水轮机引水部分优化设计：提高效率与减小尺寸的新方法

"不完全蜗壳水轮机引水部分的实用优化设计 (1999年)" 这篇论文探讨了不完全蜗壳水轮机引水部分的优化设计方法，主要针对水轮机性能和平面尺寸的改进。传统设计通常基于简化的计算和经验，存在诸多不足。文章提出了一种新的、工程实际应用的优化设计方案，该方案通过深入的流动分析和优化计算，对进水流道、蜗壳的蜗形部分以及固定和活动导叶的叶栅进行精细化设计。 首先，对于蜗形部分的设计，不再简单地假设速度矩为常数，而是允许固定导叶的形状沿圆周变化，以更好地适应进水流道的来流条件。这有助于改善水流分布，减少流动阻力和水力损失。此外，固定导叶与活动导叶的相对位置不是固定的，而是通过优化计算来确定，以确保两者间的流场协调，进一步提高水轮机效率。 论文指出，传统设计忽视了进水流道形状对非蜗形部分流态的影响，且在蜗壳设计中，按照速度矩恒定的假设可能导致蜗壳尾部速度过大，增加水力损失或增大平面尺寸。同时，固定导叶的进口安放角通常依赖于统计规律，而非根据实际流动情况，而活动导叶的对称设计也不利于最优流场的形成。 为了改进这些不足，作者提出分段优化策略，分别对进水流道、蜗形部分和双排叶栅进行独立的流动分析，然后结合优化算法调整各部分参数。这种方法虽然不如整体优化那样理想，但在实际工程应用中更为可行，可以显著提升水轮机效率，或者在保持效率不变的情况下减小水轮机的平面尺寸。 通过实验验证，这种优化设计方法已被证明是有效的。它不仅能够提高水轮机的工作效率，还能在设计阶段控制水轮机的结构尺寸，从而降低制造成本和运行维护成本。对于水力发电站的建设和运行，这样的优化设计具有重要的经济和技术意义。 关键词：水轮机，引水部分，优化设计，进水流道，蜗壳，固定导叶，活动导叶 分类号：TK730 这篇文章出自《清华大学学报(自然科学版)》，1999年第39卷第11期，作者包括钱涵欣、郭齐胜和林汝长，他们分别来自清华大学水利水电工程系和装甲兵工程学院。文章的研究对于水轮机设计领域的理论和实践都有重要参考价值，为提升水轮机性能和设计效率提供了新的途径。