大型低扬程泵装置空化性能推算方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于水利工程累装置技术领域，具体设及大型低扬程累装置空化性能推算 方法，主要用于大型低扬程累站初步设计阶段累装置空化性能的推算、评价和调整，W保证 累装置的空化性能满足要求。
【背景技术】
[0002] 大型低扬程累装置广泛应用于水资源调配、农业灌排、水环境改善和城市抗洪排 溃等许多重要领域。如何保证大型低扬程累装置的空化性能满足要求是累装置持久稳定运 行的关键技术。目前对大型低扬程累装置的空化性能尚缺乏明确的定量评价指标及计算方 法，常将表达水累本身空化性能的空化比转速用于评价累装置的空化性能，对累装置空化 性能具有较大影响的水累叶轮中屯、高程则主要根据经验确定。运种方法具有明显的主观性 和片面性，严重影响到累装置抗空化设计的质量，对最大限度地避免累装置的水累空化及 空蚀很不利。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的就是针对上述方法的缺陷，提供大型低扬程累装置空化性能的推算 方法，用于大型低扬程累站初步设计阶段累装置空化性能的推算、评价和调整，W保证累装 置的抗空化设计满足要求。应用本发明推算大型低扬程累装置空化性能的特征是：引入综 合考虑了进水池水位、累装置空化性能最不利工况点、水累叶轮中屯、高程、进水流道水头损 失和水累空化性能等各个影响因素的累装置抗空化安全系数，并将其作为大型低扬程累装 置空化性能的定量评价指标；根据累装置空化性能3个可能的最不利工况点和水累5个叶 片安放角的空化性能，推算所述累装置的最小抗空化安全系数；既可用于定量评价已设计 完成的累装置的空化性能，也可用于根据累装置所要求的抗空化安全系数选取合适的模型 水累和推算合理的水累叶轮中屯、高程。本发明条理清楚、可操作性强，可在累站初步设计阶 段推算、评价和调整大型低扬程累装置的空化性能，对保证累装置的抗空化设计质量和安 全稳定运行具有非常重要的意义。
[0004] 为实现本发明的目的，采用如下技术方案： 阳〇化]1.引入累装置抗空化安全系数，并将其作为大型低扬程累装置空化性能的定量评 价指标，其定义为：
[0006]
…
[0007] 式中，k抗空化一-累装置抗空化安全系数；WS化一-所述累装置的有效空化余量， (m);NP甜Cp-一所述累装置原型水累的临界空化余量，（m);下标P表示原型水累的参数， 下同；
[0008] 2.在经过国家指定检测机构检测并公布检测资料的常用低扬程模型水累中，根据 所述累装置的设计参数及运行范围，在累站初步设计阶段初选合适的模型水累，并根据水 累相似律将模型水累的各有关参数换算至原型；
[0009] 3.将累装置空化性能3个可能的最不利工况点依次编号为：第1个最不利工况 点一一所述累装置进水池最低运行水位所对应的工况点；第2个最不利工况点一一所述累 装置最高扬程工况点；第3个最不利工况点一一所述累装置最低扬程工况点；列出所述3个 最不利工况点所对应的进水池水位、扬程、流量和水累叶片安放角等有关参数；
[0010] 4.根据与所述3个最不利工况点相对应的流量（Qp) 1，可采用CFD数值计算方法逐 一工况点计算所述累装置进水流道的水头损失（Ah^K,^J*)l;下标i=l，2,3，为所述3个 最不利工况点的编号，下同；
[0011] 5.根据累轴与水平面的夹角a和初步设计阶段初定的原型水累叶轮直径Dp及水 累叶轮中屯、高可按下式逐一计算所述3个最不利工况点的有效空化余量：
[0012]
(2;
[0013] 式中，（WS化)1--所述累装置空化性能第i个最不利工况点的有效空化余量， (m);(Ah进流道）1--所述累装置空化性能第i个最不利工况点的进水流道水头损失，（m); - 一所述累装置空化性能第i个最不利工况点的进水池水位，（m) ; 一一初 步设计阶段初定的水累叶轮中屯、高程，（m)，下同；Dp-一初步设计阶段初定的原型水累叶 轮直径，（m)，下同；a--累轴与水平面的夹角，（° )，下同；
[0014] 6.根据所述模型水累5个叶片安放角的空化性能的特点，可建立所述模型水累5 个叶片安放角的临界空化余量（NPSHcJ,与流量Qm之间的关系式：
[001 引（脈姐Cm),=咕),+(。"、结 ，结 0'=U，3,4,5 ) 说
[0016] 式中，（NP甜Cm),--所述模型水累第j个叶片安放角的临界空化余量，（m);下标 j= 1，2,3,4和5,为所述水累叶片安放角的编号，所对应的叶片安放角分别为一4°，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) ,--根据所述模型水累第j个叶片安放角的临界空化余量（NP甜Cm)，与流量Qm之间关系算 得的系数，下同；下标m表示模型水累的参数，下同；
[0017] 7.根据（3)式和水累汽蚀相似律有关原、模型水累临界空化余量的换算公式，可 推算出与所述模型水累对应的原型水累5个叶片安放角的临界空化余量（NP甜Cp),与流量 Qp之间的关系式：
[0018]
(/'二1，2,3,4,5) (4)
[0019] 式中，（NP甜Cp),--所述原型水累第j个叶片安放角的临界空化余量，（m);Qp-- 原型水累的流量，（mVs)，下同；Dm-一所述模型水累的叶轮直径，（m)，下同；nm-一所述模 型水累的额定转速，（r/min)，下同；rip--所述原型水累的额定转速，（r/min)，下同；
[0020]8.根据所述3个最不利工况点的原型水累的流量媒)1，按（4)式逐一计算所述3 个最不利工况点所对应的原型水累的临界空化余量（NP甜Cp) 1;
[0021] 9.根据第5步骤计算的所述累装置有效空化余量（WS化)1和第8步骤计算的所 述原型水累临界空化余量（NP甜Cp)1，按下式逐一计算所述3个最不利工况点的抗空化安全 系数化)i:
[0022]
(/ = 1,2,3 ) (5)
[002引取（k抗空化）冲的最小者为所述累装置的抗空化安全系数：
[0024] k抗空化=min{(k抗空化）J(i= 1, 2,扣 化）
[00巧]10.累装置抗空化安全系数综合考虑了进水池水位、累装置空化性能最不 利工况点、水累叶轮中屯、高程、进水流道水头损失和原型水累空化性能等影响累装置空化 性能的各相关因素，可作为全面反映累装置空化性能的定量评价指标，其合理取值一般为 (1. 25~1. 50)，水累叶轮直径愈大、累站的重要性愈突出，的取值愈大；
[0026] 11.若初步设计完成的累装置的抗空化安全系数不符合要求，则可根据所要 求的，重新选择水累和计算水累叶轮中屯、高程。
[0027] 应用本发明可实现W下两个目的：（1)推算已完成初步设计的累装置抗空化安全 系数；（2)根据所要求的累装置抗空化安全系数选取合适的水累和计算合理的水累叶 轮中屯、高程。
[0028] 本发明的第一个目的是运样实现的：
[0029] 1.将累装置空化性能3个最不利工况点依次编号为：第1个最不利工况点一一所 述累装置进水池最低运行水位所对应的工况点；第2个最不利工况点一一所述累装置最高 扬程工况点；第3个最不利工况点一一所述累装置最低扬程工况点；列出所述3个最不利工 况点所对应的进水池水位、扬程、流量和水累叶片安放角；
[0030]2.根据与所述3个最不利工况点相对应的流量媒)1，采用C抑数值计算方法逐一 计算所述累装置进水流道的水头损失（A流道）1;
[0031] 3.计算所述累装置空化性能最不利工况点的有效空化余量：
[0032] ①第1个最不利工况点的累装置有效空化余量为
[0033]
(7)
[0034] ②第2个最不利工况点的累装置有效空化余量为
[0035]
(8)
[0036] ③第3个最不利工况点的累装置有效空化余量为
[0037]
巧) 阳0測式中，（NPS化)1、（NPS化)2和（WS化）3--所述第1、第2和第3个最不利工况点 的累装置有效至化余重，（m) ; (Ah进水流道）1、（Ah进水流道）2和（Ah进水流道）3所述束1、束2 和第3个最不利工况点的进水流道水头损失，（m);巧巧- 一所述第 1、第2和第3个最不利工况点的进水池水化（m);
[0039]4.计算所述3个最不利工况点所对应的原型水累临界空化余量（NP甜Cp)1:
[0040] ①第1个最不利工况点的原型水累临界空化余量为 阳0川U0) --- -【
r. .r V.
[0042]②第2个最不利工况点的原型水累临界空化余量为
[00创山) … .… … (.
(-. Yr
[0044] ③第3个最不利工况点的原型水累临界空化余量为
[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个最不利工况点 的原型水累临界空化余量，（m);
[0047]5.根据第3步骤计算得到的所述累装置有效空化余量（WS化)1和第4步骤计算 得到的所述原型水累临界空化余量（NP甜Cp)1，逐一计算所述3个最不利工况点的累装置抗 空化安全系数化抗空化）1:
[0048] ①第1个最不利工况点的累装置抗空化安全系数为
[0049]
(13)
[0050] ②第2个最不利工况点的累装置抗空化安全系数为
[0051]
(14)
[0052] ③第3个最不利工况点的累装置抗空化安全系数为
[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个最不利工况点 的累装置抗空化安全系数；(WS化)1、（WS化)2和（WS化）3-一所述第1、第2和第3个最 不利工况点的累装置有效空化余量，（m) ;(NP甜Cp)i、（NP甜Cp)2和（NP甜Cp)3 -一所述第1、 第2和第3个最不利工况点的原型水累临界空化余量，（m);
[005引 6.取空)冲的最小者为所述累装置的抗空化安全系数：
[0056]k抗空化=min{(k抗空化）J(i= 1, 2,扣 （16)
[0057]7.根据第6步骤得到的k抗空化对所述累装置空化性能作出评价。
[0058] 本发明的第2个目的是运样实现的：
[0059] 1.根据所述累装置的设计参数及运行范围，在经过国家指定检测机构检测并公布 检测资料的常用低扬程模型水累中，选择L个化> 1)适用的模型水累，将它们依次编号为 1 = 1，2,3,……，以下同；根据水累相似律将所述模型水累的各有关参数换算至所述累装 置的原型水累，得到L个所述原型水累的相应参数；
[0060] 2.