[發(fā)明專利]一種具有抑制漩渦作用的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪及使用方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010160654.6
• 申請日: 2020-03-10
• 公開（公告）號: CN111271205A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 于安;呂舒鍵;錢朝輝;闞闞;邵煜
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號: F03B3/12
• 分類號: F03B3/12;F03B11/04;F03B15/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 王美章

本發(fā)明提出了一種具有抑制漩渦作用的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，包括上冠、下環(huán)和設(shè)置于上冠和下環(huán)之間的多個葉片；葉片呈圓周排布；葉片包括進(jìn)水邊和出水邊；上冠的下端面固定一泄水錐；泄水錐的底部端面設(shè)置一圓柱體；圓柱體的直徑與泄水錐的底部端面的直徑相同。本發(fā)明無需直接對泄水錐進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，只需在泄水錐底部安裝一圓柱體。圓柱體能有效的引導(dǎo)靠近上冠部分的水流由徑向變?yōu)檩S向，減小尾水管流態(tài)的混亂程度，減小圓周速度，從而起到減小尾水渦帶的作用。本發(fā)明還提出了一種具有抑制漩渦作用的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的使用方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪改造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有抑制漩渦作用的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪及使用方法。

背景技術(shù)

水輪機(jī)是把水流的動能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的動力機(jī)械，屬于流體機(jī)械中的透平機(jī)械。現(xiàn)代水輪機(jī)大多數(shù)安裝在水電站內(nèi)，用來驅(qū)動發(fā)電設(shè)備。水輪機(jī)按工作原理可分為沖擊式水輪機(jī)和反擊式水輪機(jī)兩大類。其中反擊式水輪機(jī)都設(shè)有尾水管，尾水管往往設(shè)計成一種管徑橫截面面積由小增大的彎管，轉(zhuǎn)輪出口處的水流經(jīng)過這樣的一種彎管時，流速下降，壓力升高，形成逆壓力場，即形成渦帶，因此尾水管又叫做擴(kuò)壓管，其作用是：把轉(zhuǎn)輪出口處的水流排向下游；回收轉(zhuǎn)輪出口處一部分水流的能量，充分利用水流的位能。在實際運(yùn)用中我們希望尾水管中水流的流動盡可能平穩(wěn)，擴(kuò)壓效果盡可能好。鑒于水輪機(jī)尾水管的渦帶，水輪機(jī)運(yùn)行在小流量工況時，在轉(zhuǎn)輪下游出現(xiàn)與轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)向相同的旋渦流動，進(jìn)而誘發(fā)正向偏心渦帶（稱小流量渦帶）；運(yùn)行在大流量工況時，在轉(zhuǎn)輪下游出現(xiàn)與轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)向相反的旋渦流動，形成柱狀渦帶（稱大流量渦帶）。此外，渦帶通常演化形成空化渦帶引起劇烈的水力激振，嚴(yán)重影響水電站機(jī)組的安全運(yùn)行與穩(wěn)定性。為了緩解水輪機(jī)尾水管漩渦流動引發(fā)的壓力脈動，工程上可采取一系列措施。這些措施主要包括以下三個方面：1）如CN201133321、CN1530538、CN1499073等專利是通過轉(zhuǎn)輪優(yōu)化擴(kuò)寬穩(wěn)定運(yùn)行的范圍；2）如CN101501329、CN200975311、CN101975132A等專利是通過射流（補(bǔ)水、補(bǔ)氣等）抑制低頻脈動；3）如CN1740556、CN1702317、CN202140227U等專利是加裝穩(wěn)流裝置來破壞渦帶的結(jié)構(gòu)。

然而，現(xiàn)有技術(shù)中尚無通過出現(xiàn)結(jié)合泄水錐進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造以抑制進(jìn)尾水管渦帶抑制的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種具有抑制漩渦作用的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪及使用方法，無需直接對泄水錐進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，在小流量工況時，只需在泄水錐上安裝圓柱體，從而達(dá)到減小尾水管渦帶，緩解水輪機(jī)運(yùn)行中水力激振和空化演化的效果，進(jìn)而改善水輪機(jī)在運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性和安全性。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種具有抑制漩渦作用的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，包括上冠、下環(huán)和設(shè)置于所述上冠和下環(huán)之間的多個葉片；所述葉片呈圓周排布；所述葉片包括進(jìn)水邊和出水邊；所述上冠的下端面固定一泄水錐；所述泄水錐的底部端面設(shè)置一圓柱體；所述圓柱體的直徑與所述泄水錐的底部端面的直徑相同。

優(yōu)選地，所述圓柱體的外表面上開設(shè)阻流槽；所述阻流槽為螺旋線型。

優(yōu)選地，所述阻流槽處水流旋轉(zhuǎn)方向與葉片處水流旋轉(zhuǎn)方向相反。

優(yōu)選地，所述阻流槽起始于所述泄水錐的頂部，終止于所述泄水錐的底部；所述阻流槽的螺距相等。

優(yōu)選地，所述阻流槽的橫截面為圓弧形；所述圓弧半徑與圓柱體直徑的比值為0.05~0.2。

優(yōu)選地，所述泄水錐的高度與圓柱體的高度的比值為1~2。

優(yōu)選地，所述圓柱體可拆卸地安裝在所述泄水錐上。

本發(fā)明還提出了一種具有抑制漩渦作用的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的使用方法，基于所述具有抑制漩渦作用的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，包括以下步驟：

（1）判斷所述水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪運(yùn)行的環(huán)境；如是小流量工況，則執(zhí)行步驟（2）,；否則執(zhí)行步驟（3）；