超低比转速轴流式水轮机的优化研究

• 作 者: 冯汉扩
• 机 构: 华北水利水电大学
• 出 处: 华北水利水电大学
• 发表日期: 2017年期
• 关键词: 冷却塔 超低比转速 轴流式水轮机 等价理论 水力效率计算

目前,工业冷却塔余能回收用水轮机通常采用超低比转速混流式水轮机,但因其横向尺寸较大,容易影响风筒的通风效果。另外,因其十分扁平,焊接非常困难。如果可以采用轴流式水轮机来代替,则可解决这些问题。但常规发电轴流式水轮机比转速较高,实现超低比转速无现成的理论作指导。以超低比转速混流式水轮机的流量、单位转速、流道参数为等价目标,设计了超低比转速轴流式水轮机。实现了技术突破,解决了轴流式水轮机实现超低比转速的问题;同时,因轴流式水轮机的开放式结构,解决了加工制造困难的问题。但这种超低比转速轴流式水轮机效率较低,为充分利用余能,提高能源利用率,在对初始设计模型进行模拟分析基础上,应用单因素法,分别对蜗壳部分、导水机构和转轮部分进行了优化。通过分析水轮机过流部件的流线、压力分布、进出口速度分布,针对蜗壳内部存在大量涡流问题,提出了蜗壳内壁后移20、40、50mm三种改进方案,并将初始设计与三种改进方案蜗壳内部压力分布、流线分布进行了对比,并分析了这几种方案对导水机构和转轮部分的进口速度的影响,选择出效率最高时的蜗壳优化模型进行后续计算。对导水机构与转轮部分分别进行了导叶数与叶片数的优化选择,导叶数在初始设计8导叶的基础上增加了10、12、14导叶三种方案,叶片则在初始模型16叶片的基础上增加了14、18、20三种方案,并对初始模型与优化方案进行了压力分布、流场分布分析对比,以及对其余过流部件速度矢量、流线分布的影响。选择效率最高时的方案为最佳方案。