混流式水轮机泥沙磨损性能研究及优化设计

曹景伟; 李果; 刘鑫; 路立桥; 王彦虎; 敬若玺; 王一丹; 宋希杰; 罗永要

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混流式水轮机泥沙磨损性能研究及优化设计

更新时间：2026-04-16

- 混流式水轮机泥沙磨损性能研究及优化设计
- Issue 2, Pages: 8-18(2026)
- 作者机构：
  
  1. 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司
  2. 中国华能集团有限公司
  3. 华能(甘肃)新能源有限公司
  4. 华北电力大学
  5. 扬州大学水利科学与工程学院
  6. 清华大学能源与动力工程系
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：
  CLC： TV738
- Published：2026
- 稿件说明：
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曹景伟, 李果, 刘鑫, et al. 混流式水轮机泥沙磨损性能研究及优化设计[J]. 2026, (2): 8-18.
DOI：

曹景伟, 李果, 刘鑫, et al. 混流式水轮机泥沙磨损性能研究及优化设计[J]. 2026, (2): 8-18. DOI：

摘要

多泥沙河流水电站中泥沙磨损问题是影响水轮机组安全运行中亟需解决的关键难题。本文提出匹配转轮叶型与水流来流、出流角度及沙粒冲击角度的抗磨优化方法。采用含沙多相流数值模拟技术对某一混流式水轮机的转轮、顶盖、底环等关键部件开展抗磨损优化设计研究，并对100%负荷下优化方案的机组性能进行全面评估。新转轮机组压力脉动幅值均低于原转轮，最大幅值降幅为7.3%。优化后转轮和顶盖轴向水推力及转轮径向力相对于原方案的变化幅度分别为2.76%、0.38%和16%，优化后机组径向轴承和推力轴承均可安全运行。优化前后转轮空化性能基本一致，叶片出水边均存在轻微初生空化，转轮不会发生严重的空蚀破坏;新转轮0节径模态(0ND)和5ND模态的固有频率与典型激励频率166.7倍转频的偏差均大于5%。原转轮和新转轮的最大应力均超过材料屈服极限。优化后机组各项指标均满足运行的安全要求，研究成果可为水电机组抗磨损问题提供技术指导，具有较高的推广应用价值和工程意义。

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