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高效水轮机转轮水轮机转轮是水电站水轮发电机组的心脏

水轮机转轮是水电站水轮发电机组的心脏,其性能直接决定了水电站的经济效应
峨眉山建南水电设备制造有限公司早在80年代初就分别建立了准三维和全三维反问题的设计模型和计算方法。这些方法中都是在轴面流道形状已知的条件下,给定转轮区的Vr分布和厚度分布规律,通过反问题计算得到转轮叶片。转轮设计的基本任务是:在给定的设计条件下,应用水动力学计算的方法,得到性能优良的转轮。由于现代水轮机的容量水轮机工作参数水轮机性能指标水轮机技术经济指标等都有显著的提高,对转轮的设计也提出了更高的要求。它可简要概括为:
①应保证水轮机具有较高的效率和宽广的高效率运行区域,以提高能量转换过程的经济效益.目前,在水力设计中,还没有较为成熟的、考虑流动损失影响的计算方法。为确保高效率区宽广,应针对若干非设计工况进行必要的校核计算。
②应保证通流部件具有良好的磨蚀性能,以减小因磨蚀引起的效率下降,减少过流表面的破坏和修复费用。良好的空蚀性能的重要标志往往是具有较小的初生空化系数与临界空化系数。从理论上讲,水力设计必须保证转轮叶片具有平坦的压力分布规律,但这样做未必能保证具有较高的水力效率和比转速.在含沙水流条件下工作,水力设计还应符合被水流挟带的固体顾粒在水力机械中的运动规律,以使磨损最小。
:o应保证具有良好的工作稳定性。由于空化、脱流、转动部件对固定部件水流的干扰、水压力脉动等原因会引起机组的零部件或整体产生振动。水力设计完成后,应对转轮的水力稳定性进行校核.可惜直至目前,有关水力稳定性校核计算的理论和方法仍十分缺乏。
④应满足强度、制造工艺、安装等方面的要求。确定通流部件的尺寸形状、最小厚度、间隙尺寸等往往不仅要考虑水力性能方面的因素,还必须考虑强度、结构、工艺等方面的要求,这样才能得到切合实际的设计方案。
对于上面提到的这些要求,特别是有关水力机械的能量、空化和运转特性方面的要求,现行的水力设计方法还不能作出定最的准确回答,需通过模型试验对设计的转轮进行检验,经过不断的修改而获得优良的方案。长期以来人们力图通过理论计算设计出优良的转轮,但转轮内的流动规律极为复杂,其流动参数和几何参数之间的关系也难以确定,它们之间可以有无数组组合,靠一个个的方案试验来筛选是不可能的。近年来,由于试验技术和计算流体力学的迅速发展,水力机械通流部件的性能预估也日趋完善,另外计算机的发展和广泛应用为最优化方法用于工程设计创造了条件,这些都为在水力机械的水力设计中应用最优化的方法奠定了基础,也使得用理论计算的方法设计出性能优良的转轮成为可能。