HLD333B―LJ―98型混流式水轮机水力性能分析

摘要 ：本文利用CFD软件对某水电站HLD333B-LJ-98型混流式水轮机进行了流体仿真分析，分别针对在额定水头、最大水头及最小水头工况时叶轮流场的受力分析，旨在提供机组水力性能数据。

关键词 ：额定水头 最大水头 最小水头 流场分析

一、软件平台

本项目数值试验软件平台由CFD软件及三维建模软件Nx6.0组成。

二、 基本技术参数

额定水头（m）：120

最大水头（m）：123

最小水头（m）：118

额定流量（m3/s）：7.7

额定转速（r/min）：720

飞逸转速（r/min）：1340

叶片数： 13

固定导叶数：20

活动导叶数：20

导叶高度（mm）：228

导叶分布圆直径（m） ：1.144

转轮直径（m） ：0.98

三、模型

1、几何模型

根据图纸进行三维几何建模（包括蜗壳、座环、活动导叶、转轮及尾水管）（如图1所示）。

2、网格划分

对水轮机全流道过流部件的网格划分：对所有的过流部件采用T-Grid（混合网格）的Tet/Hybrid的网格划分。全流道的计算网格共计单元数为 751277 ，节点数为 3614312（如图2）。

3、数值计算

本次分析采用Segregated分离式求解器、Steady定常流动、RNG k-epsilon湍流模型对水轮机全流道三维几何模型进行数值模拟计算求解，模型的边界条件为压力进、出口条件（如表1所示）。

四、分析结果

1、额定工况时流场情况

在额定水头下叶轮工作面和背面的静压如图3所示：

2、最大水头工况时流场情况

在最大水头下叶轮工作面和背面的静压如图4所示：

3、最小水头工况时流场情况

在最小水头下叶轮工作面和背面的静压如图5所示：

五、结论

通过以上所做的工作，现对机组的叶轮性能参数进行分析，并做相应的归纳总结，转轮区域流态状况的详情如下：

1、在额定水头时，如图3，工作面、背面速度分布均匀，从叶片进口均匀流至出口边没有脱硫、回流、横向流动等二次流动现象，整个流线顺畅，速度分布情况良好。

2、在最大水头时，如图4，工作面、背面速度分布均匀，从叶片进口均匀流至出口边没有脱硫、回流、横向流动等二次流动现象，整个流线顺畅，速度分布情况良好。

3、在最小水头时，如图5，工作面、背面速度分布均匀，从叶片进口均匀流至出口边没有脱硫、回流、横向流动等二次流动现象，整个流线顺畅，速度分布情况良好。

参考文献

[1]周凌九，王正伟，混流式水轮机转轮X型叶片的水利特性[J]，中国农业大学学报，2002，7（4）：43-47.

[2]齐学义，常一乐，刘有余，敏政;超低比转速轴流式转轮叶片的计算机辅助水力设计[J]，动力工程，2005年01期.

[3]吴喜东，刘光宁，刘万江，波罗水力发电厂水轮机转轮的改造[J]，大电机技术，2009年03期.

[4]潘峤，王华，谢勇，赵绍勇，美国AppleGate电站水轮机活动导叶三维建模设计[J]，能源与环境，2012年01期.