[發(fā)明專利]一種多葉水輪機

有效

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• 申請日: 2013-05-06
• 公開（公告）號: CN103244335A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發(fā)明（設計）人: 賴喜德;張惟斌;張翔;茍秋琴
• 申請（專利權）人: 西華大學
• 主分類號: F03B3/00
• 分類號: F03B3/00;F03B3/12;F03B3/16
• 代理公司: 成都市輔君專利代理有限公司 51120
• 代理人: 張堰黎

技術領域

本發(fā)明屬于機械設計制造領域，尤其屬于水輪機設計制造領域，特別涉及水輪機的轉輪、流道設計技術。

背景技術

現(xiàn)有反擊式水輪機由蝸殼、固定導葉、導水機構、轉輪、尾水管等過流部件組成，依靠轉輪轉換水流的勢能量。混流式轉輪葉片數(shù)一般13至17片，軸流式和貫流式轉輪葉片數(shù)一般3至5片,葉片均為雕塑曲面，加工工藝復雜。固定導葉、活動導葉均為曲面零部件。沖擊式水輪機轉輪的水斗的型面也為復雜的雕塑曲面。

設計時，現(xiàn)有的水輪機的主要過流部件中蝸殼、導水機構、轉輪、尾水管要通過“水力設計—模型試驗—反復修改流道設計”來達到性能指標要求。制造時，這些過流部件的制造也非常復雜。作為流體動力轉換設備，對于一些應用，如微型發(fā)電裝置、管路中液體動力能量轉換等，無論從產品結構和制造工藝，還是從調節(jié)和控制特性等方面都不太適合。

現(xiàn)有的水輪機其出力與流量和水頭間關系是非常復雜的非線性關系，運行過程中調節(jié)復雜。

因此，對于小型發(fā)電和管路中液體動力能量轉換裝置，為了提高其常規(guī)的適用性，需要一種結構簡單，制造方便，調節(jié)和控制容易的水輪機。

發(fā)明內容

本發(fā)明根據現(xiàn)有技術的不足公開了一種多葉水輪機。本發(fā)明要解決的問題是提供一種結構緊致的多葉水輪機，本發(fā)明水輪機不需復雜的調節(jié)控制系統(tǒng)，適用于小型發(fā)電裝置、提高管路中液體動力能量轉換。

本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn)：

多葉水輪機，包括組成水輪機的蝸殼、轉輪、支撐蓋、軸承、底環(huán)和泄流管，其特征是：在蝸殼螺旋形流道中、轉輪徑向外周設置有噴嘴環(huán)，噴嘴環(huán)有均勻間隔設置的噴射液流驅動轉輪的噴孔。

所述轉輪圓周上有均勻間隔設置的葉片，葉片之間形成與噴孔噴射液流匹配的弧形流道。

所述葉片由橫截面結構相同的弧面柱體和軸向設置的固定軸構成；所述弧面柱體由軸向設置的內弧面、外弧面和平面構成，固定軸位于內弧面底部和外弧面底部之間；內弧面和外弧面均為圓弧且弧面方向同向設置，內弧面圓弧兩端分別通過平面一和平面二與外弧面圓弧兩端連接，其中葉片弧面柱體一側的平面一與外弧面通過連接圓弧過度連接，平面一或平面二在外弧面圓弧端的延伸線與葉片橫截面徑向軸線的夾角為22～25度。

葉片安放角α是15～20度。

進一步所述噴孔橫截面的形狀是兩端半圓與中間矩形構成的腰形孔，各噴孔軸向與噴嘴環(huán)切線的夾角為22～25度。

上述噴孔數(shù)量為18～20個，轉輪葉片數(shù)量是噴孔數(shù)量的3倍，即54～60個。

上述蝸殼螺旋形流道的橫截面由入口至尾端是面積逐漸變小的梯形。

本發(fā)明多葉水輪機運行時，通過管道將一定壓力的液體引入蝸殼，螺旋型蝸殼流道使得液體的徑向流速分布更均勻，均勻的液體流向腰型孔噴嘴環(huán)并形成高速液流，噴嘴環(huán)上的各腰型孔出流混合后形成轉輪前的較為均勻的流場分布；高速液流通過轉輪不僅主要轉換液流的動能，還轉換液流的一部分勢能；然后從轉輪的葉片出流通過再通過底環(huán)的擴散流道流入泄水管。

本發(fā)明噴嘴環(huán)有均勻間隔設置的噴孔，噴孔橫截面的形狀是兩端半圓與中間矩形構成的腰形孔，腰形孔具有類似反擊式水輪機的導水機構的部分功能，但結構簡單，便于加工；噴嘴環(huán)上均勻間隔設置的18～20個噴孔出流混合后較為均勻，形成轉輪前需要的高速入流流場分布；高速液流通過轉輪不僅主要轉換液流的動能，還轉換液流的一部分勢能，與現(xiàn)有的沖擊式水輪機轉輪只轉換液流的動能在原理上不同。

本發(fā)明轉輪葉片采用橫截面結構相同的弧面柱體和軸向設置的固定軸構成。這種圓弧-直線橫截面的直紋面結構，相對于具有雕塑曲面，加工工藝復雜的現(xiàn)有葉片，其結構大為簡化、容易加工，使得設計制造更簡化，生產成本低。

本發(fā)明的轉輪屬于葉片等高的徑流式轉輪，等高的直紋面葉片在轉輪分布圓按給定的葉片安放角沿周向均勻間隔設置。由于轉輪葉片進口處圓柱的直徑大于葉片出口處圓柱的直徑，而且在轉輪旋轉方向傾斜有15～20度的葉片安放角，葉片間進口面積明顯大于出口，所有每兩直葉片間為具有一定反動度的收縮流道，該流道具有轉換液流的一部分勢能的能力。所述安放角α是葉片安裝固定后，葉片內弧面圓弧兩端連線與轉輪徑向線的夾角，所述轉輪徑向線是通過轉輪圓心與葉片內弧面圓弧內側端的連線。

經檢測，根據不同轉速下“流量-輸出軸功率”關系曲線、不同流量下“轉速-輸出軸功率”曲線，本發(fā)明的多葉水輪機在一定的轉速范圍內，水輪機出力與流量基本上為線性關系。