井下小尺寸水力涡轮设计与结构优化

作为井下驱动装置,水力涡轮单级叶片排列紧密、耐受温度明显高于有机材料部件,但是外径偏大,无法满足小空间驱动的要求。设计了小尺寸涡轮的基本结构,应用Fluent软件,对基本型小尺寸涡轮流动情况进行了数值模拟;选取叶片关键参数,即,前楔角、后楔角、前缘半径、后缘半径和叶高等进行了正交优化研究,得到涡轮叶片优化结构参数为:前楔角15°、后楔角15°、前缘半径1 mm、后缘半径0.3 mm、叶片高度9 mm。对优化结构的涡轮水力特性进行数值模拟,优化结构涡轮的输出转矩为1.245 N·m,较基本型提升5.8%;水力效率为80.2%,较基本型提升2.4%。研究结果可为小尺寸水力涡轮的开发设计提供参考。