[發(fā)明專利]適于枯水期運行的混流式轉(zhuǎn)輪及配備該轉(zhuǎn)輪的水輪機

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410494941.5
• 申請日: 2014-09-24
• 公開（公告）號: CN104481776A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 彭忠年;陳銳;薛鵬;王鑫;田婭娟;莫為澤;陸力;馬素萍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國水利水電科學(xué)研究院
• 主分類號: F03B3/12
• 分類號: F03B3/12
• 代理公司: 北京金之橋知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11137
• 代理人: 林建軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種適于徑流式水電站枯水期運行的混流式轉(zhuǎn)輪，還涉及一種安裝有該轉(zhuǎn)輪的混流式水輪機。

背景技術(shù)

經(jīng)過長期的技術(shù)發(fā)展，混流式水輪機已基本定型。由于混流式水輪機結(jié)構(gòu)緊湊，技術(shù)成熟，效率較高，能適應(yīng)很寬的水頭范圍，是目前運用最廣泛的一種水輪機。

水輪機是根據(jù)電站的水力參數(shù)進行選型設(shè)計，結(jié)合工程總體布置和水輪機的水力特性，按照技術(shù)先進、經(jīng)濟合理的原則，選擇和確定水輪機的技術(shù)參數(shù)。設(shè)計單位流量一般在綜合特性曲線上最優(yōu)效率與5％出力限制線之間的范圍內(nèi)選取(通常接近5％出力限制線)，以滿足額定出力和負(fù)荷性質(zhì)。由于混流式水輪機轉(zhuǎn)輪葉片不可調(diào)節(jié)，對于一個經(jīng)選型確定的轉(zhuǎn)輪，只能在一定的流量范圍與水頭范圍內(nèi)高效、安全穩(wěn)定運行。

在許多中小型徑流式水電站中，由于受各種條件的限制，無調(diào)節(jié)水庫，只能以水定電。汛期徑流量占全年的比例較大，機組通常按汛期水力參數(shù)選型。枯水期河道來流量較小，電站往往不能滿負(fù)荷運行。當(dāng)來水流量小于單臺水輪機的正常運行流量(為額定流量的70％以下)時，一種情況是讓機組在偏離設(shè)計工況的小負(fù)荷區(qū)域運行，不僅效率大幅降低，水力資源得不到充分利用，時常還會引起機組振動，存在安全隱患；另一種情況是由于偏離設(shè)計工況太多帶來機組振動等安全問題，只能停機棄水，白白浪費水力資源。

為了解決徑流式水電站枯水期的水力資源不能高效利用問題，傳統(tǒng)的方法是根據(jù)枯水期的水力參數(shù)，再增加一臺小容量水輪發(fā)電機組，與原有機組配合運行。增加小容量機組需要對原廠房和引水管路等設(shè)施進行改造，不僅投資大，建設(shè)周期長，不確定因素多，而且對電站的正常生產(chǎn)和管理維護也會造成影響。

為了克服混流式水輪機在遠離最優(yōu)工況區(qū)域運行時存在的低效與振動等問題，目前市場上也出現(xiàn)了一些將轉(zhuǎn)輪上的葉片設(shè)計成長短兩種或三種甚至更多種葉片，如中國專利號CN201210524652.6的發(fā)明專利，公告日為2013年5月22日，公開了混流式水輪機反向S型長短葉片轉(zhuǎn)輪，此種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)輪是將若干個連接在上冠和下環(huán)之間的葉片設(shè)計成長葉片和短葉片兩種結(jié)構(gòu)；另外，如中國專利號201310704054.1的發(fā)明專利，公告日為2014年04月02日，公開了一種混流式水泵水輪機，此種結(jié)構(gòu)的水輪機是將安裝在蝸殼內(nèi)中部的轉(zhuǎn)輪中，將位于上冠和下環(huán)之間的葉片設(shè)計成每組葉片由一個長葉片、一個中長葉片和兩個短葉片組成，即將葉片設(shè)計為長中短三種葉片。前者通過改變轉(zhuǎn)輪葉片在空間的形狀力爭擴大混流式水輪機的高效運行范圍，后者通過采用長、中、短三種葉片的組合方式盡可能降低混流式水泵水輪機在特點“S”區(qū)的渦強度。二者的理念都是基于以長期運行工況高效為主、兼顧改善短期運行工況性能，其優(yōu)點是不需更換轉(zhuǎn)輪，缺點是兼顧的范圍十分有限，不適于枯水期時間長、枯水期來水流量小于豐水期額定流量70％的徑流式水電站。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種針對大大偏離設(shè)計工況的情況以及在不改變其他任何已安裝的水輪機部件的適于枯水期運行的混流式轉(zhuǎn)輪及配備該轉(zhuǎn)輪的水輪機。

按照本發(fā)明提供的一種適于枯水期運行的混流式轉(zhuǎn)輪采用的主要技術(shù)方案為：包括上冠和下環(huán)以及設(shè)置在所述上冠和下環(huán)之間沿周向均布的多個葉片，

Qk：枯水期平均流量；

Qr：豐水期水輪機額定流量；

K：Qk與Qr之比，K＝Qk/Qr；

△βc：豐水期轉(zhuǎn)輪與枯水期轉(zhuǎn)輪下環(huán)處葉片的出口安放角的差值；

所述△βc與所述K值的關(guān)系如下表：