[發明專利]兼顧轉輪效率和磨損情況的葉片安放角度非線性設計方法

有效

• 申請號: 202010190077.5
• 申請日: 2020-03-18
• 公開（公告）號: CN111396229B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 郭志偉;趙子龍;錢忠東
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: F03B3/12
• 分類號: F03B3/12;G06F30/17;G06F30/20;G06F111/10
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 程力

本發明公開了一種兼顧轉輪效率和磨損情況的葉片安放角度非線性設計方法，轉輪葉片安放角度采用非線性的變化規律來調節轉輪葉片沿流線方向能量轉化，轉輪葉片安放角度基于冪函數變化；當n1時，水輪機的效率提高；當n1時，水輪機葉片的抗磨損性能有明顯的增加；根據水輪機的運行條件選擇n1或者n1，進行轉輪葉片安放角度設計。該方法針對不同運行條件，可以選取合理的指數，以達到優化水輪機運行效率以及抗磨損性能的效果，通過大量的理論分析與數值模擬驗證，能夠有效地服務于水輪機轉輪設計過程。

技術領域

本發明屬于水利水電領域，具體涉及一種兼顧轉輪效率和磨損情況的葉片安放角度非線性設計方法。

背景技術

水電資源是一種清潔的可再生能源，水電資源的開發利用途徑主要是修建水電站，水電站的核心部件是水輪機。水輪機作為電站的核心部件，其運行效率直接關系到電站的經濟效益，一般情況下電站轉輪處于高效區運行，但是在含沙條件下，即水流中含有較多的泥沙顆粒時，泥沙顆粒會撞擊水輪機過流部件表面對水輪機過流部件表面造成磨損，進一步使得水輪機運行效率大幅度下降。因此對水輪機進行優化設計，特別是轉輪(水輪機的核心部件)的設計是尤為必要的。

以往在對水輪機轉輪進行設計時，依據電站設計水頭以及流量，確定轉輪的基本參數，如轉輪進出口直徑、葉片數、轉輪轉速、轉輪進口流道高度、轉輪葉片進出口安放角度。確定了水輪機轉輪的基本參數后，需要進一步指定轉輪葉片所采用的基本翼型與葉片進出口安放角變化規律，構建轉輪的三維模型。通常轉輪葉片進出口安放角采用線性變化規律，即轉輪葉片安放角沿著流線方向是線性變化的，但是線性變換有時不能更好的考慮外部條件變化。

發明內容

本發明的目的是提供一種兼顧轉輪效率和磨損情況的葉片安放角度非線性設計方法，該方法針對不同運行條件，可以選取合理的指數，以達到優化水輪機運行效率以及抗磨損性能的效果，通過大量的理論分析與數值模擬驗證，能夠有效地服務于水輪機轉輪設計過程。

本發明所采用的技術方案是：

一種兼顧轉輪效率和磨損情況的葉片安放角度非線性設計方法，轉輪葉片安放角度采用非線性的變化規律來調節轉輪葉片沿流線方向能量轉化，轉輪葉片安放角度基于冪函數變化：

其中，β_x為水輪機沿流線方向相對位置x處葉片的安放角度，β_進口為水輪機進口的葉片安放角度，β_出口為水輪機出口的葉片安放角度，n為指數項；

當n＝1時，轉輪葉片進出口安放角采用線性變化規律，具有局限性，因此舍棄；當n1時，水輪機的效率提高，相同過流量，額定出力增大；當n1時，水輪機的效率有所下降，但是水輪機葉片的抗磨損性能有明顯的增加；根據水輪機的運行條件選擇n1或者n1，進行轉輪葉片安放角度設計。

進一步地，水輪機在清水條件運行時，選擇n1，提高水輪機的效率，相同過流量，額定出力增大。此時能量轉換主要發生在葉片進口處，轉輪能夠充分利用水能，有效提高水輪機運行效率。

進一步地，水輪機在含沙水流條件運行時，選擇n1，提高轉輪的抗磨損性能。此時能量轉換主要發生在葉片出口處，葉片表面相對流速平均值偏小，能夠增大水輪機轉輪的抗磨損性能。

本發明的有益效果是：

該方法針對不同運行條件，可以選取合理的指數，以達到優化水輪機運行效率以及抗磨損性能的效果，通過大量的理論分析與數值模擬驗證，能夠有效地服務于水輪機轉輪設計過程。

附圖說明

圖1是實施例1轉輪示意圖。

圖2是實施例2轉輪示意圖。

圖3是實施例3轉輪示意圖。

具體實施方式