軸（貫）流式水輪機性能研究與優(yōu)化.pdf

1、軸（貫）流式水輪機因過流能力大、運行范圍廣、平均效率高、可雙重調節(jié)等優(yōu)勢而被廣泛應用于低水頭水力資源的開發(fā)。軸流式水輪機在大流量工況下，機組效率下降、空化加劇、穩(wěn)定性差等問題極大的限制了水輪機的安全運行范圍；貫流式水輪機受重力和尺寸效應的影響，模型試驗預測真機的性能與實際有一定的偏差，這些都是低水頭電站亟待解決的問題。針對上述問題，開展軸（貫）流式水輪機性能研究與優(yōu)化設計具有重要的理論和工程應用價值。本文對軸（貫）流式水輪機進行了系統(tǒng)的

2、數值和試驗研究，取得的主要創(chuàng)新性成果有：
　　(l)研究表明：軸流轉槳式水輪機大流量工況不完全“r1”型斷面的蝸殼出口流動狀態(tài)沿圓周以及高度方向的分布因進入渦形段的流量比例減小而具有明顯的不均勻性，導致渦形段的部分活動導葉背面產生大小和長度隨流量變化的導葉葉道渦，引起葉片扭矩產生大幅度的波動。
　　(2)研究發(fā)現(xiàn)：軸流轉槳式水輪機在運行過程中，導葉和葉片三角鍥間隙處產生了不穩(wěn)定的間隙渦帶，使得機組內出現(xiàn)多種頻率的壓力脈動；在

3、大流量工況下，流道拐彎靠輪轂處出現(xiàn)幾股不穩(wěn)定的柱狀渦帶群，柱狀渦帶的數量也隨流量的增大而增加。在導葉葉道渦、三角鍥間隙渦帶、柱狀渦等渦流的相互作用下，使得軸流式水輪機大流量工況機組空化加劇、效率下降、振動劇烈，從而揭示了軸流式水輪機大流量工況下不穩(wěn)定的流動機理。
　　(3)對軸流式水輪機過流部件進行了系統(tǒng)的匹配優(yōu)化研究。將不完全蝸殼支墩形狀由原來的二維翼型改進為具有三維空間形狀的支墩，有效的改善了蝸殼出口水流分布不均勻以及單個葉片

4、扭矩波動問題；基于軸流轉槳式水輪機的空化特點，考慮導葉三角鍥間隙流動的影響，對其轉輪葉片進行優(yōu)化，由原始的C型葉片改進為S型葉片，并分析其流動特性，結果表明，S型葉片的轉輪具有良好的水力性能。
　　(4)鑒于貫流式水輪機的真機和模型在性能方面的偏差，在考慮庫區(qū)自由液面的情況下，對不同H/Dl的貫流式水輪機進行了真機性能分析。探討了實際運行時，不同水頭段貫流式機組內的壓力分布特點以及葉片扭矩波動規(guī)律，揭示了貫流式水輪機的空化特性及振