中高水頭混流復(fù)合式轉(zhuǎn)輪水力模型方案的開(kāi)發(fā)研究.pdf

1、水力資源在我國(guó)能源的組成中有很重要的地位，它是既能再生、又不污染環(huán)境的優(yōu)質(zhì)能源。根據(jù)普查，我國(guó)水力資源居世界第一位，然而其開(kāi)發(fā)程度較低，開(kāi)發(fā)利用水力資源有著廣闊的發(fā)展前景。水輪機(jī)是利用水力資源的的關(guān)鍵設(shè)備，水輪機(jī)有好多種類型，其中混流式水輪機(jī)是水輪機(jī)中應(yīng)用最廣泛的一種型式。由于其自身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用水頭范圍廣，高效區(qū)寬，在國(guó)內(nèi)外的水電站中，應(yīng)用的也最多。轉(zhuǎn)輪是水輪機(jī)的關(guān)鍵部件，它直接將水流能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能。轉(zhuǎn)輪設(shè)計(jì)的好壞對(duì)水輪機(jī)的過(guò)流

2、能力、水力效率、空化性能、工作穩(wěn)定性及對(duì)變工況的適應(yīng)性等有很大影響，直接關(guān)系到整個(gè)機(jī)組能否滿足工作要求，能否把水能充分利用起來(lái)。
　　 本文結(jié)合我國(guó)西部水力資源落差較大的特點(diǎn)，針對(duì)150m-180m水頭段的擬開(kāi)發(fā)出一個(gè)新的性能優(yōu)良的復(fù)合式轉(zhuǎn)輪的水輪機(jī)水力模型，進(jìn)而更加合理、充分、有效地利用水力資源，把資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化成經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。主要研究?jī)?nèi)容和成果如下：
　　 ⑴參照水頭段和比轉(zhuǎn)速相近、性能優(yōu)良的已有轉(zhuǎn)輪水力模型全流

3、道的幾何參數(shù)，采用二元理論ω=0的方法，遵照轉(zhuǎn)輪要滿足在一定使用水頭下，有盡可能高的轉(zhuǎn)速和盡可能大的過(guò)流能力、較高的最高效率和平均效率，要有良好的空化性能、工作穩(wěn)定性和對(duì)變工況的適應(yīng)能力等的要求，設(shè)計(jì)出長(zhǎng)葉片翼型及常規(guī)轉(zhuǎn)輪(只含長(zhǎng)葉片的轉(zhuǎn)輪)的初始方案，并通過(guò)CFD模擬進(jìn)行優(yōu)化。
　　 ⑵在已設(shè)計(jì)好的長(zhǎng)葉片翼型基礎(chǔ)上進(jìn)行短葉片設(shè)計(jì)，并借助Pro/E對(duì)其進(jìn)行造型。
　　 ⑶對(duì)蝸殼、尾水管等過(guò)流部件進(jìn)行水力設(shè)計(jì)和三維造型。針

4、對(duì)水輪機(jī)全蝸殼常規(guī)水力設(shè)計(jì)方法中存在的不足，本文利用數(shù)值計(jì)算方法，使蝸殼尾部圓斷面內(nèi)的水流遵循速度矩為常數(shù)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而無(wú)須轉(zhuǎn)換成橢圓斷面，從而完善蝸殼非圓形斷面的水力設(shè)計(jì)方法。
　　 ⑷以長(zhǎng)短葉片數(shù)，短葉片周向偏置度，長(zhǎng)短葉片的長(zhǎng)度比值作為參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)輪水力設(shè)計(jì)，保持短葉片與長(zhǎng)葉片進(jìn)口在同一直徑上，進(jìn)行多方案改進(jìn)設(shè)計(jì)，對(duì)包括蝸殼和尾水管在內(nèi)的全流道模型進(jìn)行數(shù)值模擬。通過(guò)數(shù)值模擬分析，預(yù)測(cè)了各設(shè)計(jì)方案的水力性能，從而確定出水力性能

5、最優(yōu)時(shí)長(zhǎng)短葉片數(shù)，短葉片周向偏置度和長(zhǎng)短葉片的長(zhǎng)度比值的最佳組合方案。
　　 ⑸對(duì)長(zhǎng)短葉片數(shù)，短葉片周向偏置度和長(zhǎng)短葉片的長(zhǎng)度比值的組合最佳方案的水輪機(jī)進(jìn)行性能預(yù)估。通過(guò)對(duì)其25個(gè)工況CFD數(shù)值模擬，繪制出該水輪機(jī)的工作特性曲線，從CFD分析預(yù)估性能表及工作特性曲線圖中可以看出，該水輪機(jī)的最高效率為93.38％，主要運(yùn)行工況點(diǎn)的效率都在90％以上，基本上達(dá)到了混流式水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪能量指標(biāo)要求。通過(guò)對(duì)其大流量工況、最優(yōu)工況、小流量