軸伸貫流式水輪機(jī)性能分析與技術(shù)改造.pdf

1、我國的低水頭資源十分豐富，隨著能源消費(fèi)需求快速增長，供需矛盾等問題，合理、高效地開發(fā)低水頭資源已成為迫切需要；貫流式水輪機(jī)因其過流量大，轉(zhuǎn)速高，效率高，且高效區(qū)寬，結(jié)構(gòu)緊湊，布置簡單等優(yōu)點(diǎn)成為開發(fā)低水頭水能資源的一種最經(jīng)濟(jì)、適宜的水輪機(jī)型式；小水電除了具有水電的無污染、成本低廉、利用的是可再生的能源而無枯竭之慮等優(yōu)點(diǎn)外，還具有對生態(tài)環(huán)境負(fù)面影響小，技術(shù)成熟，易于修建，投資少，見效快，資源分散等獨(dú)具的優(yōu)勢。小水電的開發(fā)，對于加速農(nóng)村電氣化

2、、現(xiàn)代化社會主義新農(nóng)村建設(shè)，促進(jìn)精神文明，構(gòu)建和諧社會都具有重要的意義和積極的促進(jìn)作用。但在目前的低水頭小水電水力資源的開發(fā)中，還存在著許多不足和尚需完善之處。如，低水頭段的水力模型很少，優(yōu)秀的水力模型就更少；有限的已有水力模型的技術(shù)指標(biāo)及其運(yùn)行性能也有待于進(jìn)一步提高。因而難以針對水力資源的具體水能參數(shù)合理、有效地開發(fā)利用。為此，根據(jù)現(xiàn)實(shí)和工程的需要，本文選擇了低水頭中小型水能資源開發(fā)所用的機(jī)型——貫流式水輪機(jī)進(jìn)行水力模型的開發(fā)及其性能

3、研究。 文中針對某水電站原選用的GD008—W2-140軸伸貫流式水輪機(jī)運(yùn)行中存在的出力不足，并伴隨有振動和噪聲等不能正常運(yùn)行的問題，幾經(jīng)現(xiàn)場探查與測試，基本排除電氣與機(jī)械原因后，決定從水力分析入手，采用CFD數(shù)值模擬的方法與手段，依據(jù)該電站原單機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)對水輪機(jī)過流全通道進(jìn)行了不同葉片安放角、多工況點(diǎn)的流場數(shù)值模擬；再通過對計(jì)算結(jié)果的分析、比較，尋找產(chǎn)生問題的原因，從而尋求解決問題的辦法。經(jīng)不同條件下的各工況流場計(jì)算與分析，初

4、步表明原機(jī)組運(yùn)行中之所以出現(xiàn)上述問題，其主要原因是水力因素所致，即原所選用的水力模型及制造中均存在著一定缺陷，致使轉(zhuǎn)輪葉片與翼型在機(jī)組運(yùn)行范圍內(nèi)的流場分布不相適應(yīng)：原葉片由翼展中部至輪緣處，葉柵稠密度偏小的程度愈來愈大；導(dǎo)葉出水角與葉片的進(jìn)水角不相適應(yīng)，從而產(chǎn)生負(fù)沖角，使容積損失、水力損失增大，效率顯著下降。制造中的導(dǎo)葉也改變了原來的翼型等；因而，該機(jī)組在該電站的水力參數(shù)下不達(dá)到額定出力，并運(yùn)行中伴隨有較強(qiáng)的振動和噪聲。 轉(zhuǎn)輪是

5、水力發(fā)電機(jī)組中直接進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的部件，它的性能如何基本上決定了整臺機(jī)組性能的好壞；所以，轉(zhuǎn)輪是水輪發(fā)電機(jī)組的心臟，是最關(guān)鍵部件?；诖?，再加之電站的改造經(jīng)費(fèi)與工期的限制，因而，該機(jī)組的技術(shù)改造主要、也只能是針對轉(zhuǎn)輪進(jìn)行。本文依據(jù)產(chǎn)生問題的主要原因確定了翼型、葉片和整體轉(zhuǎn)輪技術(shù)改造的基本思路：對原葉片由翼展中部至輪緣處的翼型分別進(jìn)行適當(dāng)延長即增大從翼展中部至輪緣處的葉柵稠密度；并調(diào)整了翼型頭部翼型角及翼型厚度沿翼展方向的變化規(guī)律和葉片安放

6、角；以使其更適合流場的分布和能量轉(zhuǎn)換的需求。 遵循上述改造思路和擬定的實(shí)施方案，依據(jù)模擬結(jié)果對原葉片的木模圖進(jìn)行了翼型與葉片的修型與改造。通過CFD技術(shù)對轉(zhuǎn)輪配以原過流通道進(jìn)行全流道各工況的反復(fù)數(shù)值模擬、分析、修型以及性能預(yù)測，結(jié)果表明，該改造方案完全可行，達(dá)到性能指標(biāo)要求；因而依此進(jìn)行了翼型與葉片的修型，在不改變原安裝尺寸的條件下，實(shí)施了對整個轉(zhuǎn)輪的改造。將該改造的新轉(zhuǎn)輪安裝于電站原機(jī)位經(jīng)試運(yùn)行結(jié)果表明：機(jī)組出力達(dá)到并可超出原

7、設(shè)計(jì)指標(biāo)要求；振動和噪聲明顯減弱，噪聲由95db（A）降低為83db（A）左右，振動亦基本消除。 由此可見，不僅本項(xiàng)目的轉(zhuǎn)輪改造是成功的；而更重要的是，通過該項(xiàng)實(shí)際機(jī)組改造項(xiàng)目再次有力地證明了：基于CFD分析的葉片式流體機(jī)械的葉片修形及其修形的方法是有的放矢，易于實(shí)現(xiàn)改造或改進(jìn)的目標(biāo)；有助于水電站設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇和優(yōu)化，以及過流部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)：對新水力模型的開發(fā)及對已有水電站機(jī)組的更新、改造有著很高的實(shí)用價值與重要的現(xiàn)實(shí)意義和工程