文章摘要
钱忠东,钟琴琴,曾心成,郭志伟.混流式水轮机抗泥沙磨损叶片的优化设计[J].水利学报,2025,56(4):433-444
混流式水轮机抗泥沙磨损叶片的优化设计
Optimized design of erosion-reduced blades in a Francis turbine
投稿时间:2024-04-08  
DOI:10.13243/j.cnki.slxb.20240192
中文关键词: 混流式水轮机  泥沙磨损  叶片进口偏转角  叶片安放角  叶道涡
英文关键词: Francis turbine  erosive damage  angle along the blade leading edge  installation angle  interblade vortex
基金项目:国家自然科学基金项目(52279090)
作者单位E-mail
钱忠东 武汉大学 水资源工程与调度全国重点实验室, 湖北 武汉 430072  
钟琴琴 武汉大学 水资源工程与调度全国重点实验室, 湖北 武汉 430072  
曾心成 武汉大学 水资源工程与调度全国重点实验室, 湖北 武汉 430072  
郭志伟 武汉大学 水资源工程与调度全国重点实验室, 湖北 武汉 430072 Guozw1985@outlook.com 
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中文摘要:
      混流式水轮机的泥沙磨损破坏是含沙河流水电开发中的关键难题。泥沙特性及流态是影响磨损破坏的核心因素,如何有效控制流态进而改变颗粒运动是当前研究的重要内容。本文基于叶片设计理论,通过优化叶片进口偏转角及安放角的分布降低叶片磨损程度,进而提出抗磨损叶片的设计方案。研究结果表明,两种角度分布规律的调整均能显著降低叶片的磨损强度和范围,同时保证了水轮机的运行效率,但增加了下环磨损。叶片进口偏转角θ*0=0.2和叶片安放角关系幂指数x=3的组合方案下,叶片磨损率降低程度最高为71%。这种现象的主要原因是角度变化影响了叶道涡,进而改变了颗粒轨迹,导致颗粒在叶片和下环的打击位置发生变化,最终影响不同区域的磨损分布。综合考虑,通过适度牺牲下环保护叶片的设计方案可以有效增加叶片的使用寿命,降低维修成本和提高维修便利性。
英文摘要:
      Erosive damage of Francis turbine operated along the sand-laden rivers is the key point in hydropower development.Sand and flow fluid are the main factors,and methods to improve the flow field are the main content.Adapting the angle along the blade leading edge and the installation angle is proposed based on the design theory of turbine blades to reshape the damage distribution.The results show that reasonable design for two angles can reduce blade damage,and ensure operating efficiency,but increase shroud damage.Under the combination of the angle along the blade leading edge θ*0=0.2 and the installation angle index x=3,the blade damage decreases by a maximum of 71%.The reason is that due to angle adjustments,the vortex alters and the hitting location deviates,resulting in erosive wear in different regions.Finally,the design optimization of protecting the blades by sacrificing the shroud is more effective in reducing maintenance costs and increasing maintenance convenience.
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