混流式水輪機反向s型轉輪的製作方法

2023-06-02 20:30:01 3

專利名稱：混流式水輪機反向s型轉輪的製作方法
技術領域：
混流式水輪機反向S型轉輪屬於水輪機製造領域技術。 技術背景經過長期技術發展，混流式水輪機己基本定型，但是轉 輪的片翼型的微小改進可能對水輪機效率和穩定性產生較大影響。近幾 年來，國內大、中型水輪發電機組招標要求混流式水輪機轉輪在保證穩 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 和最優工況的運行工況內都具有高效率的性能指標，即隨流量變化仍然 保持高效率，實現增加機組出力，使電站獲得更大的經濟效益。
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，但最優效率較低。現 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、大流量和最優工況的運行工況內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。現有的混流式轉輪葉片一般為 常規葉片和負傾角葉片。常規葉片俯視圖如圖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。
發明的內容本實用新型的目的在於公開一種混流式水輪機反向S 型轉輪。本實用新型涉及的主要部位為轉輪葉片進水邊，通過改變進水邊形狀實現具有更加寬廣的高效率運行範圍的同時提高穩定性；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 殊的葉片的下環型線(葉片與下環交線)的形狀，提高轉輪的效率和穩 定性。本實用新型的技術方案為 一種混流式水輪機反向S型轉輪，包 括一個上冠、 一個下環和若干個連接在上冠和下環之間的曲面葉片，每 一葉片均有一正對水輪機中、上遊導流機構的進水邊和正對下遊的出水 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，上冠型線呈現反向"S"型；葉片的下環型線即
葉片與下環交線，從A點到B點之間有兩個拐點，葉片的下環型線有XI 、 X2兩個拐點，下環型線呈現反向"S"型。按照本實用新型，進水邊設 計合理的反S型轉輪葉片，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。 這樣才能保持進水邊頭部小，有利於提高轉輪最優工況效率。
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，相當於加長葉片，增加做功面積，提高能量轉化率，實現具 有更加寬廣的高效率運行範圍，即實現電站在小流量、大流量和最優工 況的運行工況內都具有高效率的性能指標。同時由於葉片加長，降低了 葉片表面流速，因此有助於提高機組穩定性。
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，有利於轉輪 效率的提高。同時，降低出口流速，改善轉輪內流態。
葉片的下環型線(葉片與下環交線)的形狀，對水輪機效率影響較 大，增加了下環附近葉片壓力面和吸力面的壓差，有利於轉輪效率的提 高。同時，降低出口流速，改善轉輪內流態。
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)和葉片的下環型線(葉片與下環交線)的反S 型葉片，可使水輪機最優效率提高5~10%。，並且使小流量和大流量水輪 機效率大幅度提高。
2水輪機穩定性
實踐表明轉輪出口環量與尾水管壓力脈動，有直接的關係，是衡 量水輪機穩定性的重要指標。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型線(葉片與下環交線)的形狀改變，使出水邊 形狀隨之改變，從而控制在偏離最優工況時轉輪出口的環量分布，從根 本上避免能量聚集，實現降低尾水管內的壓力脈動，提高機組運行的穩 定性。

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圖1混流式水輪機反S型轉輪裝配圖
圖2混流式水輪機常規轉輪葉片俯視圖
圖3混流式水輪機負傾角轉輪葉片俯視圖
圖4混流式水輪機反S型轉輪葉片軸面示意圖
圖5混流式水輪機反S型轉輪葉片俯視圖圖6混流式水輪機反S型轉輪葉片立體圖
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3和若干個連接 在上冠1和下環3之間的三維扭曲葉片2，每一葉片有一正對水輪機中、 上遊導流機構的進水邊4和正對下遊的出水邊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，O表示 出水側，Z表示水輪機轉動中心。葉片相關點、線的定義點A為葉片進 水邊4與下環3的交點，點B為葉片出水邊5與下環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 拐點分別位於直線AD的兩側，以A點為起始點，從A點沿著進水邊型線 4運行，先經過直線AD右側的一個拐點，然後經過直線AD左側的一個拐 點，最後到達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中兩個拐點分別位於直線DC的兩側，以D為起始點，從D點 沿著葉片背面與上冠交線6運行，先經過直線DC右側的一個拐點，然後 經過直線DC左側的一個拐點，最後到達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的下環型線7 (葉片與下環交線)從A點到B點之間有兩個 拐點。圖5中兩個拐點分別位於直線AB的兩側，以A為起始點，從A點沿著葉片工作面或背面與下環交線7運行，先經過直線AB右側的一個拐 點，然後經過直線AB左側的一個拐點，最後到達B點。在圖6中顯示葉 片2的下環型線7有X1、 X2兩個拐點，而且略呈反"S"型。 本實用新型葉片的數量範圍1 5~17個。
權利要求1、一種混流式水輪機反向S型轉輪，包括一個上冠(1)、一個下環(3)和若干個連接在上冠(1)和下環(3)之間的曲面葉片(2)，每一葉片均有一正對水輪機中、上遊導流機構的進水邊(4)和正對下遊的出水邊(5)，其特徵是葉片(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)呈現反向「S」型；葉片(2)的下環型線(7)即葉片與下環交線，從A點到B點之間有兩個拐點，葉片(2)的下環型線(7)有X1、X2兩個拐點，下環型線(7)呈現反向「S」型。
2、 根據權利要求1所述的 一種混流式水輪機反向S型轉輪，其特 徵是所述的葉片的數量範圍1 5 17個。
專利摘要本實用新型的混流式水輪機反S型轉輪，包括一個上冠、一個下環和若干個連接在該上冠和下環之間的曲面葉片。葉片進水邊呈現反向「S」型，改善小流量和大流量時葉片進口的流態，同時，還能保持進水邊頭部小，獲得更高的最優效率；加長葉片，實現具有更加寬廣的高效率運行範圍，即實現電站在小流量、大流量和最優工況的運行工況內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型線的形狀略呈反向「S」型，降低出口流速，改善轉輪內流態，提高機組運行的穩定性。
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 優先權日2008年8月28日
發明者劉萬江, 覃大清, 魏顯著 申請人:哈爾濱電機廠有限責任公司