泥沙直径和浓度对水斗式水轮机转轮的磨损特性

作者：葛新峰; 孙洁; 李阳; 张雷; 邓朝钟; 王金亮; 高飞; 丁铭泉; 郑源

来源：中国电机工程学报, 2021, 41(14): 5025-5033.

DOI：10.13334/j.0258-8013.pcsee.201843

• 水斗式水轮机
• 泥沙磨损
• SST k-w湍流模型
• 固-液–气三相流
• 非定常数值模拟

含沙水流会对高水头水斗式水轮机转轮造成磨损,影响机组检修和高效安全运行。文采用流体体积模型(volume of fluid,VOF)、SST k-w湍流模型和离散相模型(discrete phase model,DPM)对含沙水流进行了固–液–气三相非定常数值模拟,研究了泥沙颗粒的直径、浓度与斗叶内表面磨损量、磨损位置的关系。研究表明:随着射流能量的传递,水膜的高压力区逐渐从缺口后移到斗叶根部;分水刃和缺口位置是最容易受到泥沙磨损的部位,与现场电站转轮水斗磨损位置一致;泥沙直径、浓度的增加与磨损率呈正相关;小颗粒泥沙更易对靠近斗叶根部的出水边造成磨损,而大颗粒泥沙更易对靠近分水刃的进水边造成磨损。本文研究的目的是为水斗式水轮机的制造加工、维护检修提供一定的理论基础。

• 单位
  电气学院; 黄河水利科学研究院; 江苏理工学院; 河海大学