三懸臂豎軸水輪機變偏角系統(tǒng)研究.pdf

1、豎軸水輪機運行不受來流方向限制、結構簡單、可靠性高，但相比于水平軸水輪機，其能量利用率一直不高。根據實驗及理論研究可知，葉片偏角規(guī)律對水輪機的性能有很重要的影響。本文通過研究豎軸水輪機的偏角變化規(guī)律，設計出一種直驅式變偏角機構，并研究偏角規(guī)律、葉片密實度等對豎軸水輪機性能的影響。
　　本文研究了豎軸水輪機的水動力學性能，通過對葉片、葉輪進行運動和受力分析，推導出水輪機能量利用率的參數表達式。通過分析得到的參數表達式，得到影響能量利

2、用率的因素，即水輪機的葉片密實度、偏角變化規(guī)律、展弦比等。為了研究偏角變化規(guī)律對水輪機性能的影響，采用基于動量定理的單盤面-多流管模型進行求解。研究豎軸水輪機的設計參數，確定葉片數、葉片翼型、葉片弦長和輪輻直徑等基本參數。通過研究葉片翼型的升阻力系數，確定攻角優(yōu)化的范圍，從而得到偏角優(yōu)化的范圍。采用離散優(yōu)化方法，得到葉片的偏角規(guī)律。通過對得到的偏角規(guī)律下的流體模型進行CFD仿真，并對比在優(yōu)化擺線偏角規(guī)律和所求得的偏角規(guī)律下的能量利用率，

3、驗證了所得偏角規(guī)律能夠進一步提高水輪機的能量利用率。
　　為了研究葉片密實度對水輪機性能的影響，設計了懸臂式結構和可換葉片結構。對不同葉片密實度下的流體模型進行仿真，分析葉片密實度，即輪輻直徑、葉片弦長對水輪機性能的影響。通過對 CFD仿真結果分析，確定最優(yōu)輪輻直徑和葉片弦長，以此作為設計參數。
　　研究豎軸變偏角水輪機葉片的慣性載荷及慣性矩，根據本文求得的優(yōu)化偏角規(guī)律，推導出葉片的變偏角力矩表達式。運用 CFD方法對優(yōu)化規(guī)