水力透平轉輪的水力設計方法研究及其內部流動的模擬.pdf

1、水力透平(Hydraulic Turbine)是利用高壓液體驅動轉輪轉動,將液體的壓能轉換為透平的機械能的能量回收裝置。水力透平可回收高達70％～80％的流體能量,通常適應于壓差大、流量小且穩(wěn)定的工藝流程中。水力透平可驅動發(fā)電機發(fā)電,也可作為原動機直接驅動工作機----空氣、原料氣等壓縮機。用水力透平回收上述剩余能量是很有價值的,水力透平是工廠節(jié)能降耗的關鍵設備,也是目前所提倡的循環(huán)經(jīng)濟的核心設備之一。隨著各行各業(yè)節(jié)能意識的提高,對再生

2、能源利用的重視,作為二次能源回收效果俱佳的機械----水力透平必將發(fā)揮更大的作用,應用在更多的領域。目前,從了解的情況看,各企業(yè)使用水力透平回收能量效果不錯,但國內機型的可靠性存在不足,因此大型化工企業(yè)多用進口水力透平。且隨著能源價格的提高,在石油化工,石油加工、化肥、海水淡化等行業(yè)中,許多企業(yè)為節(jié)約資源,提高競爭力,加大了對能量回收技術研究的投資。故利用葉片式水力機械原理設計開發(fā)出結構簡單、高效、穩(wěn)定可靠的能量回收裝置具有重要的現(xiàn)實意

3、義。一方面能為節(jié)能減排、建立資源節(jié)約型社會做出貢獻;另一方面對水力透平設計理論的研究也將是對水力機械設計理論的補充。
　　 本研究主要內容包括：⑴參考雙吸泵的結構型式,以混流式水輪機轉輪的設計為依據(jù),在給定的參數(shù)下分別用不同設計方法(一元理論設計方法、二元理論設計方法)設計出結構類似雙吸泵轉輪的水力透平轉輪,并建立了水力透平的轉輪三維模型及其他過流部件的三維模型。⑵借助CFD軟件,采用標準k-ε湍流模型,以清水為介質,在最優(yōu)開度

4、下,用三種工況點(0.8Q、1.0Q、1.2Q)對兩種不同設計方法初次設計的轉輪內部流動進行了全流道定常模擬計算。通過分析其內部三維流動機理,預測了水力透平轉輪的性能。依據(jù)模擬結果和分析其流態(tài)、流場分布情況,再聯(lián)合CAD技術,對初次設計的轉輪進行了多次改進,最終得到的了水力性能良好的轉輪模型。同時也驗證了所設計的轉輪結構是可行的、合理的。⑶將改進后的兩種不同的轉輪在不同的工況點下進行了模擬計算,分析比較出兩種不同設計方法所設計轉輪的內部