一種改進的多葉片大輪體高效水輪機轉(zhuǎn)輪及其改進方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種改進的多葉片大輪體高效水輪機轉(zhuǎn)輪及其改進方法，所述改進方法具體如下：第一步，保持原水輪機室的尺寸，對水輪機其轉(zhuǎn)輪直徑按照7％～8％的比例增大，第二步，根據(jù)水輪機室的大小和效能至少增加兩葉片數(shù)量，并調(diào)整葉片角度，將所述葉片設(shè)置為頂部寬根部窄，將所述葉片背水側(cè)設(shè)置一導(dǎo)水角；在輪轂的迎水和背水兩面均設(shè)置一圓錐體盤蓋；本發(fā)明改進的多葉片大輪體高效水輪機轉(zhuǎn)輪，包括水輪機室和轉(zhuǎn)輪，所述轉(zhuǎn)輪上設(shè)置有四片以上葉片；所述葉片背水側(cè)為機翼型結(jié)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)輪其迎水面安裝有一圓錐形盤蓋；本發(fā)明的改進的多葉片大輪體高效水輪機轉(zhuǎn)輪，在降低耗水量和提高水輪機輸出功率的同時，使機組運行更平穩(wěn)，延長水輪機使用壽命。
【專利說明】
一種改進的多葉片大輪體高效水輪機轉(zhuǎn)輪及其改進方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種高效水輪機改進，具體涉及一種改進的多葉片大輪體高效水輪機轉(zhuǎn)輪及其改進方法，屬于高效水輪機改進技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]水資源作為清潔可再生資源隨全球環(huán)境的變暖和工業(yè)的不斷發(fā)展和開發(fā)的條件下，短缺現(xiàn)象已引起人類的高度重視和關(guān)切；為此，通過技術(shù)革新和對水輪機的設(shè)計和改造，達(dá)到充分利用現(xiàn)有水資源、提高水資源的利用率已成為全球水資源利用、發(fā)展的必然趨勢;為使水資源能更好地為人類的生產(chǎn)和生活服務(wù)，避免重復(fù)投資造成的環(huán)境危害、引發(fā)的系列社會問題，達(dá)到少投入多產(chǎn)出的目的，使投入和產(chǎn)出比達(dá)到最佳效果；即在降低耗水量的同時實現(xiàn)發(fā)電機的增效，實現(xiàn)低碳環(huán)保的發(fā)展理念;通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的水輪機組存在的不足如下:
[0003](I)、由于現(xiàn)有技術(shù)耗水量較大，未能充分發(fā)揮水資源的應(yīng)用價值；
[0004](2)、水輪機葉輪數(shù)量偏少和轉(zhuǎn)輪直徑較小，未占據(jù)水輪室足夠空間，運行過程吸入大量的空氣，在水流和空氣的共同作用下對葉輪產(chǎn)生較為嚴(yán)重的氣蝕現(xiàn)象，嚴(yán)重縮短了轉(zhuǎn)輪的使用壽命;導(dǎo)致轉(zhuǎn)輪維護成本增加，檢維修工作量增大，機組的利用率不能達(dá)到最大化；
[0005](3)、由于現(xiàn)有水輪機轉(zhuǎn)輪均為四葉結(jié)構(gòu);運行時:由于轉(zhuǎn)輪直徑偏小、葉輪數(shù)量相對較少和水對葉輪的作用位置不當(dāng)；使大量的水沿轉(zhuǎn)輪和葉輪縫隙漏掉，未完全作用于葉輪，從而形成水資源的浪費；且其葉輪分布角較大，機組運行時產(chǎn)生較為明顯和強烈的震動，對機組的長期穩(wěn)定安全運行帶來潛在的事故風(fēng)險，嚴(yán)重地制約了設(shè)備的安全運行和維護工作量;另外運行過程水對葉輪的作用存在的時間間隔較長，監(jiān)視測量系統(tǒng)存在一定的擺幅現(xiàn)象，對水電機組的并網(wǎng)和聯(lián)機運行造成一定的障礙，需有專業(yè)人員進行操作，費時費力；
[0006](4)、“四葉片水輪”的葉片幾何形狀不合理，導(dǎo)致葉片本體產(chǎn)生力矩?fù)p失嚴(yán)重；由于“四葉片水輪”的葉片幾何形狀缺陷，葉片數(shù)少、葉片排列角度達(dá)不到最佳角度，不能充分地利用水能，造成能量損失;最終導(dǎo)致發(fā)電機組效率變差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種改進的多葉片大輪體高效水輪機轉(zhuǎn)輪及其改進方法，在降低耗水量和提高水輪機輸出功率的同時，使機組的運行更為平穩(wěn)。
[0008]本發(fā)明的改進的多葉片大輪體高效水輪機轉(zhuǎn)輪改進方法，所述改進方法具體如下:
[0009]第一步，保持原水輪機室的尺寸，對水輪機其轉(zhuǎn)輪直徑按照7%?8 %的比例增大，使水輪機導(dǎo)葉控制流出的水流盡量地作用葉片的中和后端；
[0010]第二步，根據(jù)水輪機室的大小和效能至少增加兩葉片數(shù)量，并調(diào)整葉片角度，使葉片呈最佳迎水角度環(huán)輪轂均勻分布;將所述葉片設(shè)置為頂部寬根部窄，將所述葉片背水側(cè)設(shè)置一導(dǎo)水角;在輪轂的迎水和背水兩面均設(shè)置一圓錐體盤蓋。
[0011]進一步地，所述第二步的調(diào)整葉片角度具體為:使葉片每一點的寬度與這個點的線速度相吻合。
[0012]—種改進的多葉片大輪體高效水輪機轉(zhuǎn)輪，包括水輪機室和轉(zhuǎn)輪，所述轉(zhuǎn)輪上設(shè)置有四片以上葉片;所述葉片為頂部寬根部窄結(jié)構(gòu);所述葉片背水側(cè)為機翼型結(jié)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)輪其迎水面安裝有一圓錐形盤蓋。
[0013]進一步地，所述轉(zhuǎn)輪上設(shè)置有六片葉片。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的改進的多葉片大輪體高效水輪機轉(zhuǎn)輪，在壩區(qū)中、低水頭的軸流式和混流式水輪機的應(yīng)用優(yōu)勢極為明顯，在降低耗水量和提高水輪機輸出功率的同時，使機組的運行更為平穩(wěn)，充分地延長了水輪機的使用壽命，使裝置的利用達(dá)到最大化。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是本發(fā)明的轉(zhuǎn)輪和葉片結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖3是本發(fā)明的圓錐形盤蓋結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖4是本發(fā)明的水流量和發(fā)電量的對比試驗數(shù)據(jù)示意圖。
【具體實施方式】
[0019]葉片迎水產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩原理，是一種典型的“重心”在中間的一種“杠桿原理”；葉片頂部上的點一定是迎水產(chǎn)生力矩的值最大，而根部上的點一定是迎水產(chǎn)生力矩值最小的，葉頂處的施力是極具利用價值的;所以，設(shè)計葉片時，在條件允許的情況下，葉頂部應(yīng)設(shè)計的盡量寬一些，以便使葉片更有效地利用水能在葉頂部產(chǎn)生的力矩;為此，本發(fā)明的改進的多葉片大輪體高效水輪機轉(zhuǎn)輪改進方法，對水輪機的轉(zhuǎn)輪和葉片作如下革新:
[0020]本發(fā)明的改進的多葉片大輪體高效水輪機轉(zhuǎn)輪改進方法，所述改進方法具體如下:
[0021 ]第一步，保持原水輪機室的尺寸，對水輪機其轉(zhuǎn)輪直徑按照7 %?8 %的比例增大，使水輪機導(dǎo)葉控制流出的水流盡量地作用葉片的中和后端;實現(xiàn)在同等條件下增大水輪機輸出功率的目的；
[0022]第二步，根據(jù)水輪機室的大小和效能至少增加兩葉片數(shù)量，并調(diào)整葉片角度，使葉片呈最佳迎水角度環(huán)輪轂均勻分布;將所述葉片設(shè)置為頂部寬根部窄，將所述葉片背水側(cè)設(shè)置一導(dǎo)水角;在輪轂的迎水和背水兩面均設(shè)置一圓錐體盤蓋;背水側(cè)有一導(dǎo)水角，可很好地利用水動能;輪轂的迎水、背水兩面皆有圓錐體盤蓋;這樣的導(dǎo)水設(shè)計可很好地利用水動會K;
[0023]其中，所述第二步的調(diào)整葉片角度具體為:使葉片每一點的寬度與這個點的線速度相吻合；因葉片是繞軸旋轉(zhuǎn)的，所以距離軸心越近的點的運行軌跡周長越短，距離軸心越遠(yuǎn)的點的運行軌跡周長越長；因此，在水輪迎水旋轉(zhuǎn)時，距離軸心越近的點的線速度越低，距離軸心越遠(yuǎn)的點的線速度越高，根據(jù)這種水輪旋轉(zhuǎn)時的圓周運動特性，設(shè)計為葉片越靠近軸心處越窄，距離軸心越遠(yuǎn)處應(yīng)該越寬;達(dá)到上述的葉片每一點的寬度與這個點的線速度相吻合，而葉片頂部越寬意味著迎水面積越大其獲得的水能也將越大，水的利用率也會提尚;
[0024]由于加裝多片葉片，必然使輪轂直徑同時變大，迎水面的阻力也必然增大，因此對設(shè)備要求比較高，對軸承部位的強度也有影響，所以這種設(shè)計會帶來副作用;本發(fā)明的改進的多葉片大輪體高效水輪機轉(zhuǎn)輪改進方法通過下述方法來消除副作用帶來的不利影響:
[0025](I)、在水輪的迎水面增加一個圓錐形盤蓋設(shè)計來減小水沖擊阻力；
[0026](2)、在水輪葉的背水側(cè)采用導(dǎo)風(fēng)的機翼型結(jié)構(gòu)設(shè)計，結(jié)構(gòu)上比傳統(tǒng)葉片增加了導(dǎo)水角度提高了水能的利用；該設(shè)計使輪葉迎水面能更有效地接受水能吸收水能，而背水一面同時可以降低水的阻力，更有利于水輪轉(zhuǎn)動。
[0027]實施例1:
[0028]如圖1至圖3所示的改進的多葉片大輪體高效水輪機轉(zhuǎn)輪，包括水輪機室(未圖示)和轉(zhuǎn)輪I，所述轉(zhuǎn)輪I上設(shè)置有六片葉片2;所述葉片2為頂部寬根部窄結(jié)構(gòu);所述葉片2背水側(cè)為機翼型結(jié)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)輪I其迎水面安裝有一圓錐形盤蓋3。
[0029]本發(fā)明的改進的多葉片大輪體高效水輪機轉(zhuǎn)輪，其葉片與傳統(tǒng)水水輪葉片不同，同時保留了傳統(tǒng)水輪葉片根部窄小，頂部寬大的梯形設(shè)計的優(yōu)點，使葉片頂部更有利于受力；使在相同條件下，此種水輪葉片給水輪的轉(zhuǎn)矩更大，更有利于水輪轉(zhuǎn)動，水輪轉(zhuǎn)動速度也會平穩(wěn)提高；在此基礎(chǔ)上，新型多葉水輪葉片采用最優(yōu)設(shè)計，打破傳統(tǒng)四葉水輪設(shè)計理念，在水輪上加裝多個葉片，使多葉片水輪可以更好地利用水輪機的水能，成倍提高水能的利用率;新型水輪設(shè)計打破了傳統(tǒng)的水輪設(shè)計思路，使水輪葉片更加合理，更加符合流體動力學(xué)，因此其具有以下優(yōu)點:
[0030](I)、水輪啟動時的水流量小，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，更有利于并網(wǎng)；
[0031 ] (2)、水輪運轉(zhuǎn)扭力強勁，功率增大發(fā)電量增多；
[0032](3)、由于效率高，水輪機啟動速度快；
[0033](4)、可以水平流發(fā)電，穩(wěn)定性好，電壓、電流、功率表不波動；
[0034](5)、水能資源效率高、轉(zhuǎn)速高，節(jié)水量15%—40%;
[0035](6)、結(jié)構(gòu)簡單，由于具備以上優(yōu)點本新型多葉水輪可以利用于小、中型水力發(fā)電；
[0036](7)、水輪使用范圍廣，資源利用率高;水能轉(zhuǎn)化率高;發(fā)電功率提高1 % -30 % ;
[0037](8)、水輪運轉(zhuǎn)穩(wěn)定機組振幅明顯降低；
[0038](9)、水輪制造安裝調(diào)整簡單故障率低，水輪變角系統(tǒng)基本達(dá)到免維護；
[0039](10)、由于只改動了轉(zhuǎn)輪故:拆裝時間短而簡單，總的改造成本也很低。
[0040]實施例1的改進的多葉片大輪體高效水輪機轉(zhuǎn)輪，已成功應(yīng)用于多個發(fā)電車間，各發(fā)電組，產(chǎn)生的實際增益如下:
[0041]本發(fā)明的改進的多葉片大輪體高效水輪機轉(zhuǎn)輪，于公司發(fā)電車間進行了不同機組技改前后的對比試驗，其水流量和發(fā)電量的對比試驗數(shù)據(jù)如圖4所示，比對試驗數(shù)據(jù)說明:在采用多葉片大輪體高效水輪機轉(zhuǎn)輪后同等條件下，可充分節(jié)約水資源約17%，提高發(fā)電量10%以上。達(dá)到了節(jié)能增效、清潔環(huán)保的預(yù)期目標(biāo)和目的。
[0042]以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進行多樣的變更以及修改。本項發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。
【主權(quán)項】
1.一種改進的多葉片大輪體高效水輪機轉(zhuǎn)輪改進方法，其特征在于，所述改進方法具體如下: 第一步，保持原水輪機室的尺寸，對水輪機其轉(zhuǎn)輪直徑按照7 %?8 %的比例增大，使水輪機導(dǎo)葉控制流出的水流盡量地作用葉片的中和后端； 第二步，根據(jù)水輪機室的大小和效能至少增加兩葉片數(shù)量，并調(diào)整葉片角度，使葉片呈最佳迎水角度環(huán)輪轂均勻分布;將所述葉片設(shè)置為頂部寬根部窄，將所述葉片背水側(cè)設(shè)置一導(dǎo)水角;在輪轂的迎水和背水兩面均設(shè)置一圓錐體盤蓋。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進的多葉片大輪體高效水輪機轉(zhuǎn)輪改進方法，其特征在于:所述第二步的調(diào)整葉片角度具體為:使葉片每一點的寬度與這個點的線速度相吻合。3.一種改進的多葉片大輪體高效水輪機轉(zhuǎn)輪，包括水輪機室和轉(zhuǎn)輪，其特征在于:所述轉(zhuǎn)輪上設(shè)置有四片以上葉片;所述葉片為頂部寬根部窄結(jié)構(gòu);所述葉片背水側(cè)為機翼型結(jié)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)輪其迎水面安裝有一圓錐形盤蓋。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的改進的多葉片大輪體高效水輪機轉(zhuǎn)輪，其特征在于:所述轉(zhuǎn)輪上設(shè)置有六片葉片。
【文檔編號】F03B3/12GK105927450SQ201610356753
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月25日
【發(fā)明人】甘邵南, 王光軍
【申請人】成都金克星氣體有限公司