La Influencia del Ángulo de Instalación del Borde de Baja Presión de una Paleta en el Rendimiento de Cavitación de las Turbinas-Bombas Francis
Autores: Ruan, Hui; Chao, Wenxiong; Li, Xiangyang; Zhang, Qingyang; Qing, Lvjun; Wei, Chunmei
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
La Influencia del Ángulo de Instalación del Borde de Baja Presión de una Paleta en el Rendimiento de Cavitación de las Turbinas-Bombas Francis
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
ángulo de instalación
Rendimiento de cavitación
Borde de baja presión de la pala
Bomba-turbina
Eficiencia
Método de diseño
Licencia
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El borde de baja presión de una pala de bomba-turbina es más propenso a la cavitación que otras partes. El ángulo de instalación del borde de baja presión de la pala es uno de los parámetros clave que afectan el rendimiento de cavitación de la bomba-turbina. Basado en el ángulo de instalación del borde de baja presión de la pala obtenido por el principio de flujo normal de la pala de la turbina, se construyen otros dos ángulos de instalación del borde de baja presión aumentando el ángulo de instalación del borde de baja presión hacia la dirección de la banda. Se diseñan tres tipos de palas basadas en el programa de diseño paramétrico de la pala de bomba-turbina. Se adopta el modelo de cavitación de Zwart para llevar a cabo simulaciones numéricas estables de canal completo para las tres palas. Se comparan las eficiencias y los campos de flujo interno del tubo de aspiración bajo condiciones de operación de la turbina. Se analizan las características de cavitación en modo bomba, la distribución del campo de flujo turbulento y la distribución de presión en la superficie de la pala. Se resumen las leyes de influencia del ángulo de instalación del borde de baja presión de la pala sobre el rendimiento de la bomba-turbina. Se ha explorado un método de diseño para la anti-cavitación de las palas de bomba-turbina Francis. Los resultados muestran que la pala LP1 puede lograr un flujo normal bajo la condición de operación nominal de la turbina, pero debido al gran ángulo de ataque de entrada bajo condiciones de operación de bomba, el rendimiento de cavitación en modo bomba es muy pobre. Al aumentar el ángulo de instalación del borde de baja presión de la pala hacia la dirección de la banda, se pueden mejorar las eficiencias y los rendimientos de cavitación en modo bomba. La pala LP3 reduce el ángulo de ataque de entrada mientras optimiza la distribución de presión en la superficie de succión de la pala, reduciendo así el efecto superpuesto de dos fenómenos bajo condiciones de operación de bomba de gran descarga con bajos números de cavitación: separaciones de flujo en la superficie de presión causadas por el impacto de entrada y separaciones de flujo en la superficie de succión de palas adyacentes causadas por cavitación. Como resultado, el rendimiento de cavitación de la pala LP3 es significativamente mejor que el de las palas LP1 y LP2. El método de diseño anti-cavitación propuesto es simple y efectivo y puede aplicarse a la investigación y diseño de modificación de las palas de bomba-turbina Francis.
Descripción
El borde de baja presión de una pala de bomba-turbina es más propenso a la cavitación que otras partes. El ángulo de instalación del borde de baja presión de la pala es uno de los parámetros clave que afectan el rendimiento de cavitación de la bomba-turbina. Basado en el ángulo de instalación del borde de baja presión de la pala obtenido por el principio de flujo normal de la pala de la turbina, se construyen otros dos ángulos de instalación del borde de baja presión aumentando el ángulo de instalación del borde de baja presión hacia la dirección de la banda. Se diseñan tres tipos de palas basadas en el programa de diseño paramétrico de la pala de bomba-turbina. Se adopta el modelo de cavitación de Zwart para llevar a cabo simulaciones numéricas estables de canal completo para las tres palas. Se comparan las eficiencias y los campos de flujo interno del tubo de aspiración bajo condiciones de operación de la turbina. Se analizan las características de cavitación en modo bomba, la distribución del campo de flujo turbulento y la distribución de presión en la superficie de la pala. Se resumen las leyes de influencia del ángulo de instalación del borde de baja presión de la pala sobre el rendimiento de la bomba-turbina. Se ha explorado un método de diseño para la anti-cavitación de las palas de bomba-turbina Francis. Los resultados muestran que la pala LP1 puede lograr un flujo normal bajo la condición de operación nominal de la turbina, pero debido al gran ángulo de ataque de entrada bajo condiciones de operación de bomba, el rendimiento de cavitación en modo bomba es muy pobre. Al aumentar el ángulo de instalación del borde de baja presión de la pala hacia la dirección de la banda, se pueden mejorar las eficiencias y los rendimientos de cavitación en modo bomba. La pala LP3 reduce el ángulo de ataque de entrada mientras optimiza la distribución de presión en la superficie de succión de la pala, reduciendo así el efecto superpuesto de dos fenómenos bajo condiciones de operación de bomba de gran descarga con bajos números de cavitación: separaciones de flujo en la superficie de presión causadas por el impacto de entrada y separaciones de flujo en la superficie de succión de palas adyacentes causadas por cavitación. Como resultado, el rendimiento de cavitación de la pala LP3 es significativamente mejor que el de las palas LP1 y LP2. El método de diseño anti-cavitación propuesto es simple y efectivo y puede aplicarse a la investigación y diseño de modificación de las palas de bomba-turbina Francis.