CN109977593A - 超大单位流量轴流定浆式水轮机组增容提效设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超大单位流量轴流定浆式水轮机组增容提效设计方法，所述方法包括如下步骤：1）从贯流式转轮库中选取单位流量在2000L/S以上的新转轮模型；2）对新转轮模型进行桨叶球面外缘（1）、桨叶球面内缘以及桨叶出水边（2）修型优化；3）对新转轮模型进行支持盖的改造优化。本发明具有设计思路清晰，设计原理简明的优点，采用它能大幅提升现有轴流定浆式水轮机过流能力，扩展了现有轴流定浆式水轮机组运行范围，满足了水电站的增容提效能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种水轮机组增容提效设计方法，特别是一种超大单位流量轴流定浆式水轮机组增容提效设计方法。
背景技术
目前，在一般增容提效轴流定桨式水电站项目中，主要目的是在保持运行水头不变的情况下，提高机组过流量；然后根据新水力性能参数，在现有轴流式转轮库中选取满足技术要求的新转轮，或重新研发新转轮。但也有特例的，比如有些电站业主要求对流量大幅提高，却又降低运行水头，使机组出力增加20%以上，结果导致水轮机单位流量大幅提升，甚至达到2300l/s以上的超大单位流量，其运行工况已超出现有轴流定桨式水轮机运行范围，不能在转轮库中找到满足技术要求的转轮。
发明内容
本发明的目的就是提供一种能大幅提升过流能力的超大单位流量轴流定浆式水轮机组增容提效设计方法。
本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，一种超大单位流量轴流定浆式水轮机组增容提效设计方法，所述方法包括如下步骤：1）从贯流式转轮库中选取单位流量在2000L/S以上的新转轮模型；2）对新转轮模型进行桨叶球面外缘、桨叶球面内缘以及桨叶出水边修型优化；3）对新转轮模型进行支持盖的改造优化。
其中，所述步骤2）中按照如下步骤进行：
（一）按额定点，在新转轮模型综合特性曲线确定理论桨叶转角ψ；
（二）将桨叶球面外缘按曲面变化趋势向外延伸至圆柱型转轮室内侧面；
（三）削减转轮体外缘，使桨叶球面内缘延伸至转轮体外缘面上；
（四）借助流体数值仿真技术将活动导叶、转轮与尾水管作为联合计算部件进行CFD计算分析，主要分析转轮、尾水管两者的相对水力损失比较和尾水管流线分布，然后保持桨叶翼型不变，对桨叶出水边进行切割优化。
其中，在所述步骤3）中，支撑盖按照转轮体外缘被削减后尺寸进行设计。
当非蜗形固定导叶区域出现脱流、涡带和严重恶化流态时，在所述步骤3）中还包括对非蜗形固定导叶优化；按照CFD分析得到的流线，对固定导叶优化修型或重新设计；
当相邻活动导叶头部与固定导叶尾部发生干涉时，所述步骤3）中还包括对活动导叶优化；导叶翼型按原导叶，将导叶最大开度增加20%～25%，当活动导叶在开启过程中出现其头部与固定导叶尾部干涉的情况，通过减少导叶数来缩短导叶弦长或保持导叶数不变最大限度缩短导叶弦长来避免干涉问题；
进一步描述，在所述步骤2）中第（四）小步，根据如下流程进行设计：联合计算部件；划分网格；边界条件设定；数值解析；解析结果分析；匹配是否合理；是否达到最优目标；最终方案；当匹配不合理时，重新进行边界条件设定；当未达到最优目标时，对桨叶出水边进行切割，然后重新划分网格。
由于采用了上述技术方案，本发明具有设计思路清晰，设计原理简明的优点，采用它能大幅提升现有轴流定浆式水轮机过流能力，扩展了现有轴流定浆式水轮机组运行范围，满足了水电站的增容提效能力。
附图说明
本发明的附图说明如下：
图1为本发明的桨叶修型示意图；
图2为本发明的桨叶出水边切割示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或替代，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。
实施例1：如图1、2所示，一种超大单位流量轴流定浆式水轮机组增容提效设计方法，所述方法包括如下步骤：1）从贯流式转轮库中选取单位流量在2000L/S以上的新转轮模型；2）对新转轮模型进行桨叶球面外缘1、桨叶球面内缘以及桨叶出水边2修型优化；3）对新转轮模型进行支持盖的改造优化。
其中，进一步描述，所述步骤2）中按照如下步骤进行：
（一）按额定点，在新转轮模型综合特性曲线确定理论桨叶转角ψ；
（二）将桨叶球面外缘1按曲面变化趋势向外延伸至圆柱型转轮室内侧面4；
（三）削减转轮体3外缘，使桨叶球面内缘延伸至转轮体3外缘面上；
（四）借助流体数值仿真技术将活动导叶、转轮与尾水管作为联合计算部件进行CFD计算分析，主要分析转轮、尾水管两者的相对水力损失比较和尾水管流线分布，然后保持桨叶翼型不变，对桨叶出水边2进行切割优化。
其中，在所述步骤3）中，支撑盖按照转轮体3外缘被削减后尺寸进行设计。
在本发明的图1中，实线部分为削减后的转轮体外缘和桨叶外缘，虚线部分为未削减的转轮体外缘和桨叶外缘。
图2中的虚线为需要切割的部分。
当非蜗形固定导叶区域出现脱流、涡带和严重恶化流态时，所述步骤3）中还包括对非蜗形固定导叶优化；按照CFD分析得到的流线，对固定导叶优化修型或重新设计；
当活动导叶在开启过程中，活动导叶出现其头部与固定导叶尾部发生干涉时，所述步骤3）中还包括对活动导叶优化；导叶翼型按原导叶，将导叶最大开度增加20%～25%，当活动导叶在开启过程中出现其头部与固定导叶尾部干涉的情况，通过减少导叶数来缩短导叶弦长或保持导叶数不变最大限度缩短导叶弦长来避免干涉问题；
在所述步骤2）中第（4）小步，根据如下流程进行设计：联合计算部件；划分网格；边界条件设定；数值解析；解析结果分析；匹配是否合理；是否达到最优目标；最终方案；当匹配不合理时，重新进行边界条件设定；当未达到最优目标时，对桨叶出水边进行切割，然后重新划分网格。
Claims (4)
1.一种超大单位流量轴流定浆式水轮机组增容提效设计方法，其特征是，所述方法包括如下步骤：1）从贯流式转轮库中选取单位流量在2000L/S以上的新转轮模型；2）对新转轮模型进行桨叶球面外缘（1）、桨叶球面内缘以及桨叶出水边（2）修型优化；3）对新转轮模型进行支持盖的改造优化。
2.如权利要求1所述的超大单位流量轴流定浆式水轮机组增容提效设计方法，其特征是：所述步骤2）中按照如下步骤进行：
（一）按额定点，在新转轮模型综合特性曲线确定理论桨叶转角ψ；
（二）将桨叶球面外缘（1）按曲面变化趋势向外延伸至圆柱型转轮室内侧面（4）；
（三）削减转轮体（3）外缘，使桨叶球面内缘延伸至转轮体（3）外缘面上；
（四）借助流体数值仿真技术将活动导叶、转轮与尾水管作为联合计算部件进行CFD计算分析，主要分析转轮、尾水管两者的相对水力损失比较和尾水管流线分布，然后保持桨叶翼型不变，对桨叶出水边（2）进行切割优化。
3.如权利要求2所述的超大单位流量轴流定浆式水轮机组增容提效设计方法，其特征是：在所述步骤3）中，支撑盖按照转轮体（3）外缘被削减后尺寸进行设计。
4.如权利要求3所述的超大单位流量轴流定浆式水轮机组增容提效设计方法，其特征是：所述步骤3）中还包括对非蜗形固定导叶优化；按照CFD分析得到的流线，对固定导叶优化修型或重新设计；
如权利要求3所述的超大单位流量轴流定浆式水轮机组增容提效设计方法，其特征是：所述步骤3）中还包括对活动导叶优化；导叶翼型按原导叶，将导叶最大开度增加20%～25%，当活动导叶在开启过程中出现其头部与固定导叶尾部干涉的情况，通过减少导叶数来缩短导叶弦长或保持导叶数不变最大限度缩短导叶弦长来避免干涉问题；
如权利要求2或3所述的超大单位流量轴流定浆式水轮机组增容提效设计方法，其特征是，在所述步骤2）中第（四）小步，根据如下流程进行设计：联合计算部件；划分网格；边界条件设定；数值解析；解析结果分析；匹配是否合理；是否达到最优目标；最终方案；当匹配不合理时，重新进行边界条件设定；当未达到最优目标时，对桨叶出水边（2）进行切割，然后重新划分网格。
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