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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 一種新型斜擊式水輪機(jī)的開發(fā)與性能分析研究
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 簡(jiǎn)介：
- 斜擊式水輪機(jī)用于水頭為20—200m的小型水電站，驅(qū)動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)而發(fā)出電能。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：水流與轉(zhuǎn)輪進(jìn)水平面呈22.5—25角射入，利用水流的動(dòng)能來作功，噴嘴中心布置成與轉(zhuǎn)輪進(jìn)水邊平面呈22.5—25角，通過噴針調(diào)節(jié)流量來改變機(jī)組負(fù)荷的大小，該型水輪機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝使用維護(hù)方便。
- 詳細(xì)介紹：
- 斜擊式水輪機(jī)具有平均效率高、高效區(qū)較寬廣的特點(diǎn)，適用于負(fù)荷變幅較大的水電站開發(fā)。這種型式的水輪機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝使用維護(hù)方便，水流自離開噴嘴，進(jìn)入轉(zhuǎn)輪直至離開轉(zhuǎn)輪的整個(gè)工作過程，是在敞開的大氣中進(jìn)行，形成自由射流，并且同一時(shí)刻往往有多個(gè)斗葉在接受這種射流。沖擊式水輪機(jī)包括水斗式水輪機(jī)、斜擊式水輪機(jī)和雙擊式水輪機(jī)等，這些水輪機(jī)的水斗在運(yùn)行過程中，往往由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理以及水力設(shè)計(jì)的不科學(xué)等，在水斗葉片根部將產(chǎn)生裂紋，進(jìn)而斷裂，產(chǎn)生飛斗的嚴(yán)重事故。本文采用CFD技術(shù)對(duì)雙噴嘴斜擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬，研究其內(nèi)部流動(dòng)規(guī)律，得到轉(zhuǎn)輪內(nèi)部流動(dòng)的干涉情況，優(yōu)化斗葉型線，在此基礎(chǔ)上開發(fā)設(shè)計(jì)出了一種新型的斜擊式為雙噴嘴斜擊水輪機(jī)，能提高出力和效率，并在結(jié)構(gòu)上能安全穩(wěn)定運(yùn)行。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目的：通過改善沖擊式水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)，提高沖擊式水輪機(jī)出力和效率，并在結(jié)構(gòu)上能安全穩(wěn)定運(yùn)行。 基本思路：通過CFD技術(shù)對(duì)雙噴嘴斜擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬，研究其內(nèi)部流動(dòng)規(guī)律，得到轉(zhuǎn)輪內(nèi)部流動(dòng)的干涉情況，優(yōu)化斗葉型線，在此基礎(chǔ)上開發(fā)設(shè)計(jì)出了一種新型的斜擊式為雙噴嘴斜擊水輪機(jī)
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 本課題提出了一種新型的斜擊式水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)，通過CFD技術(shù)對(duì)該種水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬，通過斗葉與噴嘴之間的相互流動(dòng)計(jì)算結(jié)果分析，優(yōu)化得出轉(zhuǎn)輪斗葉數(shù)以及雙噴嘴斜擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的最佳斗葉木模型線，得到斗葉接受射流全過程的速度、壓力分布以及水流跡線，兩個(gè)噴嘴同時(shí)作用時(shí)轉(zhuǎn)輪內(nèi)部流動(dòng)的干涉情況。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 本課題提出了一種新型的斜擊式水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)，提高了斜擊式水輪機(jī)的出力與比轉(zhuǎn)速，解決了一般沖擊式水輪機(jī)水斗葉片根部易產(chǎn)生裂紋，進(jìn)而斷裂，產(chǎn)生飛斗的嚴(yán)重事故的問題，使其能更高效、更安全的運(yùn)行。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 本文提出了一種新型的斜擊式水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)，并完成了總體結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)。在結(jié)構(gòu)上增加了噴嘴數(shù)目，提高了斜擊式水輪機(jī)的出力與比轉(zhuǎn)速，同時(shí)由于噴嘴數(shù)的增加又會(huì)引起轉(zhuǎn)輪內(nèi)部流動(dòng)的相互干涉，降低機(jī)組效率，因此本研究采用CFD技術(shù)對(duì)雙噴嘴斜擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬，通過斗葉與噴嘴之間的相互流動(dòng)計(jì)算結(jié)果分析，優(yōu)化得出轉(zhuǎn)輪斗葉數(shù)以及雙噴嘴斜擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的最佳斗葉木模型線，得到斗葉接受射流全過程的速度、壓力分布以及水流跡線，兩個(gè)噴嘴同時(shí)作用時(shí)轉(zhuǎn)輪內(nèi)部流動(dòng)的干涉情況。為這種新型的斜擊式水輪機(jī)的推廣應(yīng)用，電站運(yùn)行提供了參考依據(jù)。
獲獎(jiǎng)情況
- 2010年6月在中國(guó)核心期刊（遴選）數(shù)據(jù)庫(kù)收錄期刊《能源研究與管理》上發(fā)表
鑒定結(jié)果
- 本文是一篇富有創(chuàng)造力和創(chuàng)新精神的學(xué)術(shù)論文，運(yùn)用CFD技術(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬與分析，最終為這種新型的斜擊式水輪機(jī)的推廣應(yīng)用，電站運(yùn)行提供了參考依據(jù)。
參考文獻(xiàn)
- 1 Felix A，戴然．水斗式水輪機(jī)流動(dòng)數(shù)值計(jì)算與試驗(yàn)研究——射流自由表面流動(dòng)[J]．國(guó)外大電機(jī)，2001（3）：59～63． 2 符杰，宋文武，周敏，等．多噴嘴沖擊式水輪機(jī)內(nèi)部流動(dòng)研究[J]．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2008，39（10）：71～75． 3 韓鳳琴，久保田喬，劉潔．?dāng)?shù)值模擬沖擊式水輪機(jī)內(nèi)部非定常流動(dòng)[J]．華中理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2000，28（l1）：14～16． 4 肖業(yè)祥，鄭愛玲，韓鳳琴，等． CFD法研究多噴嘴沖擊式水輪機(jī)的射流干涉[J]．華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2007，35（3）：66～70． 5 韓鳳琴，肖業(yè)祥，久保田喬．水斗非定常自由水膜流三維貼體數(shù)值模擬[J]．工程熱物理學(xué)報(bào)，2006，27（4）：601～603． 6 宋文武，符杰，周敏，等．多噴嘴沖擊式水輪機(jī)內(nèi)部流動(dòng)及部件振形的研究[J]．大電機(jī)技術(shù)，2008（12）：41～45． 7 許萍，韋彩新． 水斗數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)輪性能影響的實(shí)驗(yàn)研究[J]．華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2003，31（3）：89～91． 8 周文桐，周曉泉．論水斗式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪水斗的破壞[J]．大電機(jī)技術(shù)，2006（6）：47～50．
同類課題研究水平概述
- 現(xiàn)有傳統(tǒng)斜擊式水輪機(jī)結(jié)構(gòu)包括機(jī)殼、機(jī)蓋、噴嘴、機(jī)殼內(nèi)的轉(zhuǎn)輪以及電機(jī)，噴嘴多為單一噴嘴。單一噴嘴的斜擊式水輪機(jī)的過流量通常較小，單機(jī)出力小，用于發(fā)電時(shí)必然要增加機(jī)組臺(tái)數(shù)，同樣會(huì)增加電站的建設(shè)成本；而且同一時(shí)刻往往有3～4個(gè)斗葉在接受同一噴嘴流量大小不等的射流，使得斗葉的繞流情況復(fù)雜，單個(gè)斗葉根部的受力不均，從而引起整個(gè)機(jī)組的振動(dòng)。有文獻(xiàn)報(bào)道一種水輪機(jī)立式環(huán)形多噴嘴，它是在環(huán)形管道中分布有多個(gè)噴嘴；還有一種集流多噴嘴斜擊式水輪機(jī)，它具有一個(gè)集流器，相當(dāng)于配水容器，在集流器的圓周上均布多個(gè)噴嘴，它雖然實(shí)現(xiàn)了斜擊式水輪機(jī)的多噴嘴的設(shè)計(jì)思想，但在水力設(shè)計(jì)上，這種布置的多噴嘴卻不能嚴(yán)格保證各噴嘴之間的水力平衡關(guān)系，通過開啟與關(guān)閉各噴嘴來進(jìn)行運(yùn)行調(diào)節(jié)，更不易保證水力平衡關(guān)系。轉(zhuǎn)輪是水輪機(jī)的心臟部件，不管是集流式水輪機(jī)還是環(huán)形多噴嘴，均與原轉(zhuǎn)輪型線不匹配，噴嘴數(shù)目增加后，結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜，轉(zhuǎn)輪過流量加大，射流之間與轉(zhuǎn)輪內(nèi)部水流之間均可能發(fā)生干涉，葉片根部區(qū)域以及葉片進(jìn)口處均可能產(chǎn)生大量旋渦，水力損失大，水力效率低。 傳統(tǒng)的斜擊式水輪機(jī)多為鑄件，結(jié)構(gòu)與尺寸受到很大限制，使其排流不暢通，容易撞擊機(jī)座、機(jī)蓋形成漫反射；水輪機(jī)主體分為機(jī)座、機(jī)蓋兩部分，使其拆裝、檢修極為不便。
