[實(shí)用新型]小上冠出口混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200720082731.0
• 申請(qǐng)日: 2007-12-27
• 公開（公告）號(hào): CN201133321Y
• 公開（公告）日: 2008-10-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 石清華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東方電機(jī)股份有限公司
• 主分類號(hào): F03B3/12
• 分類號(hào): F03B3/12
• 代理公司: 成都天嘉專利事務(wù)所
• 代理人: 方強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種水力發(fā)電采用的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，主要涉及一種改進(jìn)了轉(zhuǎn)輪葉片位置和形狀的混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪。

背景技術(shù)

現(xiàn)有技術(shù)中，混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪主要采用的是固定葉片加泄水錐結(jié)構(gòu)，最優(yōu)運(yùn)行區(qū)很窄。混流式水輪機(jī)在最優(yōu)運(yùn)行區(qū)運(yùn)行時(shí)，上冠附近葉片的出口水流近似為法向流出轉(zhuǎn)輪，上冠附近葉片出口水流的環(huán)量近似為零，尾水管內(nèi)無渦帶。但是當(dāng)運(yùn)行工況偏離最優(yōu)運(yùn)行區(qū)，轉(zhuǎn)輪出口環(huán)量增大，水流的環(huán)量定義為圓周速度與半徑的積即Γ＝2πV_u×r，旋轉(zhuǎn)水流進(jìn)入具有減速作用的尾水管后形成極不穩(wěn)定的渦帶，它將產(chǎn)生周期性的壓力脈動(dòng)。特別是當(dāng)混流式水輪機(jī)運(yùn)行在部分負(fù)荷區(qū)時(shí)，尾水管后會(huì)形成旋轉(zhuǎn)方向與轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同但旋轉(zhuǎn)頻率僅為1/4～1/3轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)頻率的不穩(wěn)定螺旋形偏心渦帶，其產(chǎn)生的尾水管壓力脈動(dòng)要大得多。這種周期性的壓力脈動(dòng)通常會(huì)使水輪機(jī)的機(jī)械振動(dòng)增加，失效或破壞水輪機(jī)部件，嚴(yán)重時(shí)將造成水輪發(fā)電機(jī)組功率擺動(dòng)，對(duì)水輪機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行危害很大。特別是對(duì)于那些水頭變幅較大并需要頻繁調(diào)節(jié)負(fù)荷的水電站，尤其影響水輪發(fā)電機(jī)組的正常工作。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于克服上述技術(shù)缺陷，提供一種適應(yīng)性更廣的小上冠出口混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪。本實(shí)用新型能有效降低尾水管渦帶產(chǎn)生的壓力脈動(dòng)，大大提高了水輪機(jī)運(yùn)行的水力穩(wěn)定性，增加了水輪機(jī)的工作效率，而且整體結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)固。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：

小上冠混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，包括位于轉(zhuǎn)輪上部支撐葉片的上冠、連接葉片的下環(huán)和多個(gè)設(shè)置于上冠和下環(huán)之間的葉片，葉片包括葉片與上冠交接的邊為上冠邊、葉片與下環(huán)交接的邊為下環(huán)邊、葉片進(jìn)水部分的邊為進(jìn)水邊，葉片出水部分的邊為出水邊，由這四條邊確定了葉片的基本位置和形狀，其特征在于：所述上冠的下端低于下環(huán)上沿，所述上冠下端有一上冠出水口，所述上冠邊和出水邊的交點(diǎn)低于進(jìn)水邊和下環(huán)邊的交點(diǎn)，且上冠邊和出水邊交點(diǎn)、進(jìn)水邊和下環(huán)邊交點(diǎn)的垂直軸向距離與出水邊和下環(huán)邊交點(diǎn)、進(jìn)水邊和下環(huán)邊交點(diǎn)的垂直軸向距離的比值為0.25-0.3，所述上冠邊和出水邊的交點(diǎn)靠近轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)軸線，且上冠邊和出水邊交點(diǎn)到轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)軸線的距離與下環(huán)邊的最小半徑的比值為0.15-0.2。

所述上冠邊的軸面長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于下環(huán)邊的軸面長(zhǎng)度，且上冠邊的軸面長(zhǎng)度與下環(huán)邊的軸面長(zhǎng)度的比值為1.75-2。

所述上冠邊的截面翼型空間長(zhǎng)度大于下環(huán)邊的截面翼型空間長(zhǎng)度，且上冠邊的截面翼型空間長(zhǎng)度與下環(huán)邊的截面翼型空間長(zhǎng)度的比值為1.15-1.2。

本實(shí)用新型小上冠出口混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，上冠出水口更靠近轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)軸線，上冠區(qū)葉片出口半徑減小，當(dāng)在水輪機(jī)流量小于最優(yōu)運(yùn)行區(qū)流量的部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，靠近葉片上冠出口區(qū)水流的圓周速度V_u減小，葉片出口半徑減小和水流圓周速度V_u減小大大降低了靠近葉片上冠出口區(qū)水流的環(huán)量Γ＝2πV_u×r，使進(jìn)入尾水管的流動(dòng)旋轉(zhuǎn)性降低，流動(dòng)更穩(wěn)定，尾水管壓力脈動(dòng)降低；由于上冠出水口更靠近水輪機(jī)的下游，使得上冠區(qū)葉片型線明顯變長(zhǎng)，水流流過較長(zhǎng)的上冠區(qū)葉片流道使水流得到均勻穩(wěn)定加速，沿葉片水流的速度分布和壓力分布更加均勻，且葉片出口區(qū)水流的軸向速度增加，從而使流出轉(zhuǎn)輪的水流更加穩(wěn)定，這也降低了尾水管壓力脈動(dòng)；小上冠出口混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，由于部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)尾水管螺旋形渦帶的直徑及渦帶的旋轉(zhuǎn)偏心距均小于傳統(tǒng)混流式轉(zhuǎn)輪，從而使部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)尾水管壓力脈動(dòng)大大降低。

使用本實(shí)用新型小上冠出口混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，當(dāng)水輪機(jī)運(yùn)行在水輪機(jī)流量大于最優(yōu)運(yùn)行區(qū)流量的大負(fù)荷時(shí)，小上冠出口混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的葉片由于轉(zhuǎn)輪上冠與葉片出口的交點(diǎn)更靠近轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)軸線，上冠區(qū)葉片出口半徑減小，與傳統(tǒng)混流式轉(zhuǎn)輪相比，此時(shí)，靠近上冠葉片出口區(qū)水流的反向圓周速度V_u并不增加，由于葉片出口半徑的減小，使靠上冠葉片出口區(qū)水流的環(huán)量Γ＝2πV_u×r的絕對(duì)值減小，從而使進(jìn)入尾水管的流動(dòng)更穩(wěn)定，直形渦帶直徑減小，尾水管壓力脈動(dòng)降低；此外，由于水輪機(jī)運(yùn)行在水輪機(jī)流量大于最優(yōu)運(yùn)行區(qū)流量的大負(fù)荷時(shí)，靠上冠區(qū)葉片出口水流具有較大的軸向速度，因此按照本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的小上冠出口混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，大負(fù)荷運(yùn)行時(shí)由于直形渦帶直徑的減小將使尾水管內(nèi)的流動(dòng)更加穩(wěn)定，尾水管壓力脈動(dòng)更小。