[發明專利]應用于冷卻塔的超低比轉速長短型葉片轉輪

無效

• 申請號: 201110444062.8
• 申請日: 2011-12-27
• 公開（公告）號: CN102536593A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 楊春霞;鄭源
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: F03B3/12
• 分類號: F03B3/12
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

?本發明涉及水輪機的轉輪，確切的說是涉及轉輪中各單元葉片的改進。

背景技術

隨著科學技術的提高和社會生產力的發展，水輪機除了與發電機配套發電外，在其他領域也得到越來越多的應用。與常規水輪機相比，非發電用的水輪機在比轉速、結構、工作參數等方面有較大的差異。經過長期技術發展，混流式水輪機已基本定型，但是轉輪的葉片翼型的微小改進可能對水輪機效率產生較大影響，尋求更為合理翼型結構仍然是設計者不斷追求目標。長短葉片轉輪以其運行穩定，抗磨蝕性能好、效率高的特點，得到較普遍的認可。

用于代替冷卻塔風扇電動機的節能水輪機工作在特殊的場合，所以必須考慮冷卻塔的特點：水能回收裝置帶動的是減速器或風機，不存在水輪機中甩或減負荷的情況，所以不必考慮飛逸情況。由于冷卻塔供水由專設的水泵來滿足，可利用的進塔水頭和流量常年穩定，這是一個非常好的情況。水輪機中需要根據負荷以及水庫水位的變化，調整水輪機的運行方式，以保證水輪機在高效率區間運行。風扇一般安裝在冷卻塔頂部，所以水能回收裝置也是安裝在冷卻塔頂部，安裝環境比較復雜，橫向和軸向尺寸受到一定的限制。

目前已有的應用于冷卻塔的水輪機，由于比轉速低，轉輪的葉片較長，進口處與出口處半徑相差較大。在低比轉速轉輪中，輻流成分是主要的，在哥氏力的作用下，兩葉片之間的水流流速分布很不均勻，特別是在低負荷工況運行時，可能在葉片正面的某些部位水流速度為零，甚至出現負流而形成一個渦流區，這將大大降低水輪機的效率，并引起振動。

發明內容

本發明所解決的技術問題：

本發明要解決的技術問題就是：設計出一種轉輪，使轉輪出水速度均勻，減少水力損失，具有較好的水力條件，避免流道中產生回流的現象，從而降低振動，使水力效率得到提高。

本發明所使用的技術方案：???????

本發明所涉及的部位為葉片進出水邊、轉輪的上冠和下環，通過葉片出水邊及上冠、下環幾何形狀及尺寸的變化，達到改善水輪機水力性能的目的。具體而言，本發明一種混流式水輪機長短型葉片轉輪，主要包括：上冠、下環及若干連接在上冠與下環間的曲面葉片；轉輪高壓側，即水流流入側，為長葉片進水邊和短葉片進水邊；轉輪低壓側，即水流流出側，為長葉片出水邊和短葉片出水邊；所述短葉片布置在所述兩長葉片之間，所述短葉片長度小于所述長葉片長度，且靠近所述長葉片出水邊所在的一端布置。

本發明所述短葉片長度小于所述長葉片長度的一半時，有更佳的效果。

本發明的低比轉速水輪機轉輪高度與低比轉速水輪機轉輪進水口直徑的比值為0.8～1。低比轉速水輪機轉輪的出水口直徑與低比轉速水輪機轉輪進水口直徑的比值為2.5～2.7。

本發明的低比轉速水輪機轉輪葉片數為14～17。

本發明長葉片出水邊延長線與轉動中心軸相交，長葉片進水邊延長線與轉動中心軸相交，所述長葉片進水邊與所述長葉片出水邊夾角在120°～130°之間。

本發明葉片在上冠處的翼型斷面的中線長度與葉片在下環處的翼型斷面的中線長度比值在1～1.1之間。

本發明所涉及的部位為葉片進出水邊、轉輪的上冠和下環，通過葉片出水邊及上冠、下環幾何形狀及尺寸的變化，達到改善水輪機水力性能的目的。

有益效果：

與現有技術相比，本發明解決了上述所述的現有技術中應用于冷卻塔的低比轉速混流式水輪機效率低，振動，結構復雜的技術問題。

具體而言，長短葉片轉輪設計具有以下優點：

（1）有了短葉片可使轉輪出水速度均勻，減少水力損失，具有較好的水力條件，避免了流道中產生回流的現象，從而降低振動，使水力效率得到提高。

目前已有的應用于冷卻塔的水輪機，由于比轉速低，轉輪的葉片較長，進口處與出口處半徑相差較大。在低比轉速轉輪中，輻流成分是主要的，在哥氏力的作用下，兩葉片之間的水流流速分布很不均勻，特別是在低負荷工況運行時，可能在葉片正面的某些部位水流速度為零，甚至出現負流而形成一個渦流區，這將大大降低水輪機的效率，并引起振動。

（2）部分負荷效率提高，即具有較寬的高效率區，從而也提高了水輪機的加權平均效率。

（3）長短葉片型轉輪的葉片較薄，簡化了厚度變化，便于采用鋼板模壓，從而降低了成本，且質量輕，高處作業難度降低，增加了冷卻塔的運行環境安全性。

水輪機結構簡單，運轉平穩，因此只要達到材料設計強度和密封，其壽命是長期的。一旦出現故障，維修也極為簡單，更換一些標準件即可，比電機減速器的維修要省卻許多麻煩。