專利名稱：混流式水輪機反向s型轉(zhuǎn)輪的制作方法
技術領域：
混流式水輪機反向S型轉(zhuǎn)輪屬于水輪機制造領域技術。 技術背景經(jīng)過長期技術發(fā)展，混流式水輪機己基本定型，但是轉(zhuǎn) 輪的片翼型的微小改進可能對水輪機效率和穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響。近幾 年來，國內(nèi)大、中型水輪發(fā)電機組招標要求混流式水輪機轉(zhuǎn)輪在保證穩(wěn) 定性的前提下，對能量指標提出了特殊的要求。要求在小流量、大流量 和最優(yōu)工況的運行工況內(nèi)都具有高效率的性能指標，即隨流量變化仍然 保持高效率，實現(xiàn)增加機組出力，使電站獲得更大的經(jīng)濟效益。
早期的研究成果表明，較大的導葉分布圓配合水輪機葉片進水邊頭 部較大可以提高小流量和大流量運行工況的效率，但最優(yōu)效率較低。現(xiàn) 代的研究成果表明，導葉分布圓及葉片頭部較小，可以提高水輪機模型 最優(yōu)工況和大流量運行工況的效率，但是小流量運行工況的效率低。電 站要求的小流量、大流量和最優(yōu)工況的運行工況內(nèi)都具有高效率的性能 指標在目前對水輪機的認識上是矛盾的。現(xiàn)有的混流式轉(zhuǎn)輪葉片一般為 常規(guī)葉片和負傾角葉片。常規(guī)葉片俯視圖如圖2所示，其進水邊4為直 線或拋物線，最多只有一個拐點。負傾角葉片俯視圖如圖3所示，其進
水邊4為直線或拋物線，最多只有一個拐點。
發(fā)明的內(nèi)容本實用新型的目的在于公開一種混流式水輪機反向S 型轉(zhuǎn)輪。本實用新型涉及的主要部位為轉(zhuǎn)輪葉片進水邊，通過改變進水邊形狀實現(xiàn)具有更加寬廣的高效率運行范圍的同時提高穩(wěn)定性；其次為 葉片徑向長度、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。本實用新型的技術方案為 一種混流式水輪機反向S型轉(zhuǎn)輪，包 括一個上冠、 一個下環(huán)和若干個連接在上冠和下環(huán)之間的曲面葉片，每 一葉片均有一正對水輪機中、上游導流機構的進水邊和正對下游的出水 邊葉片的進水邊型線從A點到D點之間有兩個拐點，葉片的進水邊型 線有Pl、 P2兩個拐點，葉片的進水邊型線為反向"S"型；葉片的上冠 型線即葉片與上冠交線，從D點到C點之間有兩個拐點，葉片的上冠型 線有Sl、 S2兩個拐點，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點到B點之間有兩個拐點，葉片的下環(huán)型線有XI 、 X2兩個拐點，下環(huán)型線呈現(xiàn)反向"S"型。按照本實用新型，進水邊設 計合理的反S型轉(zhuǎn)輪葉片，會使混流式水輪機在以下方面獲益。 1水輪機效率
葉片進水邊型線呈反"S"型，其中下部適應小流量時來流，其中上 部適應大流量時來流，從而同時改善小流量和大流量時葉片進口的流態(tài)。 這樣才能保持進水邊頭部小，有利于提高轉(zhuǎn)輪最優(yōu)工況效率。
葉片的軸面進水邊A、 D與軸面出水邊B、 C流線弧長與公稱直徑4) 的比增大，相當于加長葉片，增加做功面積，提高能量轉(zhuǎn)化率，實現(xiàn)具 有更加寬廣的高效率運行范圍，即實現(xiàn)電站在小流量、大流量和最優(yōu)工 況的運行工況內(nèi)都具有高效率的性能指標。同時由于葉片加長，降低了 葉片表面流速，因此有助于提高機組穩(wěn)定性。
葉片的上冠型線(葉片與上冠交線)的形狀，對大流量的水輪機效率影響較大，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，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，對水輪機效率影響較 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，降低出口流速，改善轉(zhuǎn)輪內(nèi)流態(tài)。
水輪機模型試驗表明具有合理形狀的葉片進水邊型線、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，可使水輪機最優(yōu)效率提高5~10%。，并且使小流量和大流量水輪 機效率大幅度提高。
2水輪機穩(wěn)定性
實踐表明轉(zhuǎn)輪出口環(huán)量與尾水管壓力脈動，有直接的關系，是衡 量水輪機穩(wěn)定性的重要指標。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)工況時轉(zhuǎn)輪出口的環(huán)量分布，從根 本上避免能量聚集，實現(xiàn)降低尾水管內(nèi)的壓力脈動，提高機組運行的穩(wěn) 定性。

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圖1混流式水輪機反S型轉(zhuǎn)輪裝配圖
圖2混流式水輪機常規(guī)轉(zhuǎn)輪葉片俯視圖
圖3混流式水輪機負傾角轉(zhuǎn)輪葉片俯視圖
圖4混流式水輪機反S型轉(zhuǎn)輪葉片軸面示意圖
圖5混流式水輪機反S型轉(zhuǎn)輪葉片俯視圖圖6混流式水輪機反S型轉(zhuǎn)輪葉片立體圖
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型包括一個上冠1、 一個下環(huán)3和若干個連接 在上冠1和下環(huán)3之間的三維扭曲葉片2，每一葉片有一正對水輪機中、 上游導流機構的進水邊4和正對下游的出水邊5。圖4中ABCD為葉片 的軸面，4>為A點的直徑(又稱為公稱直徑)，P表示進水側(cè)，O表示 出水側(cè)，Z表示水輪機轉(zhuǎn)動中心。葉片相關點、線的定義點A為葉片進 水邊4與下環(huán)3的交點，點B為葉片出水邊5與下環(huán)3的交點，點C為 葉片出水邊5與上冠1的交點，點D為葉片進水邊4與上冠1的交點， 線AD為葉片的進水邊4，線BC為葉片的出水邊5。
葉片2的進水邊型線4從A點到D點之間有兩個拐點。圖5中兩個 拐點分別位于直線AD的兩側(cè)，以A點為起始點，從A點沿著進水邊型線 4運行，先經(jīng)過直線AD右側(cè)的一個拐點，然后經(jīng)過直線AD左側(cè)的一個拐 點，最后到達D點。在圖6中顯示葉片2的進水邊型線4有P1、 P2兩個 拐點，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點到C點之間有兩個 拐點。圖5中兩個拐點分別位于直線DC的兩側(cè)，以D為起始點，從D點 沿著葉片背面與上冠交線6運行，先經(jīng)過直線DC右側(cè)的一個拐點，然后 經(jīng)過直線DC左側(cè)的一個拐點，最后到達C點。在圖6中顯示葉片2的上 冠型線6有S1、 S2兩個拐點，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點到B點之間有兩個 拐點。圖5中兩個拐點分別位于直線AB的兩側(cè)，以A為起始點，從A點沿著葉片工作面或背面與下環(huán)交線7運行，先經(jīng)過直線AB右側(cè)的一個拐 點，然后經(jīng)過直線AB左側(cè)的一個拐點，最后到達B點。在圖6中顯示葉 片2的下環(huán)型線7有X1、 X2兩個拐點，而且略呈反"S"型。 本實用新型葉片的數(shù)量范圍1 5~17個。
權利要求1、一種混流式水輪機反向S型轉(zhuǎn)輪，包括一個上冠(1)、一個下環(huán)(3)和若干個連接在上冠(1)和下環(huán)(3)之間的曲面葉片(2)，每一葉片均有一正對水輪機中、上游導流機構的進水邊(4)和正對下游的出水邊(5)，其特征是葉片(2)的進水邊型線(4)從A點到D點之間有兩個拐點，葉片(2)的進水邊型線(4)有P1、P2兩個拐點，葉片(2)的進水邊型線(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點到C點之間有兩個拐點，葉片(2)的上冠型線(6)有S1、S2兩個拐點，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點到B點之間有兩個拐點，葉片(2)的下環(huán)型線(7)有X1、X2兩個拐點，下環(huán)型線(7)呈現(xiàn)反向“S”型。
2、 根據(jù)權利要求1所述的 一種混流式水輪機反向S型轉(zhuǎn)輪，其特 征是所述的葉片的數(shù)量范圍1 5 17個。
專利摘要本實用新型的混流式水輪機反S型轉(zhuǎn)輪，包括一個上冠、一個下環(huán)和若干個連接在該上冠和下環(huán)之間的曲面葉片。葉片進水邊呈現(xiàn)反向“S”型，改善小流量和大流量時葉片進口的流態(tài)，同時，還能保持進水邊頭部小，獲得更高的最優(yōu)效率；加長葉片，實現(xiàn)具有更加寬廣的高效率運行范圍，即實現(xiàn)電站在小流量、大流量和最優(yōu)工況的運行工況內(nèi)都具有高效率的性能指標；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)，提高機組運行的穩(wěn)定性。
文檔編號F03B3/12GK201255070SQ20082009075
公開日2009年6月10日 申請日期2008年8月28日 優(yōu)先權日2008年8月28日
發(fā)明者劉萬江, 覃大清, 魏顯著 申請人:哈爾濱電機廠有限責任公司