针对北疆水电站水轮机的优化设计

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1、学兔兔www.xuetutu.com水利水电技术第41卷2010年第4期北疆水电站水轮机的优化设计王建江，郑小波(1．新疆水利水电勘测设计研究院，新疆乌鲁木齐830000；2．西安理工大学，陕西西安710048)摘要：新疆北疆水电站水轮机水头变幅之大为国内少见，给水轮机的设计带来了较大困难，国内尚无可选机型。根据该电站的基本参数，采用正反问题迭代的方法对水轮机的蜗壳、双列叶栅、转轮和尾水管进行了优化，分别对其进行了详细的计算流体动力学分析，从而确保水轮机在较宽的运行范围内具有良好的水力性能。关键

2、词：北疆水电站；水轮机；优化设计；水力性能；计算流体动力学分析中图分类号：TV734(245)文献标识码：B文章编号：1000—0860(2010)04—0072·03OptimizeddesignofhydraulicturbineforBeUiangHydropowerStationWANGJianjiang，ZHENGXiaobo(1．XinjiangInvestigation，Design＆ResearchInstituteofWaterResources＆Hydropower，Urti

3、mqi830000，Xinjiang，China；2．Xi’anUniversityofTechnology，Xi’an710048，Shaanxi，China)Abstract：ThevariationofthewaterheadforthehydraulicturbineofBeijiangHydropowerStationistoolargetobeencounteredinChina，andthen，greaterdifficultyismadeforthedesignoftheturb

4、ine．Basedonthebasicparametersofthehydropowersta—tion，thespiralcase，double—rowcascade，runneranddrafttubeareoptimizedhereinwiththeiterativemethodfordirect·inverseproblems；inwhichthedetailedCFD(computationalfluiddynamics)analysesaremadeonthemrespectivel

5、yandabetterhydrau-licperformanceoftheturbineisaccordinglyensuredwithinawideroperationrange．Keywords：BeijiangHydropowerStation；hydraulicturbine；optimizeddesign；hydraulicperformance；computationalfluiddy—namicsanalysis(1)采用不可压缩流体的连续方程平均的N—s1引言方程描述水轮机中的流

6、动，同时使k一双方程湍流北疆水电站工程的开发任务是向乌鲁木齐经济区模型对方程组进行封闭。对水轮机各过流部件进行单供水，并兼顾发电和防洪。电站装机4X35MW，年部件CFD流动分析，根据流动分析结果，对各过流利用小时数3707h，多年平均发电量5．19亿kW·h，部件进行单部件优化设计。保证出力12．5MW，水库正常蓄水位739in，水库死(2)建立水轮机整体多目标优化模型，采用结构水位680m，水库水位变幅较大，电站水头范围32—化网格和网格拼接技术，对水轮机通流部件内部的流96m，机组水头变幅

7、达64m。国内尚无可选机型，动进行整体数值模拟；采用滑移网格模型模拟转轮与本文根据该电站基本参数，采用正反问题迭代的方法上游导叶和下游尾水管形成的两级动静干扰流场，研进行水轮机全过流通道的初步设计；对初步设计进行究过流部件之间的匹配关系，对水轮机结构进行优流动分析和性能优化。化。(3)采用水轮机三维湍流流动数值模拟技术进行2过流部件的优化设计方法本文对北疆水电站水轮机优化设计的基本步骤如收稿日期：2010-O1一l2下。作者简介：王建江(1967一)，男，山西沁县人，高级工程师。72WaterR

8、esourcesandHydropowerEngineeringVo1．41No．4学兔兔www.xuetutu.com王建江，等∥北疆水电站水轮机的优化设计流动分析；根据流动分析结果，以水力损失分析为基为7．5。的计算结果。础，对水轮机进行能量性能预估。3蜗壳优化设计蜗壳是水轮机最重要的过流部件之一，蜗壳设计的好坏，直接影响到水轮机的效率，所以对蜗壳的重视程度应该等同于转轮。对蜗壳的优化设计，不仅要(a)压力等势线(b)速度矢量(c)流线分布关心其本身的水力损失，还要让其出水角尽量均匀，图2双