基于CFD混流式水轮机上冠流道降压结构优化研究

为探究中高水头混流式水轮机转轮不同上冠空腔结构的降压效果及优化可行性。以新疆红山嘴一级电站4号机为例，将3类不同上冠降压结构作为研究对象，基于CFD技术，采用SST湍流模型对7种泄漏流量下的3类上冠降压结构进行稳态数值模拟，计算工况共计21种。研究指标为泄漏水流态特性、泄水孔泄水能力、主轴密封下侧压力。结果表明：不同上冠降压结构内的泄漏水流态存在一定差异，尤其上冠顶部空腔及泄水孔位置最为明显；在中高水头混流式水轮机上采取含转轮泵的联合上冠降压结构，不仅能改善主轴密封工作性能还可在梳齿环出口形成稳定的局部压力，从根本上减少上冠间隙泄漏量；针对该电站主轴密封漏水问题，在机组上冠流道增设转轮泵可使泄水孔泄水能力提高17.12%、主轴密封压力降低15.98%，进一步提高电站的运行效益。该研究对单一型式的降压结构进行改进且实现优化目标，可为中高水头混流式水轮机设计改造及稳定运行提供一定参考依据。