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基于TRIZ发明原理的水轮发电机组优化设计作者：王旭陈荣盛卢磊来源：《人民黄河》2020年第10期摘要：為解决水轮发电机组在优化设计中出现的技术矛盾，改善机组的各项性能，在对某混流式水轮发电机组进行优化设计时，为解决机组堵塞严重的问题，同时让机组在优化设计前后流场、效率以及出力等参数基本保持在设计值，提出了减少叶片数量的方案，分析了减少叶片数量会导致恶化的参数类型，以TRIZ发明原理的推荐方案为指导原则构建技术矛盾关系，并提出了降低活动导叶高度和增大叶片表面积等优化措施，对全流道进行CFD数值计算和现场实测两个方面验证改造效果。
结果显示，改造后机组的流态良好，堵塞频率显著下降，且效率和出力均达到了预期水平，为后续机组的进一步优化设计提供了参考依据。
关键词：TRIZ发明原理;水轮发电机组;优化设计;技术矛盾;CFD数值计算中图分类号：TV136文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.10.032Optimum Design of Francis Turbine Based the Principle in TRIZWANG Xu1， CHEN Rongsheng2， LU Lei3（1.Chengdu College of University of Electronic Science and Technology of China， Chengdu 611731， China;2.Chengdu Hydroelectric Investigation & Design Institute of SPC， Chengdu 610000， China;3.Yingxiuwan General Hydropower Plant， Dujiangyan 611830， China）Abstract：The primary goal of this research was to solve the technical contradiction in the process of Francis turbine optimum design. The paper took the Francis turbine as an example， in order to solve the problem of serious congestion and keep the good performance of turbine. We proposed to reduce the number of blades and analyzed to reduce the number of blade that could lead some parameters deterioration. And then the paper built the conflict matrix based the TRIZ. According to the guiding principles of TRIZ， we used the lower height guide vanes and enlarged blade area. At last， we did the simulation by CFD and site tests for verified the effectiveness and output. In conclusion， the results show that the improved turbine has a good performance. It has provided a reference for the future optimum design.Key words： principle in TRIZ; francis turbine; optimum design; technical contradiction; CFD analysis对于一些运行时间较长的中小型水电站，由于水轮发电机组转轮选型不当、零部件设备老化等因素，容易导致流道堵塞、效率下降和出力降低等问题，影响电站的经济效益[1]，因此对水轮发电机组进行合理的优化设计，在改善其性能、提升发电效率以及经济效益等方面有举足轻重的意义。
风力发电机的创新设计风力发电机这玩意儿，大家应该都不陌生。
你看那在风中呼呼转动的大叶片，就像巨人的手臂，不停地向我们输送着清洁能源。
我还记得有一次，我去一个风电场参观。
那是一个阳光明媚的日子，风呼呼地吹着，吹得我的头发都乱了。
当我走近那些巨大的风力发电机时，被它们的壮观震撼到了。
那些叶片旋转起来的声音，“呼呼呼”，像是在演奏一场特别的音乐会。
咱们言归正传，来说说风力发电机的创新设计。
传统的风力发电机，通常就是那几个大叶片，一个塔架，加上内部的发电设备。
但现在，随着科技的发展，创新的设计那可是层出不穷。
比如说，有一种新型的垂直轴风力发电机。
和传统的水平轴风力发电机不一样，它的叶片是垂直于地面的。
这样的设计有啥好处呢？首先，它不挑风向，不管风从哪个方向吹来，它都能转起来发电。
不像传统的水平轴风力发电机，还得跟着风向调整方向。
其次，这种垂直轴的设计在空间利用上更灵活，可以安装在屋顶、墙壁这些地方，不占太多的地面空间。
还有一种创新设计是采用了可变桨距的叶片。
啥意思呢？就是叶片的角度可以根据风速的变化自动调整。
风速小的时候，叶片角度变大，能更好地捕捉风能；风速大的时候，叶片角度变小，避免转速过快损坏机器。
这就好比咱们骑自行车，风大的时候把车头调一调，风小的时候再换个姿势，是不是很聪明？再来说说材料方面的创新。
以前的叶片大多是用玻璃纤维增强复合材料做的，现在呢，有研究人员在尝试用碳纤维或者更先进的高分子材料。
这些新材料更轻、更强，能让叶片转得更快，发电效率更高。
另外，在外形设计上也有不少新花样。
有的设计师把叶片设计成了像鸟儿翅膀一样的形状，据说这样能减少空气阻力，提高风能的利用效率。
还有的把整个风力发电机做成了像花朵一样的造型，不仅能发电，还成了一道美丽的风景线。
不过，创新设计也不是一帆风顺的。
就拿那个可变桨距的叶片来说吧，要实现角度的自动调整，就得有一套非常精密的控制系统。
这系统的研发和调试可不容易，需要大量的实验和数据积累。
