分类号： 单位代码：10019 密 级：公开 学 号：S07101151 学位论文 户用微型轴流式水轮机水力设计研究 Research on the hydraulic design of household micro- axial flow turbines 研究生： 黄洪磊 指导教师： 周凌九 教授 合 作 指 导 教 师： 申请学位门类级别： 工学硕士 专业名称： 流体机械及工程 研究方向： 流体机械 CAD 所在学院： 水利与土木工程学院 2009 年 5 月 独 创 性 声 明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 时间： 年 月 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 (保密的学位论文在解密后应遵守此协议保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名： 时间： 年 月 日 导师签名： 时间： 年 月 日 中国农业大学硕士学位论文 摘要 摘 要 户用微型水轮机的水力设计与结构设计目前还没有相关理论。多数情况下，生产厂家套用大中型水轮机的水力模型，通过相似换算获得水力模型，但很难成功。所以，针对大中型水轮机所做的水力设计和结构设计不能完全适用于户用微型水轮机。 为此， 本文利用 ANSYS、 CFX、BLADEGEN、AUTOCAD、GAMBIT、UG 等常用工具和有关设计理论，设计了一系列水力效率达到 85% 的户用微型轴流式水轮机组。通过对所设计的户用微型轴流式水轮机相关数据的统计，得出如下结论： 1. 在相同的流量下， 户用微型轴流式水轮机的叶片数对水轮机水头有很大影响， 通过本文计算与统计， 粗略得出户用微型轴流式水轮机组叶片数的选取建议，即 7- 10 m水头段适合选取3- 5 个叶片，10- 12 m水头段适合选取 4- 5 个叶片，13- 18 m水头段适合选取 4- 6 个叶片； 2. 对同一台户用微型轴流式水轮机， 仅改变导叶开度可以获得不同且变化幅度很大的计算水头，如 9.77m- 15.01m，但水力效率仍然在 85%以上。因此对于水力性能好的机组，可以通过改变导叶开度获得不同的机组来适应不同的设计点，以节省加工成本； 3. 本文对两套户用微型轴流式机组在 ANSYS 里运用有关强度理论作了强度校核。 强度校核结果说明，本文中的户用微型轴流式水轮机组具有足够大的叶片最大厚度，满足生产所需的强度性能。 关键字关键字：户用微型水轮机，轴流式，水力设计，叶片数 中国农业大学硕士学位论文 Abstract Abstract Until recently，no theory about the hydraulic design and structural design of household micro- turbines has ever been studied. Basically， the company and factory obtain the hydraulic models of household micro- turbines by translating from large scale water turbine models. But the hydraulic design and structural design of large scale water turbines is not adapt for household micro- turbines. In this article， Some household micro- axial flow turbines models with hydraulic efficiency up to 85% are designed through the design tools and analysis tools， such as ANSYS、 CFX、 BLADEGEN、 AUTOCAD、GAMBIT、UG. Based on the the statistics of the designed household micro- axial flow turbines models, the following conclusion are obtained: 1. The blade number of household micro- axial flow turbines has a large effects on the head if the flow rate is constant. The suggestion for blade number is given in this article .The blade number of household micro- axial flow turbines working in the head of from 710 m should be from 35，for head of 1012 m should be 45，and for head of 1318 m should be 46. 2. The change of guide vane opening affects the head of household micro- axial flow turbines seriously.With different opening, head can change with in 7.915m with their efficiency up to 85%.As a result，The same household micro- axial flow turbine model can work in different head by change the guide vane opening of one turbine in order to save the production cost. 3. The stress in two household micro- axial flow turbines are analyzed by the use of ANSYS in this article, which approves that the household micro- axial flow turbines obtained in this article have enough strength performance. keywords：household micro- turbines，axial flow，hydraulic design，blade number 中国农业大学硕士学位论文 目录 I 目录 第一章 绪论 . 1 1.1 研究的目的和意义 . 1 1.1.1 微水电的定义 . 1 1.1.2 微水电机组类型 . 1 1.1.3 发展微水电的作用与意义 . 1 1.1.4 研究户用微型水轮机组的意义 . 1 1.2 国内外研究现状 . 2 1.2.1 微水电及户用微型水轮机的研究现状 . 2 1.2.2 其它流体机械的研究进展综述 . 3 1.3 研究的内容与方法 . 5 第二章 户用微型轴流式水轮机组的水力设计 . 6 2.1 座环的设计 . 6 2.1.1 座环参数的确定 . 6 2.1.2 活动导叶的设计 . 7 2.1.3 特殊导叶的设计 . 8 2.1.4 确定导叶高度 . 8 2.2 蜗壳的设计 . 9 2.2.1 蜗壳进口平均流速的选取 . 9 2.2.2 蜗壳进口断面面积的确定 . 9 2.2.3 蜗壳各个圆断面的设计 . 9 2.2.4 蜗壳进口尺寸的选取 . 11 2.3 转轮的设计 . 12 2.3.1 轮毂体尺寸的确定 .