一種利用潮汐發(fā)電的雙向貫流式水輪的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用潮汐發(fā)電的雙向貫流式水輪機，它包括正向進水流道、豎井、支撐架、雙向發(fā)電轉(zhuǎn)輪、反向進水流道、發(fā)電機和增速器，其特征在于還包括前置等寬活動導葉和后置等寬活動導葉；前置等寬活動導葉設(shè)置在正向進水流道和雙向發(fā)電轉(zhuǎn)輪之間；后置等寬活動導葉設(shè)置在雙向發(fā)電轉(zhuǎn)輪與反向進水流道之間；正向進水流道為正向橢圓形截面，其短軸與長軸之比為黃金分割比；反向進水流道為反向橢圓形截面，其短軸與長軸之比為黃金分割比。本發(fā)明采用橢圓形水流道和前后對稱等寬活動導葉雙重措施，大大提高了水輪機運行效能的復(fù)合功效，使得發(fā)電機組發(fā)電的總效率顯著提高，適用于替代各種低水頭潮汐電站的貫流式水輪機。
【專利說明】一種利用潮汐發(fā)電的雙向貫流式水輪機
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明屬于流體機械及水電工程設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種利用潮汐發(fā)電的雙向貫流式水輪機。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]隨著我國水電資源的大規(guī)模開發(fā)，屬于經(jīng)濟指標好的中、高水頭站點已經(jīng)越來越少，隨之開發(fā)低水頭徑流式電站特別是對潮汐能的開發(fā)利用已成為研究的熱點并進入實用性階段。公知的貫流式水輪機因其過流量大、轉(zhuǎn)速高和效率高，且高效區(qū)寬、結(jié)構(gòu)緊湊和布置簡單等優(yōu)點而成為低水頭水能資源開發(fā)中的一種最經(jīng)濟和適宜的水輪機型式，如何利用這些優(yōu)點開發(fā)出一種能夠應(yīng)用于潮汐電站的、高效的低水頭、大流量雙向豎井貫流式機組具有重大意義。
[0005]中國專利申請201110363608.7公開了一種“大型豎井貫流式水輪發(fā)電機組”，該裝置是在混凝土豎井的兩側(cè)分別設(shè)置繞過豎井的水流流道，豎井的橫截面呈流線型，水流在水輪機的活動導葉處匯合后進入水輪機的轉(zhuǎn)輪室。但該裝置流道采用矩形截面，從進口截面到導葉進口截面為方圓過渡，在三維仿真建模及制造過程中都較復(fù)雜，實際應(yīng)用效果也不佳。
[0006]公知技術(shù)還顯示，現(xiàn)有雙向潮汐發(fā)電電站大多采用活動導葉為前置導葉的結(jié)構(gòu)。如中國專利申請201210511304.5公開了一種“低水頭豎井貫流雙向高效水輪機轉(zhuǎn)輪及其機電裝置和配套流道”，該裝置包括流道和機電部分，所述流道部分主要包括進水段、豎井段、導葉段、轉(zhuǎn)輪段和尾水管段；所述機電部分主要包括發(fā)電機、增速器、活動導葉、主軸和水輪機。該裝置采用前置活動導葉的結(jié)構(gòu)，雖然可通過調(diào)節(jié)活動導葉和葉片的配合角度，產(chǎn)生較好的正向發(fā)電的水力性能，但在反向發(fā)電時，因沒有后置活動導葉，水流在進入轉(zhuǎn)輪前沒有形成一定的環(huán)量，不能與葉片較好地配合，導致反向發(fā)電水力性能較差。
[0007]楊春霞發(fā)表的論文“采用單側(cè)-雙側(cè)活動導葉的潮汐機組雙向發(fā)電性能研究(Bidirectional Power Performance of a Tidal Unit with Unilateral and DoubleGuide Vanes)”,研究了采用單側(cè)與雙側(cè)活動導葉兩種不同形式導葉對貫流式潮汝機組水力性能的影響，當采用雙側(cè)活動導葉時，其正向發(fā)電效率為85.81%、反向發(fā)電效率為80.66%，正向和反向發(fā)電的總效率優(yōu)于采用單側(cè)活動導葉形式；雖然采用雙側(cè)活動導葉可提高發(fā)電效率，但同時還存在如下不足:當正向或反向發(fā)電時，水流經(jīng)出水導葉進入出水流道后將產(chǎn)生漩渦，既導致正向發(fā)電效率降低，又影響反向發(fā)電效率提高。
[0008] 針對雙向潮汐發(fā)電機組運行工況復(fù)雜，要求正向水輪機工況和反向水輪機工況都要具備較高的效率，才能保證發(fā)電機組總體運行效能達到最高，而現(xiàn)有的水力設(shè)計方法尚達不到最大的發(fā)電量。如何克服現(xiàn)有技術(shù)的不足已成為當今流體機械及水電工程設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】中亟待解決的重點難題之一。
[0009]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種利用潮汐發(fā)電的雙向貫流式水輪機，本發(fā)明采用橢圓形流道和前后對稱等寬活動導葉，能夠提高發(fā)電機組發(fā)電的總效率，適用于替代各種低水頭潮汐電站的貫流式水輪機。
[0011]根據(jù)本發(fā)明提出的一種利用潮汐發(fā)電的雙向貫流式水輪機，它包括正向進水流道、豎井、支撐架、雙向發(fā)電轉(zhuǎn)輪、反向進水流道、發(fā)電機和增速器，其中:發(fā)電機與雙向發(fā)電轉(zhuǎn)輪通過增速器連接；發(fā)電機和增速器置于豎井中；其特征在于還包括前置等寬活動導葉和后置等寬活動導葉；該前置等寬活動導葉設(shè)置在正向進水流道和雙向發(fā)電轉(zhuǎn)輪之間；該后置等寬活動導葉設(shè)置在雙向發(fā)電轉(zhuǎn)輪與反向進水流道之間；所述前置等寬活動導葉和后置等寬活動導葉的縱向截面均為兩端流線尖翼形，對稱地布置在雙向發(fā)電轉(zhuǎn)輪兩側(cè)，各導葉兩端為球面結(jié)構(gòu)，各導葉內(nèi)球面與外球面扭曲角度為10° ^15° ;所述前置等寬活動導葉和后置等寬活動導葉設(shè)置的導葉轉(zhuǎn)動中心線與機組轉(zhuǎn)動中心線之間的夾角Θ為80°，各導葉構(gòu)成的封水面與機組轉(zhuǎn)動中心線呈懸空交叉分布，各導葉中間截面型線上20個點在直角坐標系中的坐標如下表1:
【權(quán)利要求】
1.一種利用潮汐發(fā)電的雙向貫流式水輪機，它包括正向進水流道(I)、豎井(2)、支撐架(5)、雙向發(fā)電轉(zhuǎn)輪(7)、反向進水流道(9)、發(fā)電機(3)和增速器(4)，其中:發(fā)電機(3)與雙向發(fā)電轉(zhuǎn)輪(7)通過增速器(4)連接；發(fā)電機(3)和增速器(4)置于豎井(2)中；其特征在于還包括前置等寬活動導葉(6)和后置等寬活動導葉(8);該前置等寬活動導葉(6)設(shè)置在正向進水流道(I)和雙向發(fā)電轉(zhuǎn)輪(7)之間；該后置等寬活動導葉(8)設(shè)置在雙向發(fā)電轉(zhuǎn)輪(7)與反向進水流道(9)之間；所述前置等寬活動導葉(6)和后置等寬活動導葉(8)的縱向截面均為兩端流線尖翼形，對稱地布置在雙向發(fā)電轉(zhuǎn)輪(7)兩側(cè)，各導葉兩端為球面結(jié)構(gòu)，各導葉內(nèi)球面與外球面扭曲角度為10°~15° ;所述前置等寬活動導葉(6)和后置等寬活動導葉(8)設(shè)置的導葉轉(zhuǎn)動中心線(12)與機組轉(zhuǎn)動中心線(19)之間的夾角Θ為80°，各導葉構(gòu)成的封水面與機組轉(zhuǎn)動中心線(19)呈懸空交叉分布，各導葉中間截面型線上20個點在直角坐標系中的坐標如下表1:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用潮汐發(fā)電的雙向貫流式水輪機，其特征在于前置等寬活動導葉(6)和后置等寬活動導葉(8)對稱設(shè)置在轉(zhuǎn)輪兩側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用潮汐發(fā)電的雙向貫流式水輪機，其特征在于前置等寬活動導葉(6)和后置等寬活動導葉(8)設(shè)置的導葉轉(zhuǎn)動中心線(12)與機組轉(zhuǎn)動中心線(19)之間的夾角Θ為80° ,前置等寬活動導葉(6)和后置等寬活動導葉(8)構(gòu)成的封水面與機組轉(zhuǎn)動中心線(19)呈懸空交叉分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用潮汐發(fā)電的雙向貫流式水輪機，其特征在于所述前置等寬活動導葉(6)與后置等寬活動導葉(8)的兩端寬度相等。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用潮汐發(fā)電的雙向貫流式水輪機，其特征在于前置等寬活動導葉(6)和后置等寬活動導葉(8)分別沿周向均勻?qū)ΨQ分布設(shè)置，其數(shù)量各為10片、12片或14片。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4和5所述的一種利用潮汐發(fā)電的雙向貫流式水輪機，其特征在于前置等寬活動導葉(6)和后置等寬活動導葉(8)對水流流量和水流方向進行控制，當正向發(fā)電時，后置等寬活動導葉(8)角度為保持全開狀態(tài)；當反向發(fā)電時，前置等寬活動導葉(6)角度為保持全開狀態(tài)，前置等寬活動導葉(6)或后置等寬活動導葉(8)從導葉全開狀態(tài)(13)至導葉全關(guān)狀態(tài)(14)的角度為88°。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用潮汐發(fā)電的雙向貫流式水輪機，其特征在于豎井(2)的橫截面 呈流線型。
【文檔編號】F03B3/18GK103742351SQ201310738718
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】楊春霞, 張玉全, 鄭源, 朱延濤, 闞闞 申請人:河海大學, 南京河?？萍加邢薰?br>