混流式水泵水轮机转轮双向流动优化设计研究

杨琳 陈乃祥 樊红刚

（清华大学 北京市 100084）

【摘　要】 为研究可逆转轮的优化设计理论，在发展可逆转轮全三维设计方法基础上，建立了以速度矩阵分布为优化参量的基于获取双向流动信息的可逆转轮优化设计模型，并使用该模型对一高水头可逆转轮进行了双向流动优化设计。优化计算结果合理，表明了该方法的可行性，应用优化的方法可以改善可逆转轮的综合能量性能和综合气蚀性能。

【关键词】 水泵水轮机 反问题 双向流动 优化设计

对于可逆式转轮，应保证水轮机工况和水泵工况均具有较高的水力效率，并经常在较优的效率区工作，水轮机工况和水泵工况的最优效率点并不重合，应分别计算两种工况下的最优效率并评价综合效率。可逆转轮应该有良好的空化性能，可逆转轮的水泵工况空化过程是水泵水轮机空化与空蚀特性的关键，但对于高水头水泵水轮机，两种工况的空化系数差别一般较小，水轮机工况的小流量区的空化系数甚至有可能比水泵工况大，因此对于可逆转轮，应对两种工况进行全面的试验。

长期以来，人们对可逆转轮设计理论的研究进行的较少，考虑正（水轮机）反（水泵）向流动信息的可逆转轮全三维设计方法并不多见。水泵水轮机转轮两种工况的特性参数基本都是通过模型试验得到的。通过模型试验对设计转轮进行检验，经过不断修改而获得优良转轮的方案不仅费时费力，而且也需要设计者有较高的设计水平和较丰富的设计经验。随着计算流体力学和试验技术的快速发展，水力机械过流部件的性能预估日趋完善；计算机技术的发展和应用也为最优化方法用于工程设计创造了条件，使得来用理论计算的方法设计出性能优良的转轮成为可能。

本文建立了一种基于获取双向流动信息的可逆转轮全三维优化设计模型，并将其用于高水头可逆转轮的优化设计。