三懸臂豎軸水輪機(jī)變偏角系統(tǒng)研究.pdf

1、豎軸水輪機(jī)運(yùn)行不受來(lái)流方向限制、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高，但相比于水平軸水輪機(jī)，其能量利用率一直不高。根據(jù)實(shí)驗(yàn)及理論研究可知，葉片偏角規(guī)律對(duì)水輪機(jī)的性能有很重要的影響。本文通過(guò)研究豎軸水輪機(jī)的偏角變化規(guī)律，設(shè)計(jì)出一種直驅(qū)式變偏角機(jī)構(gòu)，并研究偏角規(guī)律、葉片密實(shí)度等對(duì)豎軸水輪機(jī)性能的影響。
　　本文研究了豎軸水輪機(jī)的水動(dòng)力學(xué)性能，通過(guò)對(duì)葉片、葉輪進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和受力分析，推導(dǎo)出水輪機(jī)能量利用率的參數(shù)表達(dá)式。通過(guò)分析得到的參數(shù)表達(dá)式，得到影響能量利

2、用率的因素，即水輪機(jī)的葉片密實(shí)度、偏角變化規(guī)律、展弦比等。為了研究偏角變化規(guī)律對(duì)水輪機(jī)性能的影響，采用基于動(dòng)量定理的單盤(pán)面-多流管模型進(jìn)行求解。研究豎軸水輪機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)，確定葉片數(shù)、葉片翼型、葉片弦長(zhǎng)和輪輻直徑等基本參數(shù)。通過(guò)研究葉片翼型的升阻力系數(shù)，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(guò)對(duì)得到的偏角規(guī)律下的流體模型進(jìn)行CFD仿真，并對(duì)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(yàn)證了所得偏角規(guī)律能夠進(jìn)一步提高水輪機(jī)的能量利用率。
　　為了研究葉片密實(shí)度對(duì)水輪機(jī)性能的影響，設(shè)計(jì)了懸臂式結(jié)構(gòu)和可換葉片結(jié)構(gòu)。對(duì)不同葉片密實(shí)度下的流體模型進(jìn)行仿真，分析葉片密實(shí)度，即輪輻直徑、葉片弦長(zhǎng)對(duì)水輪機(jī)性能的影響。通過(guò)對(duì) CFD仿真結(jié)果分析，確定最優(yōu)輪輻直徑和葉片弦長(zhǎng)，以此作為設(shè)計(jì)參數(shù)。
　　研究豎軸變偏角水輪機(jī)葉片的慣性載荷及慣性矩，根據(jù)本文求得的優(yōu)化偏角規(guī)律，推導(dǎo)出葉片的變偏角力矩表達(dá)式。運(yùn)用 CFD方法對(duì)優(yōu)化規(guī)