[實用新型]一種多葉水輪機

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320239641.3
• 申請日: 2013-05-06
• 公開（公告）號: CN203297022U
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 賴喜德;張惟斌;張翔;茍秋琴
• 申請（專利權(quán)）人: 西華大學(xué)
• 主分類號: F03B1/00
• 分類號: F03B1/00
• 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(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于機械設(shè)計制造領(lǐng)域，尤其屬于水輪機設(shè)計制造領(lǐng)域，特別涉及水輪機的轉(zhuǎn)輪、流道設(shè)計技術(shù)。

背景技術(shù)

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

設(shè)計時，現(xiàn)有的水輪機的主要過流部件中蝸殼、導(dǎo)水機構(gòu)、轉(zhuǎn)輪、尾水管要通過“水力設(shè)計—模型試驗—反復(fù)修改流道設(shè)計”來達到性能指標(biāo)要求。制造時，這些過流部件的制造也非常復(fù)雜。作為流體動力轉(zhuǎn)換設(shè)備，對于一些應(yīng)用，如微型發(fā)電裝置、管路中液體動力能量轉(zhuǎn)換等，無論從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和制造工藝，還是從調(diào)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(guān)系是非常復(fù)雜的非線性關(guān)系，運行過程中調(diào)節(jié)復(fù)雜。

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

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的不足公開了一種多葉水輪機。本實用新型要解決的問題是提供一種結(jié)構(gòu)緊致的多葉水輪機，本實用新型水輪機不需復(fù)雜的調(diào)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(zhuǎn)換。

本實用新型通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

多葉水輪機，包括組成水輪機的蝸殼、轉(zhuǎn)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(zhuǎn)輪徑向外周設(shè)置有噴嘴環(huán)，噴嘴環(huán)有均勻間隔設(shè)置的噴射液流驅(qū)動轉(zhuǎn)輪的噴孔。

所述轉(zhuǎn)輪圓周上有均勻間隔設(shè)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(jié)構(gòu)相同的弧面柱體和軸向設(shè)置的固定軸構(gòu)成；所述弧面柱體由軸向設(shè)置的內(nèi)弧面、外弧面和平面構(gòu)成，固定軸位于內(nèi)弧面底部和外弧面底部之間；內(nèi)弧面和外弧面均為圓弧且弧面方向同向設(shè)置，內(nèi)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(cè)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(gòu)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(zhuǎn)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。

本實用新型多葉水輪機運行時，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(zhuǎn)輪前的較為均勻的流場分布；高速液流通過轉(zhuǎn)輪不僅主要轉(zhuǎn)換液流的動能，還轉(zhuǎn)換液流的一部分勢能；然后從轉(zhuǎn)輪的葉片出流通過再通過底環(huán)的擴散流道流入泄水管。

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

本實用新型轉(zhuǎn)輪葉片采用橫截面結(jié)構(gòu)相同的弧面柱體和軸向設(shè)置的固定軸構(gòu)成。這種圓弧-直線橫截面的直紋面結(jié)構(gòu)，相對于具有雕塑曲面，加工工藝復(fù)雜的現(xiàn)有葉片，其結(jié)構(gòu)大為簡化、容易加工，使得設(shè)計制造更簡化，生產(chǎn)成本低。

本實用新型的轉(zhuǎn)輪屬于葉片等高的徑流式轉(zhuǎn)輪，等高的直紋面葉片在轉(zhuǎn)輪分布圓按給定的葉片安放角沿周向均勻間隔設(shè)置。由于轉(zhuǎn)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(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(nèi)弧面圓弧兩端連線與轉(zhuǎn)輪徑向線的夾角，所述轉(zhuǎn)輪徑向線是通過轉(zhuǎn)輪圓心與葉片內(nèi)弧面圓弧內(nèi)側(cè)端的連線。

經(jīng)檢測，根據(jù)不同轉(zhuǎn)速下“流量-輸出軸功率”關(guān)系曲線、不同流量下“轉(zhuǎn)速-輸出軸功率”曲線，本實用新型的多葉水輪機在一定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，水輪機出力與流量基本上為線性關(guān)系。