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含沙水条件下水轮机蜗壳、固定导叶流场分析及型线改良

王乐  
【摘要】: 隆峡水电站位于青海省同仁县隆务河流域,由于水轮机蜗壳长时期受到泥沙冲击及磨损,蜗壳的使用寿命大大减少。本课题从蜗壳的改造而不是整体更换蜗壳的角度出发,旨在通过改变蜗壳磨蚀较为严重的鼻端部分的型线使鼻端的水流速度比原设计的速度有所降低,从而达到减小摩擦损失和磨蚀,提高蜗壳性能和寿命的目的。 针对隆峡水电站HLD74-WJ-88水轮机蜗壳,具体改造的方法是,通过对改型前后两种蜗壳进行几何建模,采取完全相同的网格划分方法和F1uent计算参数设置,进行了其内部流动的数值模拟,可以得到改型后较之改型前蜗壳出口处的水流流态有哪些改变,切向速度,径向速度沿蜗壳出口高度和包角的变化规律。改型后的蜗壳在改造断面的平均切向速度较改型前减小的具体量值,改型后同改型前蜗壳尾段流态的对比及改型前后蜗壳的平均切向速度值带入经验公式,得出改进后的蜗壳寿命的增加量。 在本实际工程改造项目过程中取得的主要成果,通过计算得到两种蜗壳在相同工况下流态与性能的差异得出结论如下: (1)蜗壳内部流态复杂,改造前后蜗壳全段均部严格符合V_u·r=K,改型后包角(?)<120°段V_u·r较改型前小; (2)改型后的V_u在改型段的最大平均值比改型前有明显的减小,通过计算得出改型后蜗壳寿命约为原蜗壳寿命的1.2倍; (3)改型后蜗壳出口液流角在改型段(?)<75°。以后比改型前有明显增加,在尾部最后一个固定导叶入口产生较大的冲角,应该对原座环固定导叶进行修型,来减小撞击损失,提高水力效率; 运行三年后的检查结果表明改型的蜗壳尾段磨蚀情况有了明显的减小,水力性能较优,本改型方案为中小型混流式水轮机蜗壳的型线修型或优化设计提供了有益的参考。


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