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随着我国水电事业的发展,国内制造厂在中、高水头段水轮机的水力开发上有很大的进步,已经接近了国际上的先进水平。但是对于低水头水轮机,特别是贯流式水轮机的水力开发,由于国内起步较晚,制造业绩少,与国外水平相比有较大的差距,导致国内的大、中型贯流式水电站基本上都是靠引进国外的水力设计。同时我国低水头水力资源十分丰富,贯流式水轮机有非常巨大的市场,因此,有必要加快贯流式水轮机的研究开发,缩小与国外先进水平的差距。
本文先简单的介绍了贯流式水轮机的特点、市场前景、发展方向以及国内外的发展水平,然后根据大言电站的特点,详细讨论了灯泡贯流式水轮机几何设计参数和水力设计参数的选取方法和原则以及对转轮水力性能的影响。同时简单的介绍了CFD技术的基本理论。
在灯泡贯流式水轮机流道和转轮的设计中,锥形导叶和转轮的角度匹配关系非常重要,只有转轮的进水边设计能够很好的适应导叶的出流情况,才可以设计出性能优良的转轮。对于低水头电站,尾水管的损失占整个机组损失的很大部分,因此,尾水管的设计十分重要。
采用旋转机械流体CFD分析软件Tascflow计算水轮机锥形导叶、转轮、尾水管内水流的流动情况。通过对各部件内不同负荷运行工况点的流速场、压力场进行分析,特别是导叶出流和转轮出流情况的分析,发现转轮进、出口边的形状特别重要,设计时必须使转轮进口边形状要适应导叶的出流情况,同时出水边的形状要保证转轮出口流速分布规律能提高尾水管的效率。通过计算分析,对转轮的基本水力性能做了预测。
最后简要介绍了设计的D453转轮的初步模型试验过程及试验结果。通过对试验结果与CFD性能预测值进行比较,发现在结合丰富设计经验的基础上,采用CFD分析完全可以设计出满足电站要求的贯流式发电机组。