余能回收水轮机叶片参数化设计与性能研究

为便于水轮机叶片设计操作和形状控制,建立了叶片参数化设计方法并应用于微型余能回收水轮机。首先,基于轴面流线积分方程推导得到叶片骨线的参数化公式并给出设计流程图和计算表。然后,分析了余能回收水轮机的特点,并针对输水管网余能回收案例进行水轮机参数化设计。最后,通过数值仿真对余能回收水轮机全流道进行计算与分析。参数化设计过程中得到叶片包角、安放角等参数曲线,通过调整叶片包角分布曲线可以改变叶片口速度矩分布。经参数化方法设计得到的水轮机内部流场均匀,最优数值预测效率达93.6%。通过试验验证机组运行良好,水轮机运行效率约88.3%,基本满足使用要求。研究成果为微型余能回收水轮机的设计提供参考。

不同叶片进口安放角的余能回收水轮机性能研究

针对余能回收水轮机叶片进口安放角在较大范围内取值影响其性能的问题,首先建立进口安放角与最优单位转速之间的理论关系,并根据余能回收水轮机的特点确定数值仿真模型,然后对输水管网余能回收水轮机给定三种进口安放角的转轮进行对比,在相同流量、水头和转速条件下进行数值仿真,比较了转轮内部流场和性能。结果表明,余能回收水轮机的最优单位转速与叶片进口安放角负相关,进口安放角在30°~70°之间取值时最优数值预测效率为92.72%~93.60%,进口安放角与最优效率值之间无显著关联,但随着进口安放角减小水轮机高效区对应的单位转速增加。通过改变进口安放角取值来增大余能回收水轮机适应的工况范围可行,研究成果可为余能回收水轮机的设计提供参考。