不同喷嘴数配置下冲击式水轮机转轮磨损研究

周煜晋; 宋文武; 刘传远; 周恒特; 付媛; 石清华

doi:10.20040/j.cnki.1000-7709.2026.20251730

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不同喷嘴数配置下冲击式水轮机转轮磨损研究

更新时间：2026-09-12

- 不同喷嘴数配置下冲击式水轮机转轮磨损研究
- Vol. 44, Issue 8, Pages: 175-180(2026)
- 作者机构：
  
  1. 西华大学流体及动力机械教育部重点实验室
  2. 东方电气集团东方电机有限公司
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.20040/j.cnki.1000-7709.2026.20251730
  CLC： TV734.1
- Published：2026
- 稿件说明：
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周煜晋, 宋文武, 刘传远, et al. 不同喷嘴数配置下冲击式水轮机转轮磨损研究[J]. 2026, 44(8): 175-180.
DOI：

周煜晋, 宋文武, 刘传远, et al. 不同喷嘴数配置下冲击式水轮机转轮磨损研究[J]. 2026, 44(8): 175-180. DOI： 10.20040/j.cnki.1000-7709.2026.20251730.

摘要

针对高泥沙流域冲击式水轮机转轮磨损问题，以固定总泥沙质量流量(0.8 kg/s)的工程实际为前提，基于某水电站D1276P21模型转轮，通过ANSYS CFX平台开展固-液-气三相流非定常数值模拟，集成SSTκ-ω湍流模型与Tabakoff and Grant磨损模型，系统研究不同喷嘴数配置(1～6个喷嘴)对转轮磨损的影响机制。结果表明，喷嘴数量与磨损强度存在显著非线性关系，增加喷嘴数虽降低单股射流浓度减少瞬时磨损，但3、4个喷嘴工况因射流干涉引发流场失稳，导致颗粒在水斗根部富集，累计磨损量反而超过单喷嘴工况41.5%、28.8%

揭示多喷嘴系统的潜在风险；6个喷嘴配置则可实现最佳流场均匀性和颗粒分散性，累计磨损量最低(较单喷嘴降低5.5%)

效率达89.25%

且模拟磨损形貌(出水边根部条形鱼鳞状)与实际观测高度吻合。明确了固定总沙量下浓度稀释与射流干涉的竞争机制，与“喷嘴越多磨损越轻”的认识有区别，确认6个喷嘴为最优抗磨配置，为高泥沙流域冲击式水轮机的喷嘴优化设计提供了关键理论依据和工程指导。

Abstract

关键词

Keywords

references

Vincenzo Sammartano,Gabriele Morreale,Marco Sinagra,Tullio Tucciarelli.Numerical and experimental investigation of a cross-flow water turbine[J].Journal of Hydraulic Research,2016.

宋文武,符杰,周敏,姚文革,杨佐卫.多喷嘴冲击式水轮机内部流动及部件振形的研究[J].大电机技术,2008(06).

龙新平,姚鑫,杨雪龙.多孔喷嘴射流泵流动模拟与涡结构分析[J].排灌机械工程学报,2012(02).

葛新峰,孙洁,李阳,吴丹,张雷,化洪昌.冲击式水轮机喷射机构泥沙磨损特性的数值模拟[J].水利学报,2020(12).

葛新峰,孙洁,李阳,张雷,邓朝钟,王金亮,高飞,丁铭泉,郑源.泥沙直径和浓度对水斗式水轮机转轮的磨损特性[J].中国电机工程学报,2021(14).

周毅,何小民,章宇轩.高速高温空气横向射流条件下直射式喷嘴燃油轨迹研究[J].航空发动机,2020(01).

袁一芳,Jimenez Darwin,韩磊,李德友,刘永新,覃大清.不同喷嘴组合形式下冲击式水轮机飞逸特性研究[J].大电机技术,2024(05).

虎雪洁,郭涛,孙震,罗竹梅.重泥沙条件下冲击式水轮机的冲蚀及磨损特性[J].排灌机械工程学报,2026(01).

刘传远,宋文武,周煜晋,付媛,周恒特,石清华.节圆模数m对冲击式水轮机稳定性及效率的影响研究[J].中国农村水利水电,2026(08).

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