轴流变桨式水轮机转轮叶片的多目标形状优化

• 作者: A Semenova 姜铁良
• 来源期刊: 国外大电机
• 学科: 工学
• 关键词: 多目标遗传算法 水轮机转轮 转轮叶片 形状优化 桨式 流变 表面几何形状 轴
• 年，卷（期）: 2017,（2）
• 页码范围: 57-64
• 页数: 8页
• 分类号: TK730.323

摘要

在水轮机水力设计方面，基于CFD分析的转轮形状自动优化技术已被验证是一种有效的设计方法。先前的学者们已针对混流式水轮机转轮的优化设计开发了一种有效的方法，并且成功地应用到了不同比转速的多个转轮设计中。本文的工作是将这个方法拓展到轴流变桨式变桨机组转轮的优化设计中。尽管轴流变桨机组的叶片形状相对简单，但是它的几个特性使优化过程变得复杂，首先，轴流变桨式水轮机的运行区间通常有着较大的流量范围，因此在不同的工况点，转轮的每个优化参数都需要进行一次CFD分析；其次，由于轴流变桨机组的比转速较高，尾水管损失对整个机组的效率有较大影响，因此该损失应被准确计算；再者，叶尖与转轮体间隙的流动对转轮和尾水管后方速度场的分布有较明显影响，所有这些特性都应被考虑在目前的优化技术中。转轮叶片表面几何形状共使用了24个变量进行细节描述，对于转轮几何形状的每个优化参数都在域内进行了一次稳态的三维湍流分析计算，计算域包括活动导叶、转轮、尾水管、叶端和轮毂间隙。优化目标是在最优工况和大流量工况下效率最大，同时叶片吸力面侧拥有最小的空化面积。本文使用多目标遗传算法来处理优化问题，需要对成千上万个转轮变量进行计算，这个方法可以用来解决不同水头下多个轴流变桨式水轮机转轮叶片形状优化问题。