[發明專利]一種軸流式對旋魚友好型透平裝置

在審

• 申請號: 201811558518.1
• 申請日: 2018-12-19
• 公開（公告）號: CN109505724A
• 公開（公告）日: 2019-03-22
• 發明（設計）人: 朱榮生;李揚;王秀禮;司翔宇;張國玉
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: F03B13/00
• 分類號: F03B13/00;F03B11/00;F03B3/04;F03B3/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于流體機械領域，公開了一種軸流式對旋魚友好型透平裝置，該透平裝置充分利用內外雙轉子對轉永磁同步電機轉子鐵心利用率高、功率密度高、結構緊湊等優點，將傳統的單轉輪機組設計為雙轉子對旋的結構，雙轉輪葉片進行魚友好設計，不僅有效地減小了機組振動，而且在保證水輪機高效運行的條件下提高了水泵工況的揚程，并且改善了反向流動的性能；由于正反向水泵工況轉速相對較高，通過變頻器降低泵進口轉輪的轉速來降低魚類死亡率，相較于傳統的燈泡貫流式水輪發電機組，既保護了生態環境，又提高了水能綜合利用。

技術領域

本發明屬于流體機械領域，特別涉及一種軸流式對旋魚友好型透平裝置。

背景技術

能源是一個國家國民經濟發展的基礎和前提。低碳、清潔、可持續的新型能源已成為社會發展的必然要求，隨著煤、石油等化石類能源的越來越少，火電的比重將會漸漸減少。那么取而代之的將是無能耗和無污染的新能源發電，水力發電因為其蘊藏量和可行性，必將成為新能源發電中最大的一塊。

常用的貫流式水泵水輪機由于其轉輪直徑較大，江湖里有大量魚類生物通過發電機組時生命都受到嚴重威脅，水力發電機是水力發電的重要部分，水力發電機的合理高效利用將是水力發電的關鍵性技術，現在的水力發電機都是單個葉輪結構，水能利用率較低，如做成雙葉輪對轉結構，可實現水能二次利用，而且通多雙轉輪設計，可以有效地較少魚類死亡率，隨著雙轉子電機的研制以及應用使得雙葉輪對轉結構式發電機組成為可能。區別于潮汐電站上傳統的發電機組，兩個轉輪同時對向旋轉時就產生兩個相反的單邊扭矩，當電機功率分配合理，兩個扭矩就可以完全抵消。采用特殊結構的內外雙轉子對轉永磁同步電機，其與同功率的傳統電機相比具有轉子鐵心利用率高、功率密度高、結構緊湊等優點。

現有技術中專利公開號為CN105626573A的一種基于魚存活率預測的魚類友好型軸流泵，該發明提供了一種基于魚存活率預測的魚類友好型軸流泵的設計方法，采用數學模型預測泵設計參數與魚類通過存活率之間的關系，并由此指導軸流泵的魚類友好型設計。數學模型主要包括葉片前緣撞擊概率及撞擊死亡率，撞擊概率為魚類通過葉片前緣處過流斷面的時間與葉輪轉過一個葉片距所需時間的比值，撞擊死亡率與撞擊速度、魚類長度和葉片前緣厚度有關，撞擊速度取垂直前緣的速度分量，該發明有效地提高魚類通過大中型軸流泵的存活率，避免魚類損傷和死亡，但是該發明沒有減小魚類進入旋轉機械的概率，在轉輪較高速運轉的情況下魚類依然損傷較大。

現有技術中專利公開號為CN106015013A的一種魚友好軸空軸流泵，該去掉傳統軸流泵的軸結構，原來軸、葉輪和導葉結構被軸空軸流葉輪機構、軸空導葉機構取代，整個軸空軸流葉輪機構通過外置皮帶輪帶動其旋轉，葉輪和導葉的輪毅部分為中空的，不但增加了液體的過流面積,且給魚等河海類生物經過軸流泵留了一條通道，在軸空軸流葉輪機構前安裝仿錐面形漏網,當軸流泵工作時,魚類在液體的帶動下，錐面形漏網起到了保護作用，使其從葉輪和導葉的輪轂軸空部分通過，保證了魚等河海類生物的生命安全，但是該發明使得機組結構變得復雜龐大，在發電工況下會損失太多能量，并不適用于多工況透平機械。

發明內容

針對目前國內外應用較多的單葉輪貫流式水輪機普遍存在的反向效率較低的問題以及提高水電站魚類存活率，本發明提供了一種軸流式對旋魚友好型透平裝置。本發明采用雙轉子對稱結構設計，通過中間對轉永磁電機實現雙轉子對向旋轉，有效地避免了傳統導葉與葉輪干涉的問題，將傳統S型翼型葉片改型設計，有效地提高了魚類存活率；此外，對旋雙轉子結構在滿足水輪機高效運行的條件下還提高了水泵工況的揚程，雙轉子電機還具有轉子鐵心利用率高、功率密度高、結構緊湊等優點，外側線圈共用一個線端，不光節約了材料，還減小了轉動慣量。本發明設計合理，對旋雙轉輪運行穩定，軸向扭矩小，而且內外雙轉子對轉永磁同步電機體積小、振動小。

本發明通過以下技術方案實現的：