一種低水頭高效軸伸貫流式水泵水輪機及其葉片的製作方法

2023-07-24 04:41:46 2

專利名稱：一種低水頭高效軸伸貫流式水泵水輪機及其葉片的製作方法
技術領域：
本發明涉及本發明涉及一種用於低水頭的抽水蓄能電站的低水頭高效軸伸貫流式水泵水輪機水泵水輪機，屬於流體機械及工程裝備領域。
背景技術：
自從改革開放以來，隨著我國經濟建設的飛速發展和人民生活水平的不斷提高，電力供應日趨緊張，峰谷差值逐漸加劇。基於保證電網安全和有效運行的要求，抽水蓄能電站作為一種擁有特殊性質的電站:調峰填谷，調頻、調壓、事故備用、黑啟動等功能，將是我國電網發展的戰略重點。抽水蓄能電站的工作方式是利用電力系統中多餘電能，把高程低的水庫(通稱「下池」)內的水抽到高程高的水庫(通稱「上池」)內、以位能方式蓄存起來，系統需要電力時，再從上池放水至下池進行發電。常規而言一般抽水蓄能電站都是高水頭電站其單機容量也很大，其主要是和電網進行配合運行。目前，中高水頭以及大容量水泵水輪機在國內外已經有了比較深入的研究，積累了設計、施工和運行管理的經驗，並在技術上取得了豐碩的成果。然而，隨著新能源的發展如風能、太陽能、海洋潮流能等新能源的開發，由於這些能源的不穩定，如太陽能只能在有太陽的時候才可以發電，風電只能在風力達到一定強度時才可以風電。特別是這些能源在開發應用過程中可能遠離大電網，如一些偏遠地區如海島，這些新能源的利用形成了一個孤立的小電力系統，為了保證孤網的穩定性和能源的合理利用，在這樣的混合多能源應用的小的電力系統中，可以利用抽水蓄能電站進行調節，在其他能源過剩的時候儲能，在其他能源不足的時候提供能量。這樣的抽水蓄能電站一般都是很低的水頭，一般在50 m以下，有些只有IOm左右，本專利提供了 一種低水頭抽水蓄能的水泵水輪機轉輪。該水泵水輪機轉輪為貫流式雙向三葉片轉輪，為減少投資和布置方便電站採用軸伸貫流式布置形式。軸伸貫流式水泵水輪機在我國更是研究甚少，主要原因是對軸伸貫流式機組的流道設計、機組總體的結構型式、高性能轉輪的設計優化及增速器的連接方式等關鍵技術缺乏深入的研究、設計，致使這種結構簡單、安裝維護方便，水力性能優良，土建工程量少的軸伸貫流式機組未能得到開發、推廣使用。同時，我國低水頭水力資源十分豐富，特別是華東、華南及沿海地區，工農業生產發達，用電需求量增加較快，新型軸伸貫流式機組的研究並將其運用於低水頭抽水蓄能電站，對開展新能源的綜合利用具有深遠的意義。

發明內容
本發明提出一種低水頭軸伸貫流式水泵水輪機，以解決水泵水輪機發電工況和抽水工況兩次水流方向相反，同一個轉輪要同時滿足抽水和發電的雙重需求，並且同時要兼顧兩個運行工況的效率。本發明為解決上述技術問題提出的技術方案是:一種低水頭軸伸貫流式水泵水輪機葉片，所述葉片的形狀為中間厚兩邊薄，為空間三維扭曲曲面，其空間特性通過上中下三個截面表示；同時中間截面採用新型型線，該新型型線是由上下兩端首尾相連的曲線組合而成，以三個截面的各型線的中心點為原點建立坐標系，Xll X21X3為各坐標的橫坐標，Y1、y2、y3為各坐標的縱坐標，F1、F2、F3分別表示三個型線，則該葉片部分點在直角坐標系統的位置如下表所示:
權利要求
1.一種低水頭軸伸貫流式水泵水輪機葉片，其特徵在於:所述葉片的形狀為中間厚兩邊薄，為空間三維扭曲曲面，其空間特性通過上中下三個截面表示；同時中間截面採用新型型線，該新型型線是由上下兩端首尾相連的曲線組合而成，以三個截面的各型線的中心點為原點建立坐標系，Xl、X2iX3為各坐標的橫坐標，y1、y2、y3為各坐標的縱坐標，F1、F2、F3分別表示三個型線，則該葉片部分點在直角坐標系統的位置如下表所示:
2.根據權利要求1所述低水頭軸伸貫流式水泵水輪機葉片，其特徵在於:所述三個截面的六條曲線擬合後方程如下: Fl-Fl上曲線:Y1 = 4.139e-005 X13 -0.0003387Xl2 -0.4065Xl + 1.731 Fl-Fl下曲線:Y1 = 4.574e-005 X13 -0.0006619Xl2 -0.4059Xl -1.201 F2-F2上曲線:y2=8.084e_005x23 -0.0004966x22 -0.5473x2+ 2.202 F2-F2下曲線: y2=8.481e-005x23 +0.001491x22 -0.54141x2_l.947 F3-F3上曲線:y3=0.0001776x33 -0.003233xs2 -0.7519x3+ 2.966 F3-F3下曲線:y3=0.0002241x33 +0.001285 x32 -0.8037x3-2.674。
3.一種基於權利要求1所述低水頭軸伸貫流式水泵水輪機，其特徵在於:包括水泵水輪機、可逆式電機、流道以及導流機構，所述流道包括依次貫通的進水段流道、導葉段流道、轉輪室以及S型尾水管流道；所述可逆式電機設置在S型尾水管流道外側，所述轉輪與可逆式電機通過穿過流道的主軸傳動連接，而轉輪的發電工況進口側設置有導流機構；同時所述轉輪設置在轉輪室內，導流機構設置在進水段流道和導葉段流道內；所述轉輪包括轉輪輪轂、洩水錐，所述轉輪輪轂沿周向均勻設置有多個截面為對稱翼型的葉片，而轉輪輪轂的洩水一側安裝洩水錐；所述葉片初始安放角為39°，調整值在-3° 3°之間。
4.根據權利要求3所述低水頭軸伸貫流式水泵水輪機，其特徵在於:所述導流機構包括導流體和活動導葉，所述活動導葉安裝在導流體尾部上，活動導葉的個數為8個；活動導葉設置在導葉段流道內，導流體設置在進水段流道和導葉段流道內；所述導流體頭部為球形，中部為圓柱體，尾部為錐形體，且所述錐角為18°，所述導流體的頭部、中部設置在進水段流道內，所述導流體尾部 設置在導葉段流道內。
全文摘要
本發明涉及一種低水頭軸伸貫流式水泵水輪機及其葉片，屬於能源動力技術領域。包括水泵水輪機、可逆式電機、流道以及導流機構，所述流道包括依次貫通的進水段流道、導葉段流道、轉輪室以及S型尾水管流道；所述轉輪與可逆式電機通過主軸傳動連接，而轉輪另一側設置有導流機構；所述轉輪包括轉輪輪轂、洩水錐，所述轉輪輪轂沿周向均勻設置葉片，所述葉片的形狀為中間厚兩邊薄，為空間三維扭曲曲面，其空間特性通過上中下三個截面表示；本發明能同時滿足水輪機發電和水泵抽水兩種工況，兩種工況水流方向相反，即同一個轉輪要同時滿足抽水和發電的雙重需求，而且同時能夠兼顧兩個運行工況的效率適用於低水頭抽水蓄能電站。
文檔編號F03B3/12GK103206331SQ20131004989
公開日2013年7月17日 申請日期2013年2月7日 優先權日2013年2月7日
發明者葛新峰, 鄭源, 羅欣, 錢瑭, 吳在強 申請人:河海大學