專(zhuān)利名稱(chēng)：混流式水輪機(jī)反向s型轉(zhuǎn)輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
混流式水輪機(jī)反向S型轉(zhuǎn)輪屬于水輪機(jī)制造領(lǐng)域技術(shù)。 技術(shù)背景經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期技術(shù)發(fā)展，混流式水輪機(jī)已基本定型，但是轉(zhuǎn) 輪的片翼型的微小改進(jìn)可能對(duì)水輪機(jī)效率和穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響。近幾 年來(lái)，國(guó)內(nèi)大、中型水輪發(fā)電機(jī)組招標(biāo)要求混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪在保證穩(wěn) 定性的前提下，對(duì)能量指標(biāo)提出了特殊的要求。要求在小流量、大流量 和最優(yōu)工況的運(yùn)行工況內(nèi)都具有高效率的性能指標(biāo)，即隨流量變化仍然 保持高效率，實(shí)現(xiàn)增加機(jī)組出力，使電站獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。
早期的研究成果表明，較大的導(dǎo)葉分布圓配合水輪機(jī)葉片進(jìn)水邊頭 部較大可以提高小流量和大流量運(yùn)行工況的效率，但最優(yōu)效率較低?，F(xiàn) 代的研究成果表明，導(dǎo)葉分布圓及葉片頭部較小，可以提高水輪機(jī)模型 最優(yōu)工況和大流量運(yùn)行工況的效率，但是小流量運(yùn)行工況的效率低。電 站要求的小流量、大流量和最優(yōu)工況的運(yùn)行工況內(nèi)都具有高效率的性能 指標(biāo)在目前對(duì)水輪機(jī)的認(rèn)識(shí)上是矛盾的。現(xiàn)有的混流式轉(zhuǎn)輪葉片一般為 常規(guī)葉片和負(fù)傾角葉片。常規(guī)葉片俯視圖如圖2所示，其進(jìn)水邊4為直 線或拋物線，最多只有一個(gè)拐點(diǎn)。負(fù)傾角葉片俯視圖如圖3所示，其進(jìn) 水邊4為直線或拋物線，最多只有一個(gè)拐點(diǎn)。
發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明的目的在于公開(kāi)一種混流式水輪機(jī)反向S型轉(zhuǎn) 輪。本發(fā)明涉及的主要部位為轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)水邊，通過(guò)改變進(jìn)水邊形狀實(shí)
現(xiàn)具有更加寬廣的高效率運(yùn)行范圍的同時(shí)提高穩(wěn)定性；其次為葉片徑 向長(zhǎng)度、特殊的葉片的上冠型線(葉片與上冠交線)的形狀和特殊的 葉片的下環(huán)型線(葉片與下環(huán)交線)的形狀，提高轉(zhuǎn)輪的效率和穩(wěn)定 性。本發(fā)明的技術(shù)方案為 一種混流式水輪機(jī)反向S型轉(zhuǎn)輪，包括一 個(gè)上冠、 一個(gè)下環(huán)和若干個(gè)連接在上冠和下環(huán)之間的曲面葉片，每一 葉片均有一正對(duì)水輪機(jī)中、上游導(dǎo)流機(jī)構(gòu)的進(jìn)水邊和正對(duì)下游的出水 邊葉片的進(jìn)水邊型線從A點(diǎn)到D點(diǎn)之間有兩個(gè)拐點(diǎn)，葉片的進(jìn)水 邊型線有Pl、 P2兩個(gè)拐點(diǎn)，葉片的進(jìn)水邊型線為反向"S"型；葉 片的上冠型線即葉片與上冠交線，從D點(diǎn)到C點(diǎn)之間有兩個(gè)拐點(diǎn)， 葉片的上冠型線有Sl、 S2兩個(gè)拐點(diǎn)，上冠型線呈現(xiàn)反向"S"型； 葉片的下環(huán)型線即葉片與下環(huán)交線，從A點(diǎn)到B點(diǎn)之間有兩個(gè)拐點(diǎn)， 葉片的下環(huán)型線有X1、X2兩個(gè)拐點(diǎn)，下環(huán)型線呈現(xiàn)反向"S"型；葉 片的軸面進(jìn)水邊A、 D與軸面出水邊B、 C流線弧長(zhǎng)與公稱(chēng)直徑4>的 比，即弧長(zhǎng)AB/4)大于等于4in/。、弧長(zhǎng)CD/小大于等于48yo，而且弧 長(zhǎng)CD大于弧長(zhǎng)AB。
按照本發(fā)明，進(jìn)水邊設(shè)計(jì)合理的反S型轉(zhuǎn)輪葉片，會(huì)使混流式水輪 機(jī)在以下方面獲益。
1水輪機(jī)效率
葉片進(jìn)水邊型線呈反"S"型，其中下部適應(yīng)小流量時(shí)來(lái)流，其中上 部適應(yīng)大流量時(shí)來(lái)流，從而同時(shí)改善小流量和大流量時(shí)葉片進(jìn)口的流態(tài)。 這樣才能保持進(jìn)水邊頭部小，有利于提高轉(zhuǎn)輪最優(yōu)工況效率。
葉片的軸面進(jìn)水邊A、 D與軸面出水邊B、 C流線弧長(zhǎng)與公稱(chēng)直徑cl)的比增大，相當(dāng)于加長(zhǎng)葉片，增加做功面積，提高能量轉(zhuǎn)化率，實(shí)現(xiàn)具 有更加寬廣的高效率運(yùn)行范圍，即實(shí)現(xiàn)電站在小流量、大流量和最優(yōu)工 況的運(yùn)行工況內(nèi)都具有高效率的性能指標(biāo)。同時(shí)由于葉片加長(zhǎng)，降低了 葉片表面流速，因此有助于提高機(jī)組穩(wěn)定性。
葉片的上冠型線(葉片與上冠交線)的形狀，對(duì)大流量的水輪機(jī)效 率影響較大，增加了上冠附近葉片壓力面和吸力面的壓差，有利于轉(zhuǎn)輪 效率的提高。同時(shí)，降低出口流速，改善轉(zhuǎn)輪內(nèi)流態(tài)。
葉片的下環(huán)型線(葉片與下環(huán)交線)的形狀，對(duì)水輪機(jī)效率影響較 大，增加了下環(huán)附近葉片壓力面和吸力面的壓差，有利于轉(zhuǎn)輪效率的提 高。同時(shí)，降低出口流速，改善轉(zhuǎn)輪內(nèi)流態(tài)。
水輪機(jī)模型試驗(yàn)表明具有合理形狀的葉片進(jìn)水邊型線、葉片的上 冠型線(葉片與上冠交線)和葉片的下環(huán)型線(葉片與下環(huán)交線)的反S 型葉片，可使水輪機(jī)最優(yōu)效率提高5~10%。，并且使小流量和大流量水輪 機(jī)效率大幅度提高。
2水輪機(jī)穩(wěn)定性
實(shí)踐表明轉(zhuǎn)輪出口環(huán)量與尾水管壓力脈動(dòng)，有直接的關(guān)系，是衡 量水輪機(jī)穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。葉片的上冠型線(葉片與上冠交線)的形 狀和特殊的葉片的下環(huán)型線(葉片與下環(huán)交線)的形狀改變，使出水邊 形狀隨之改變，從而控制在偏離最優(yōu)工況時(shí)轉(zhuǎn)輪出口的環(huán)量分布，從根 本上避免能量聚集，實(shí)現(xiàn)降低尾水管內(nèi)的壓力脈動(dòng)，提高機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn) 定性。


圖1混流式水輪機(jī)反s型轉(zhuǎn)輪裝配圖
圖2混流式水輪機(jī)常規(guī)轉(zhuǎn)輪葉片俯視圖
圖3混流式水輪機(jī)負(fù)傾角轉(zhuǎn)輪葉片俯視圖
圖4混流式水輪機(jī)反S型轉(zhuǎn)輪葉片軸面示意圖
圖5混流式水輪機(jī)反S型轉(zhuǎn)輪葉片俯視圖
圖6混流式水輪機(jī)反S型轉(zhuǎn)輪葉片立體圖
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明包括一個(gè)上冠1、 一個(gè)下環(huán)3和若干個(gè)連接在上 冠1和下環(huán)3之間的三維扭曲葉片2，每一葉片有一正對(duì)水輪機(jī)中、上游 導(dǎo)流機(jī)構(gòu)的進(jìn)水邊4和正對(duì)下游的出水邊5。圖4中ABCD為葉片的軸 面，小為A點(diǎn)的直徑(又稱(chēng)為公稱(chēng)直徑)，P表示進(jìn)水側(cè)，O表示出水 側(cè)，Z表示水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)中心。葉片相關(guān)點(diǎn)、線的定義點(diǎn)A為葉片進(jìn)水邊 4與下環(huán)3的交點(diǎn)，點(diǎn)B為葉片出水邊5與下環(huán)3的交點(diǎn)，點(diǎn)C為葉片 出水邊5與上冠1的交點(diǎn)，點(diǎn)D為葉片進(jìn)水邊4與上冠1的交點(diǎn)，線AD 為葉片的進(jìn)水邊4，線BC為葉片的出水邊5。
葉片2的進(jìn)水邊型線4從A點(diǎn)到D點(diǎn)之間有兩個(gè)拐點(diǎn)。圖5中兩個(gè) 拐點(diǎn)分別位于直線AD的兩側(cè)，以A點(diǎn)為起始點(diǎn)，從A點(diǎn)沿著進(jìn)水邊型線 4運(yùn)行，先經(jīng)過(guò)直線AD右側(cè)的一個(gè)拐點(diǎn)，然后經(jīng)過(guò)直線AD左側(cè)的一個(gè)拐 點(diǎn)，最后到達(dá)D點(diǎn)。在圖6中顯示葉片2的進(jìn)水邊型線4有P1、 P2兩個(gè) 拐點(diǎn)，而且呈明顯的反"S"型；
葉片2的上冠型線6 (葉片與上冠交線)從D點(diǎn)到C點(diǎn)之間有兩個(gè) 拐點(diǎn)。圖5中兩個(gè)拐點(diǎn)分別位于直線DC的兩側(cè)，以D為起始點(diǎn)，從D點(diǎn)
沿著葉片背面與上冠交線6運(yùn)行，先經(jīng)過(guò)直線DC右側(cè)的一個(gè)拐點(diǎn)，然后 經(jīng)過(guò)直線DC左側(cè)的一個(gè)拐點(diǎn)，最后到達(dá)C點(diǎn)。在圖6中顯示葉片2的上 冠型線6有S1、 S2兩個(gè)拐點(diǎn)，而且略呈反"S"型；
葉片2的下環(huán)型線7 (葉片與下環(huán)交線)從A點(diǎn)到B點(diǎn)之間有兩個(gè) 拐點(diǎn)。圖5中兩個(gè)拐點(diǎn)分別位于直線AB的兩側(cè)，以A為起始點(diǎn)，從A點(diǎn) 沿著葉片工作面或背面與下環(huán)交線7運(yùn)行，先經(jīng)過(guò)直線AB右側(cè)的一個(gè)拐 點(diǎn)，然后經(jīng)過(guò)直線AB左側(cè)的一個(gè)拐點(diǎn)，最后到達(dá)B點(diǎn)。在圖6中顯示葉 片2的下環(huán)型線7有X1、 X2兩個(gè)拐點(diǎn)，而且略呈反"S"型；
葉片2的軸面進(jìn)水邊4A、 D與軸面出水邊5B、 C流線弧長(zhǎng)與公稱(chēng)直 徑4>的比，即弧長(zhǎng)AB/4)大于等于4in/0、弧長(zhǎng)CD/4)大于等于48%，而 且弧長(zhǎng)CD大于弧長(zhǎng)AB。
本發(fā)明葉片的數(shù)量范圍15 17個(gè)。
權(quán)利要求
1、一種混流式水輪機(jī)反向S型轉(zhuǎn)輪，包括一個(gè)上冠(1)、一個(gè)下環(huán)(3)和若干個(gè)連接在上冠(1)和下環(huán)(3)之間的曲面葉片(2)，每一葉片均有一正對(duì)水輪機(jī)中、上游導(dǎo)流機(jī)構(gòu)的進(jìn)水邊(4)和正對(duì)下游的出水邊(5)，其特征是葉片(2)的進(jìn)水邊型線(4)從A點(diǎn)到D點(diǎn)之間有兩個(gè)拐點(diǎn)，葉片(2)的進(jìn)水邊型線(4)有P1、P2兩個(gè)拐點(diǎn)，顯示葉片(2)的進(jìn)水邊型線(4)為反向“S”型；葉片(2)的上冠型線(6)即葉片與上冠交線，從D點(diǎn)到C點(diǎn)之間有兩個(gè)拐點(diǎn)，葉片(2)的上冠型線(6)有S1、S2兩個(gè)拐點(diǎn)，上冠型線(6)呈現(xiàn)反向“S”型；葉片(2)的下環(huán)型線(7)即葉片與下環(huán)交線，從A點(diǎn)到B點(diǎn)之間有兩個(gè)拐點(diǎn)，葉片(2)的下環(huán)型線(7)有X1、X2兩個(gè)拐點(diǎn)，下環(huán)型線(7)呈現(xiàn)反向“S”型；葉片(2)的軸面進(jìn)水邊(4)A、D與軸面出水邊(5)B、C流線弧長(zhǎng)與公稱(chēng)直徑φ的比，即弧長(zhǎng)AB/φ大于等于41％、弧長(zhǎng)CD/φ大于等于48％，而且弧長(zhǎng)CD大于弧長(zhǎng)AB。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的1、 一種混流式水輪機(jī)反向S型轉(zhuǎn)輪，其 特征是所述的葉片的數(shù)量范圍1 5 17個(gè)。
全文摘要
本發(fā)明的混流式水輪機(jī)反S型轉(zhuǎn)輪，包括一個(gè)上冠、一個(gè)下環(huán)和若干個(gè)連接在該上冠和下環(huán)之間的曲面葉片。葉片進(jìn)水邊呈現(xiàn)反向“S”型，改善小流量和大流量時(shí)葉片進(jìn)口的流態(tài)，同時(shí)，還能保持進(jìn)水邊頭部小，獲得更高的最優(yōu)效率；加長(zhǎng)葉片，實(shí)現(xiàn)具有更加寬廣的高效率運(yùn)行范圍，即實(shí)現(xiàn)電站在小流量、大流量和最優(yōu)工況的運(yùn)行工況內(nèi)都具有高效率的性能指標(biāo)；葉片的上冠型線的形狀和特殊的葉片的下環(huán)型線的形狀略呈反向“S”型，降低出口流速，改善轉(zhuǎn)輪內(nèi)流態(tài)，提高機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)F03B3/12GK101344059SQ200810137020
公開(kāi)日2009年1月14日 申請(qǐng)日期2008年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月28日
發(fā)明者劉萬(wàn)江, 覃大清, 魏顯著 申請(qǐng)人:哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司