大限度地避免累裝置的水累空化及 空蝕很不利。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述方法的缺陷，提供大型低揚(yáng)程累裝置空化性能的推算 方法，用于大型低揚(yáng)程累站初步設(shè)計(jì)階段累裝置空化性能的推算、評(píng)價(jià)和調(diào)整，W保證累裝 置的抗空化設(shè)計(jì)滿足要求。應(yīng)用本發(fā)明推算大型低揚(yáng)程累裝置空化性能的特征是：引入綜 合考慮了進(jìn)水池水位、累裝置空化性能最不利工況點(diǎn)、水累葉輪中屯、高程、進(jìn)水流道水頭損 失和水累空化性能等各個(gè)影響因素的累裝置抗空化安全系數(shù)，并將其作為大型低揚(yáng)程累裝 置空化性能的定量評(píng)價(jià)指標(biāo)；根據(jù)累裝置空化性能3個(gè)可能的最不利工況點(diǎn)和水累5個(gè)葉 片安放角的空化性能，推算所述累裝置的最小抗空化安全系數(shù)；既可用于定量評(píng)價(jià)已設(shè)計(jì) 完成的累裝置的空化性能，也可用于根據(jù)累裝置所要求的抗空化安全系數(shù)選取合適的模型 水累和推算合理的水累葉輪中屯、高程。本發(fā)明條理清楚、可操作性強(qiáng)，可在累站初步設(shè)計(jì)階 段推算、評(píng)價(jià)和調(diào)整大型低揚(yáng)程累裝置的空化性能，對(duì)保證累裝置的抗空化設(shè)計(jì)質(zhì)量和安 全穩(wěn)定運(yùn)行具有非常重要的意義。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，采用如下技術(shù)方案： 陽〇化]1.引入累裝置抗空化安全系數(shù)，并將其作為大型低揚(yáng)程累裝置空化性能的定量評(píng) 價(jià)指標(biāo)，其定義為：
[0006]
…
[0007] 式中，k抗空化一-累裝置抗空化安全系數(shù)；WS化一-所述累裝置的有效空化余量， (m);NP甜Cp-一所述累裝置原型水累的臨界空化余量，（m);下標(biāo)P表示原型水累的參數(shù)， 下同；
[0008] 2.在經(jīng)過國(guó)家指定檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)并公布檢測(cè)資料的常用低揚(yáng)程模型水累中，根據(jù) 所述累裝置的設(shè)計(jì)參數(shù)及運(yùn)行范圍，在累站初步設(shè)計(jì)階段初選合適的模型水累，并根據(jù)水 累相似律將模型水累的各有關(guān)參數(shù)換算至原型；
[0009] 3.將累裝置空化性能3個(gè)可能的最不利工況點(diǎn)依次編號(hào)為：第1個(gè)最不利工況 點(diǎn)一一所述累裝置進(jìn)水池最低運(yùn)行水位所對(duì)應(yīng)的工況點(diǎn)；第2個(gè)最不利工況點(diǎn)一一所述累 裝置最高揚(yáng)程工況點(diǎn)；第3個(gè)最不利工況點(diǎn)一一所述累裝置最低揚(yáng)程工況點(diǎn)；列出所述3個(gè) 最不利工況點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的進(jìn)水池水位、揚(yáng)程、流量和水累葉片安放角等有關(guān)參數(shù)；
[0010] 4.根據(jù)與所述3個(gè)最不利工況點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的流量（Qp) 1，可采用CFD數(shù)值計(jì)算方法逐 一工況點(diǎn)計(jì)算所述累裝置進(jìn)水流道的水頭損失（Ah^K,^J*)l;下標(biāo)i=l，2,3，為所述3個(gè) 最不利工況點(diǎn)的編號(hào)，下同；
[0011] 5.根據(jù)累軸與水平面的夾角a和初步設(shè)計(jì)階段初定的原型水累葉輪直徑Dp及水 累葉輪中屯、高可按下式逐一計(jì)算所述3個(gè)最不利工況點(diǎn)的有效空化余量：
[0012]
(2;
[0013] 式中，（WS化)1--所述累裝置空化性能第i個(gè)最不利工況點(diǎn)的有效空化余量， (m);(Ah進(jìn)流道）1--所述累裝置空化性能第i個(gè)最不利工況點(diǎn)的進(jìn)水流道水頭損失，（m); - 一所述累裝置空化性能第i個(gè)最不利工況點(diǎn)的進(jìn)水池水位，（m) ; 一一初 步設(shè)計(jì)階段初定的水累葉輪中屯、高程，（m)，下同；Dp-一初步設(shè)計(jì)階段初定的原型水累葉 輪直徑，（m)，下同；a--累軸與水平面的夾角，（° )，下同；
[0014] 6.根據(jù)所述模型水累5個(gè)葉片安放角的空化性能的特點(diǎn)，可建立所述模型水累5 個(gè)葉片安放角的臨界空化余量（NPSHcJ,與流量Qm之間的關(guān)系式：
[001 引（脈姐Cm),=咕),+(。"、結(jié) ，結(jié) 0'=U，3,4,5 ) 說
[0016] 式中，（NP甜Cm),--所述模型水累第j個(gè)葉片安放角的臨界空化余量，（m);下標(biāo) j= 1，2,3,4和5,為所述水累葉片安放角的編號(hào)，所對(duì)應(yīng)的葉片安放角分別為一4°，一 2°，0°，+2° 和+4。，下同；Qm--模型水累的流量，（m3/s)，下同；（Sm),、（Tm),、〇Jm).,和（Vm) ,--根據(jù)所述模型水累第j個(gè)葉片安放角的臨界空化余量（NP甜Cm)，與流量Qm之間關(guān)系算 得的系數(shù)，下同；下標(biāo)m表示模型水累的參數(shù)，下同；
[0017] 7.根據(jù)（3)式和水累汽蝕相似律有關(guān)原、模型水累臨界空化余量的換算公式，可 推算出與所述模型水累對(duì)應(yīng)的原型水累5個(gè)葉片安放角的臨界空化余量（NP甜Cp),與流量 Qp之間的關(guān)系式：
[0018]
(/'二1，2,3,4,5) (4)
[0019] 式中，（NP甜Cp),--所述原型水累第j個(gè)葉片安放角的臨界空化余量，（m);Qp-- 原型水累的流量，（mVs)，下同；Dm-一所述模型水累的葉輪直徑，（m)，下同；nm-一所述模 型水累的額定轉(zhuǎn)速，（r/min)，下同；rip--所述原型水累的額定轉(zhuǎn)速，（r/min)，下同；
[0020]8.根據(jù)所述3個(gè)最不利工況點(diǎn)的原型水累的流量媒)1，按（4)式逐一計(jì)算所述3 個(gè)最不利工況點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的原型水累的臨界空化余量（NP甜Cp) 1;
[0021] 9.根據(jù)第5步驟計(jì)算的所述累裝置有效空化余量（WS化)1和第8步驟計(jì)算的所 述原型水累臨界空化余量（NP甜Cp)1，按下式逐一計(jì)算所述3個(gè)最不利工況點(diǎn)的抗空化安全 系數(shù)化)i:
[0022]
(/ = 1,2,3 ) (5)
[002引取（k抗空化）沖的最小者為所述累裝置的抗空化安全系數(shù)：
[0024] k抗空化=min{(k抗空化）J(i= 1, 2,扣 化）
[00巧]10.累裝置抗空化安全系數(shù)綜合考慮了進(jìn)水池水位、累裝置空化性能最不 利工況點(diǎn)、水累葉輪中屯、高程、進(jìn)水流道水頭損失和原型水累空化性能等影響累裝置空化 性能的各相關(guān)因素，可作為全面反映累裝置空化性能的定量評(píng)價(jià)指標(biāo)，其合理取值一般為 (1. 25~1. 50)，水累葉輪直徑愈大、累站的重要性愈突出，的取值愈大；
[0026] 11.若初步設(shè)計(jì)完成的累裝置的抗空化安全系數(shù)不符合要求，則可根據(jù)所要 求的，重新選擇水累和計(jì)算水累葉輪中屯、高程。
[0027] 應(yīng)用本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)W下兩個(gè)目的：（1)推算已完成初步設(shè)計(jì)的累裝置抗空化安全 系數(shù)；（2)根據(jù)所要求的累裝置抗空化安全系數(shù)選取合適的水累和計(jì)算合理的水累葉 輪中屯、高程。
[0028] 本發(fā)明的第一個(gè)目的是運(yùn)樣實(shí)現(xiàn)的：
[0029] 1.將累裝置空化性能3個(gè)最不利工況點(diǎn)依次編號(hào)為：第1個(gè)最不利工況點(diǎn)一一所 述累裝置進(jìn)水池最低運(yùn)行水位所對(duì)應(yīng)的工況點(diǎn)；第2個(gè)最不利工況點(diǎn)一一所述累裝置最高 揚(yáng)程工況點(diǎn)；第3個(gè)最不利工況點(diǎn)一一所述累裝置最低揚(yáng)程工況點(diǎn)；列出所述3個(gè)最不利工 況點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的進(jìn)水池水位、揚(yáng)程、流量和水累葉片安放角；
[0030]2.根據(jù)與所述3個(gè)最不利工況點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的流量媒)1，采用C抑?jǐn)?shù)值計(jì)算方法逐一 計(jì)算所述累裝置進(jìn)水流道的水頭損失（A流道）1;
[0031] 3.計(jì)算所述累裝置空化性能最不利工況點(diǎn)的有效空化余量：
[0032] ①第1個(gè)最不利工況點(diǎn)的累裝置有效空化余量為
[0033]
(7)
[0034] ②第2個(gè)最不利工況點(diǎn)的累裝置有效空化余量為
[0035]
(8)
[0036] ③第3個(gè)最不利工況點(diǎn)的累裝置有效空化余量為
[0037]
巧) 陽0測(cè)式中，（NPS化)1、（NPS化)2和（WS化）3--所述第1、第2和第3個(gè)最不利工況點(diǎn) 的累裝置有效至化余重，（m) ; (Ah進(jìn)水流道）1、（Ah進(jìn)水流道）2和（Ah進(jìn)水流道）3所述束1、束2 和第3個(gè)最不利工況點(diǎn)的進(jìn)水流道水頭損失，（m);巧巧- 一所述第 1、第2和第3個(gè)最不利工況點(diǎn)的進(jìn)水池水化（m);
[0039]4.計(jì)算所述3個(gè)最不利工況點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的原型水累臨界空化余量（NP甜Cp)1:
[0040] ①第1個(gè)最不利工況點(diǎn)的原型水累臨界空化余量為 陽0川U0) --- -【
r. .r V.
[0042]②第2個(gè)最不利工況點(diǎn)的原型水累臨界空化余量為
[00創(chuàng)山) … .… … (.
(-. Yr
[0044] ③第3個(gè)最不利工況點(diǎn)的原型水累臨界空化余量為
[0045]
[0046] 式中，（NP甜Cp) 1、（NP甜Cp)2和（NP甜Cp)3--所述第1、第2和第3個(gè)最不利工況點(diǎn) 的原型水累臨界空化余量，（m);
[0047]5.根據(jù)第3步驟計(jì)算得到的所述累裝置有效空化余量（WS化)1和第4步驟計(jì)算 得到的所述原型水累臨界空化余量（NP甜Cp)1，逐一計(jì)算所述3個(gè)最不利工況點(diǎn)的累裝置抗 空化安全系數(shù)化抗空化）1:
[0048] ①第1個(gè)最不利工況點(diǎn)的累裝置抗空化安全系數(shù)為
[0049]
(13)
[0050] ②第2個(gè)最不利工況點(diǎn)的累裝置抗空化安全系數(shù)為
[0051]
(14)
[0052] ③第3個(gè)最不利工況點(diǎn)的累裝置抗空化安全系數(shù)為
[0053]
(巧)：
[0054] 式中，化抗空化）1、化抗空化）2和化抗空化）3--所述第1、第2和第3個(gè)最不利工況點(diǎn) 的累裝置抗空化安全系數(shù)；(WS化)1、（WS化)2和（WS化）3-一所述第1、第2和第3個(gè)最 不利工況點(diǎn)的累裝置有效空化余量，（m) ;(NP甜Cp)i、（NP甜Cp)2和（NP甜Cp)3 -一所述第1、 第2和第3個(gè)最不利工況點(diǎn)的原型水累臨界空化余量，（m);
[005引 6.取空)沖的最小者為所述累裝置的抗空化安全系數(shù)：
[0056]k抗空化=min{(k抗空化）J(i= 1, 2,扣 （16)
[0057]7.根據(jù)第6步驟得到的k抗空化對(duì)所述累裝置空化性能作出評(píng)價(jià)。
[0058] 本發(fā)明的第2個(gè)目的是運(yùn)樣實(shí)現(xiàn)的：
[0059] 1.根據(jù)所述累裝置的設(shè)計(jì)參數(shù)及運(yùn)行范圍，在經(jīng)過國(guó)家指定檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)并公布 檢測(cè)資料的常用低揚(yáng)程模型水累中，選擇L個(gè)化> 1)適用的模型水累，將它們依次編號(hào)為 1 = 1，2,3,……，以下同；根據(jù)水累相似律將所述模型水累的各有關(guān)參數(shù)換算至所述累裝 置的原型水累，得到L個(gè)所述原型水累的相應(yīng)參數(shù)；
[0060] 2.