水力透平轉(zhuǎn)輪的水力設(shè)計(jì)方法研究及其內(nèi)部流動的模擬.pdf

1、水力透平(Hydraulic Turbine)是利用高壓液體驅(qū)動轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動,將液體的壓能轉(zhuǎn)換為透平的機(jī)械能的能量回收裝置。水力透平可回收高達(dá)70％～80％的流體能量,通常適應(yīng)于壓差大、流量小且穩(wěn)定的工藝流程中。水力透平可驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電,也可作為原動機(jī)直接驅(qū)動工作機(jī)----空氣、原料氣等壓縮機(jī)。用水力透平回收上述剩余能量是很有價(jià)值的,水力透平是工廠節(jié)能降耗的關(guān)鍵設(shè)備,也是目前所提倡的循環(huán)經(jīng)濟(jì)的核心設(shè)備之一。隨著各行各業(yè)節(jié)能意識的提高,對再生

2、能源利用的重視,作為二次能源回收效果俱佳的機(jī)械----水力透平必將發(fā)揮更大的作用,應(yīng)用在更多的領(lǐng)域。目前,從了解的情況看,各企業(yè)使用水力透平回收能量效果不錯(cuò),但國內(nèi)機(jī)型的可靠性存在不足,因此大型化工企業(yè)多用進(jìn)口水力透平。且隨著能源價(jià)格的提高,在石油化工,石油加工、化肥、海水淡化等行業(yè)中,許多企業(yè)為節(jié)約資源,提高競爭力,加大了對能量回收技術(shù)研究的投資。故利用葉片式水力機(jī)械原理設(shè)計(jì)開發(fā)出結(jié)構(gòu)簡單、高效、穩(wěn)定可靠的能量回收裝置具有重要的現(xiàn)實(shí)意

3、義。一方面能為節(jié)能減排、建立資源節(jié)約型社會做出貢獻(xiàn);另一方面對水力透平設(shè)計(jì)理論的研究也將是對水力機(jī)械設(shè)計(jì)理論的補(bǔ)充。
　　 本研究主要內(nèi)容包括：⑴參考雙吸泵的結(jié)構(gòu)型式,以混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的設(shè)計(jì)為依據(jù),在給定的參數(shù)下分別用不同設(shè)計(jì)方法(一元理論設(shè)計(jì)方法、二元理論設(shè)計(jì)方法)設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)類似雙吸泵轉(zhuǎn)輪的水力透平轉(zhuǎn)輪,并建立了水力透平的轉(zhuǎn)輪三維模型及其他過流部件的三維模型。⑵借助CFD軟件,采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型,以清水為介質(zhì),在最優(yōu)開度

4、下,用三種工況點(diǎn)(0.8Q、1.0Q、1.2Q)對兩種不同設(shè)計(jì)方法初次設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)輪內(nèi)部流動進(jìn)行了全流道定常模擬計(jì)算。通過分析其內(nèi)部三維流動機(jī)理,預(yù)測了水力透平轉(zhuǎn)輪的性能。依據(jù)模擬結(jié)果和分析其流態(tài)、流場分布情況,再聯(lián)合CAD技術(shù),對初次設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)輪進(jìn)行了多次改進(jìn),最終得到的了水力性能良好的轉(zhuǎn)輪模型。同時(shí)也驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)是可行的、合理的。⑶將改進(jìn)后的兩種不同的轉(zhuǎn)輪在不同的工況點(diǎn)下進(jìn)行了模擬計(jì)算,分析比較出兩種不同設(shè)計(jì)方法所設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)輪的內(nèi)部