軸（貫）流式水輪機(jī)性能研究與優(yōu)化.pdf

1、軸（貫）流式水輪機(jī)因過(guò)流能力大、運(yùn)行范圍廣、平均效率高、可雙重調(diào)節(jié)等優(yōu)勢(shì)而被廣泛應(yīng)用于低水頭水力資源的開(kāi)發(fā)。軸流式水輪機(jī)在大流量工況下，機(jī)組效率下降、空化加劇、穩(wěn)定性差等問(wèn)題極大的限制了水輪機(jī)的安全運(yùn)行范圍；貫流式水輪機(jī)受重力和尺寸效應(yīng)的影響，模型試驗(yàn)預(yù)測(cè)真機(jī)的性能與實(shí)際有一定的偏差，這些都是低水頭電站亟待解決的問(wèn)題。針對(duì)上述問(wèn)題，開(kāi)展軸（貫）流式水輪機(jī)性能研究與優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要的理論和工程應(yīng)用價(jià)值。本文對(duì)軸（貫）流式水輪機(jī)進(jìn)行了系統(tǒng)的

2、數(shù)值和試驗(yàn)研究，取得的主要?jiǎng)?chuàng)新性成果有：
　　(l)研究表明：軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)大流量工況不完全“r1”型斷面的蝸殼出口流動(dòng)狀態(tài)沿圓周以及高度方向的分布因進(jìn)入渦形段的流量比例減小而具有明顯的不均勻性，導(dǎo)致渦形段的部分活動(dòng)導(dǎo)葉背面產(chǎn)生大小和長(zhǎng)度隨流量變化的導(dǎo)葉葉道渦，引起葉片扭矩產(chǎn)生大幅度的波動(dòng)。
　　(2)研究發(fā)現(xiàn)：軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，導(dǎo)葉和葉片三角鍥間隙處產(chǎn)生了不穩(wěn)定的間隙渦帶，使得機(jī)組內(nèi)出現(xiàn)多種頻率的壓力脈動(dòng)；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(shù)量也隨流量的增大而增加。在導(dǎo)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(jī)大流量工況機(jī)組空化加劇、效率下降、振動(dòng)劇烈，從而揭示了軸流式水輪機(jī)大流量工況下不穩(wěn)定的流動(dòng)機(jī)理。
　　(3)對(duì)軸流式水輪機(jī)過(guò)流部件進(jìn)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(lái)的二維翼型改進(jìn)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(gè)葉片

4、扭矩波動(dòng)問(wèn)題；基于軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)的空化特點(diǎn)，考慮導(dǎo)葉三角鍥間隙流動(dòng)的影響，對(duì)其轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)行優(yōu)化，由原始的C型葉片改進(jìn)為S型葉片，并分析其流動(dòng)特性，結(jié)果表明，S型葉片的轉(zhuǎn)輪具有良好的水力性能。
　　(4)鑒于貫流式水輪機(jī)的真機(jī)和模型在性能方面的偏差，在考慮庫(kù)區(qū)自由液面的情況下，對(duì)不同H/Dl的貫流式水輪機(jī)進(jìn)行了真機(jī)性能分析。探討了實(shí)際運(yùn)行時(shí)，不同水頭段貫流式機(jī)組內(nèi)的壓力分布特點(diǎn)以及葉片扭矩波動(dòng)規(guī)律，揭示了貫流式水輪機(jī)的空化特性及振