低比轉速混流式水輪機轉輪三維設計與優(yōu)化.pdf

1、隨著電力工業(yè)的發(fā)展及節(jié)能減排的需要，低比轉速混流式水輪機有很大的發(fā)展空間，但是轉輪設計經驗不足，設計理論不成熟是目前存在的問題。本文通過設計冷卻塔用的超低比轉速混流式轉輪和高水頭混流式水泵水輪機轉輪，研究了低比轉速混流式轉輪設計及優(yōu)化方法。
　　 首先，編寫了低比轉速混流式轉輪葉片水力設計程序，該程序改進了傳統(tǒng)的逐點積分法，給定葉片安放角沿軸面流線的分布規(guī)律，可以方便地對葉片包角進行控制。通過模塊制作對設計的轉輪進行快速CFD數

2、值分析，實現了設計系統(tǒng)與性能分析系統(tǒng)之間的數據對接，大量減少設計人員的工作量。在設計程序的基礎上，以轉輪進出口安放角及沿流線安放角分布控制系數為優(yōu)化變量，基于NSGA-Ⅱ遺傳算法，以轉輪水力效率及葉片最低壓力值為優(yōu)化目標，編寫了低比轉速混流式轉輪優(yōu)化程序。
　　 其次，基于設計程序，給定不同的葉片安放角分布規(guī)律設計了具有不同包角的超低比轉速混流式轉輪葉片，分析了葉片安放角分布規(guī)律與速度矩分布規(guī)律的關系及其對轉輪壓力分布和效率的影

3、響，并得出了從上冠流線至下環(huán)流線葉片安放角分布規(guī)律控制系數的變化趨勢。
　　 然后，基于轉輪優(yōu)化程序，尋找出相對最優(yōu)的超低比轉速混流式水輪機轉輪，連同蝸殼、導水機構、尾水管進行了全流道定常數值模擬計算。結果表明，超低比轉速混流式水輪機具有較高的效率及良好的空化性能。
　　 最后，基于設計程序，分別按水輪機工況參數、按水泵工況參數和綜合考慮雙向流動三種方式設計了高水頭混流式水泵水輪機轉輪，并進行了數值模擬分析。結果顯示，水