[發明專利]用于渦輪的弗蘭西斯型轉輪及包括此類轉輪的能量轉換設備

在審

• 申請號: 201380066888.2
• 申請日: 2013-12-19
• 公開（公告）號: CN104854342A
• 公開（公告）日: 2015-08-19
• 發明（設計）人: T.德科洛貝
• 申請（專利權）人: 阿爾斯通再生能源技術公司
• 主分類號: F03B3/02
• 分類號: F03B3/02;F03B3/12
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴志軍;胡斌

技術領域

本發明涉及一種用于渦輪的弗蘭西斯型轉輪，并且涉及包括此類轉輪的能量轉換設備。

背景技術

弗蘭西斯型轉輪可配合于各種類型的液壓機器，如渦輪、泵或渦輪泵。它們包括圍繞中心旋轉軸分布的葉片，并且在它們之間限定用于水流的管。這些轉輪的葉片的幾何形狀限定為使得水流在其用于渦輪模式中時將旋轉轉矩給予轉輪。

對用于渦輪的弗蘭西斯型轉輪的恒定專注在于控制穿過這些轉輪的流動，以及針對最佳效率點和在完全和部分模式條件下對其優化。

改進弗蘭西斯型轉輪的操作的略微三角形的導葉的使用例如從US-A-4017211獲知，導葉在葉片的出口端部處固定于冠部的底部，以轉移來自葉片的出口流以消除任何旋流。該轉輪結構伴有在冠部處添加導葉，并且這些導葉可產生流動中的一定間斷，這使轉輪的結構更復雜，并且是必須單獨制造和組裝的附加元件。

從EP-A-0930432獲知的另一個解決方案在于通過在冠部附近將拐點添加至用于渦輪的弗蘭西斯型轉輪的所有葉片的后緣來修改它們。該葉片的幾何形狀使得有可能減小轉輪上的機械應力，但導致了轉輪下游的流動中的間斷。此外，該葉片結構可提出將所有葉片配合在轉輪的冠部上的問題，因為所有葉片的后緣至冠部的附接點集中到小區域中。

這些缺點在于，本發明更具體試圖通過提出一種新型的用于渦輪的弗蘭西斯型轉輪來解決，其流動在最大效率點處和在完全和部分負載狀態下得到優化，而并未添加附加構件，并且也沒有引起配合到給定空間中的特定問題。

發明內容

為此，本發明涉及一種用于渦輪的弗蘭西斯型轉輪，該轉輪包括冠部、帶和葉片，葉片的數量不是素數，其制造為一件，并且在冠部與帶之間以及在前緣與后緣之間延伸，各個后緣具有在其整個長度上面向上游的其凹面。根據本發明，圍繞轉輪的中心軸線均勻分布且數量等于葉片的總數的除數的第一葉片具有它們的后緣與冠部的附接點，其相比于第二葉片的后緣與冠部的附接點降低，而一方面定心在轉輪的中心軸線上、垂直于該軸線且穿過第一葉片的后緣與冠部的附接點的圓的半徑與另一方面定心在轉輪的中心軸線上的、垂直于該軸線且穿過同一葉片的后緣與帶的附接點的圓的半徑之間的比小于0.15。

借助于本發明，第一葉片的存在允許待在中心部分中引導的流離開轉輪的葉片，而不使用可產生間斷的附加元件。因此，流可優化，并且可發生于轉輪的出口側上的任何湍振的壓力可減小，因此改進渦輪效率。此外，轉輪由第一葉片和第二葉片構成的事實使得將葉片焊接于冠部的操作更容易。在轉輪的中心處的固體元件的比例不太大，并且這鼓勵中心部分中的水在葉片的出口側的引導。

根據本發明的有利但非強制的方面，考慮任何技術上允許的組合，此類弗蘭西斯型轉輪可并入以下特征中的一個或更多個：

一方面定心在轉輪的中心軸線上、垂直于該軸線且穿過第一葉片的后緣與冠部的附接點的圓的半徑與另一方面定心在轉輪的中心軸線上、垂直于該軸線且穿過同一葉片與帶的附接點的圓的半徑之間的比小于0.1，并且優選小于0.05。

一方面定心在轉輪的中心軸線上、垂直于該軸線且穿過第一葉片的后緣與冠部的附接點的圓的半徑與另一方面定心在轉輪的中心軸線上、垂直于該軸線且穿過第二葉片的后緣與冠部的附接點的圓的半徑之間的比小于0.75，并且優選包括在0.25到0.50之間。

后緣與所有葉片的帶的附接點位于定心在轉輪的中心軸線上且垂直于該軸線的同一圓上。

第一葉片的側表面的面積與第二葉片的側表面的面積之間的比包括在1.05到1.50之間，并且優選在1.20到1.50之間，并且更進一步優選為大約1.30。

第一葉片圍繞中心軸線的周期性高于第二葉片的周期性，并且優選至少兩倍那樣高。

葉片的總數的周期性為2π/15，并且第一葉片的數量的周期性為2π/3或2π/5。作為備選，葉片的總數的周期性為2π/12，并且第一葉片的數量的周期性為2π/3或2π/4。

本發明還涉及一種用于將液壓能轉換成電能或機械能的設備，其包括裝備有如上文提到的轉輪的渦輪。

附圖說明

從根據其原理的法拉西斯渦輪轉輪和安裝兩者的一個實施例的以下描述，本發明將更好理解并且其其它優點將變得更明顯地顯而易見，該以下描述僅經由實例給出并且參照附圖作出，在該附圖中：

圖1為根據本發明的設備的軸向截面中的示意圖；

圖2為從圖1的設備的弗蘭西斯渦輪轉輪下方的透視圖，該轉輪為根據本發明的轉輪；