一种出口双流道混流式水轮机转轮
阅读：0发布：2020-09-01
专利汇可以提供一种出口双流道混流式水轮机转轮专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种出口双流道混流式 水 轮机 转轮 ，其特征在于：它包括一个上冠、一个下环、多个固定在所述上冠与所述下环之间的 叶片 和一个分流板，所述分流板由一个回转面加厚而成，所述回转面的回转中心与所述水轮机的旋转中心重合，所述分流板的上部与各所述叶片的下部交叉且紧固连接。本发明能够大大降低水轮机转轮出口处的径向流速，从而保证水轮机转轮出口处的流速在涡带工况下的均匀分布，较普通转轮增加了涡带旋转中心处的流量，提高了叶片出口和尾水管进口之间区域靠近轴中心区的压 力 ，从而起到了从源头上消除尾水管螺旋形涡带的作用。，下面是一种出口双流道混流式水轮机转轮专利的具体信息内容。
1.一种出口双流道混流式水轮机转轮，它包括一个上冠、一个下环、多个固定在所述上冠与所述下环之间的叶片和一个分流板，所述分流板由一个回转面加厚而成，所述回转面的回转中心与所述水轮机的旋转中心重合，其特征在于：所述分流板的上部与各所述叶片的下部交叉且紧固连接；所述分流板的回转母线的上部与所述叶片上的中间流线的后1/3段重合，所述分流板的回转母线的下部离开所述叶片的下部出口后沿所述中间流线向尾水管进口方向延伸，所述分流板的下端与所述下环的底面平齐。
2.如权利要求1所述的一种出口双流道混流式水轮机转轮，其特征在于：所述分流板将每两个所述叶片所形成流道靠近出口的部分分隔成两个均匀的流道。
3.如权利要求1或2所述的一种出口双流道混流式水轮机转轮，其特征在于：所述分流板的厚度取所述叶片翼型最大厚度的1/2。
一种出口双流道混流式水轮机转轮
技术领域
背景技术
[0002] 随着水轮发电机组容量和结构尺寸的不断增大，水轮机结构支撑在刚强度和固有频率降低的同时，过流的水流脉动能量却在增大，所以产生共振危险可能性增加。因此，对于大型水轮发电机组，其运行稳定性问题会更加突出。例如中国的岩滩、巴基斯坦的塔贝拉水电站的水轮机组在不稳定区运行时发生了强烈的振动，造成了机组无法正常运行的后果。以及类似投产的大型水轮机如小浪底、大朝山等水电站的机组在投运后不久即产生水轮机转轮叶片裂纹等事故。尤其是俄罗斯萨彦-舒申斯克水电站事故的发生，也促使国内外对大型水轮发电机组的安全稳定运行更加重视。
[0003] 混流式水轮机尾水管涡带、动静干涉以及卡门涡和叶道涡等不稳定流是诱发水轮发电机组振动的主要水力原因。其中水轮机在偏离设计工况的部分负荷运行时，尾水管螺旋形涡带引起的压力脉动是引起水轮机组不稳定性最常见的一项重要因素。目前所投产的大型混流式水轮机组都避免不了尾水管螺旋形涡带工况的存在。如果采用某种方法能够消除尾水管螺旋形涡带，不仅可以消除尾水管螺旋形涡带引起的压力脉动，防止机组发生共振，提高机组稳定性，还能扩大稳定运行范围，产生可观的经济效益。
发明内容
[0004] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够消除尾水管螺旋形涡带以增加水轮发电机组稳定性的出口双流道混流式水轮机转轮。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种出口双流道混流式水轮机转轮，其特征在于：它包括一个上冠、一个下环、多个固定在所述上冠与所述下环之间的叶片和一个分流板，所述分流板由一个回转面加厚而成，所述回转面的回转中心与所述水轮机的旋转中心重合，所述分流板的上部与各所述叶片的下部交叉且紧固连接。
[0006] 所述分流板将每两个所述叶片所形成流道靠近出口的部分分隔成两个均匀的流道。
[0007] 所述分流板的回转母线的上部与所述叶片上的中间流线的后1/3段重合，所述分流板的回转母线的下部离开所述叶片的下部出口后沿所述中间流线向尾水管进口方向延伸，所述分流板的下端与所述下环的底面平齐。
[0008] 所述分流板的厚度取所述叶片翼型最大厚度的1/2。
[0009] 本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于在混流式水轮机转轮的叶片上设置一个分流板，分流板由一个回转面加厚而成，且其上部与各叶片的下部交叉紧固连接，因此，能够大大降低水轮机转轮出口处的径向流速，从而保证水轮机转轮出口处的流速在涡带工况下的均匀分布，较普通转轮增加了涡带旋转中心处的流量，提高了叶片出口和尾水管进口之间区域靠近轴中心区的压力，从而起到了从源头上消除尾水管螺旋形涡带的作用。2、本发明中分流板的回转母线的上部与所述叶片上的中间流线的后1/3段重合，而在叶片间流道流速分布严重不均匀的现象基本出现在叶片间流道的后1/3段，因此上述设置方式易于保证叶片间流道的后段的流量均匀性。3、本发明中分流板回转母线的下部离开叶片的下部出口后沿所述中间流线向尾水管进口方向延伸至与下环的底面平齐，这种设计可以有效提高叶片出口和尾水管进口之间区域涡带旋转中心处的压力，引导水流更加平顺地流向尾水管，有效抑制了螺旋形涡带的产生。4、本发明中分流板的回转母线采用叶片上中间流线的线型，因此，可以更好的引导水流沿流线均匀流出，减小由分流板造成的沿程摩擦损失。附图说明
[0010] 图1是本发明混流式水轮机转轮的纵剖面示意图；
[0011] 图2是对本发明与不带有分流板的混流式水轮机转轮的尾水管分别进行CFD数值模拟所得到的涡带比较图；
[0012] 其中：图(a)是本发明尾水管的CFD数值模拟结果；图(b)的不带有分流板的混流式水轮机转轮的数值模拟结果；
[0013] 图3是对本发明与不带有分流板的混流式水轮机转轮的尾水管分别进行CFD数值模拟所得到速度矢量比较图；
[0014] 其中：图(a)是本发明尾水管的CFD数值模拟结果；图(b)的不带有分流板的混流式水轮机转轮的数值模拟结果；
[0015] 图4是对本发明的尾水管监测点的压力脉动频谱图；
[0016] 其中：图(a)是本发明的压力脉动频谱图；图(b)是不带有分流板的混流式水轮机转轮的压力脉动频谱图；
[0017] 图5是本发明的尾水管监测点的位置示意图。
具体实施方式
[0018] 下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
[0019] 如图1所示，本发明提出了一种出口双流道混流式水轮机转轮，它包括一个上冠1、一个下环2、多个固定连接在上冠1与下环2之间的叶片3和一个分流板4，分流板4由一个回转面加厚形成，其回转中心与所述水轮机的旋转中心重合，分流板4的上部与各叶片3的下部交叉且紧固连接，分流板4的下端与下环2的底面平齐。
[0020] 上述实施例中，分流板4位于每两个叶片3所形成的流道的中间，将两叶片3之间靠近出口部分的流道分隔成两个均匀的流道。分流板4在离开叶片3出口后沿流线向尾水管进口方向延伸，下端与下环2的底面平齐，使得叶片3出口处的流量分布更为均匀，同时，引导水流更加平顺地流向尾水管，从而减小了叶片3出口和尾水管进口之间区域的径向流速，提高了该区域涡带旋转中心的压力，有效抑制了螺旋形涡带的产生。
[0021] 上述实施例中，分流板4的回转母线与叶片3上的中间流线的后(靠近出口端)1/3段重合，并延长至与下环2的底面平齐。由于在叶片3间流道流速分布严重不均匀的现象基本出现在叶片3间流道的后1/3段，因此分流板4的母线起点设置在此处，易于保证叶片3间流道的后段的流量均匀性；另一方面，分流板4的母线线型采用叶片3中间流线的线型，可以更好的引导水流沿流线均匀流出，减小由分流板4造成的沿程摩擦损失。分流板4的下端与下环2的底面平齐，则可以使水流在通过叶片3间流道以后依然均匀分布。这种设计有效提高了叶片3出口和尾水管进口之间区域涡带旋转中心处的压力，引导水流更加平顺地流向尾水管，有效抑制了螺旋形涡带的产生。
[0022] 上述实施例中，分流板4的厚度取叶片3翼型最大厚度的1/2，分流板的厚度设计原则是在保证强度的前提下尽量取薄。
[0023] 本发明的原理如下：
[0024] 混流式水轮机在部分负荷涡带工况运行时，由于离心力的作用，混流式水轮机转轮的叶片3间流道后1/3段中的流速分布十分不均匀，叶片3上冠1和中间流线之间流道中流体的流动方向均指向下环2方向，叶片3出口和尾水管进口之间区域处较大的径向速度使靠近轴中心处的压力降低，从而导致了尾水管螺旋形涡带的产生。对于大型水轮机，随着流道面积的增大，这个情况尤其明显。本发明在混流式水轮机转轮上加置一个分流板4，引导水流均匀流出转轮，使叶片3出口与尾水管进口之间区域的流速分布更加均匀，分流板4在离开叶片3出口后沿流线向尾水管进口方向延伸，下端与下环2的底面平齐，使水流在通过叶片3间流道以后依然保持相对均匀的分布。分流板4限制了由于离心力在叶片3出口和尾水管进口之间区域产生的水流径向速度，使叶片3出口和尾水管进口之间区域径向速度大幅度减小，从而保证该处流速在偏离设计工况的涡带工况(水轮机部分负荷工况)下的均匀分布，较普通转轮增加了涡带旋转中心处的流量，提高了叶片3出口和尾水管进口之间区域涡带旋转中心处的压力，从而起到了从源头上消除尾水管螺旋形涡带的作用。同时分流板4流线长度的选择在保证流道上引导流量均匀分布的情况下，长度选为最短，从而保证了该水轮机的能量特性不受影响。故从理论上来说本发明可以在不影响水轮机能量特性的前提下从源头上消除产生尾水管螺旋形涡带的原因，扩大水轮机的稳定运行范围，大幅提高水轮机的运行稳定性。CFD流动模拟计算表明：在部分负荷工况由于分流板消除了部分涡流，减少了流动损失效率不但没有降低还有显著提高，在设计工况及大流量工况对效率没有明显影响。
[0025] 图2给出了对本发明与普通混流式水轮机转轮(不带有分流板4的混流式水轮机转轮)的尾水管分别进行CFD数值模拟所得到的涡带比较图。从图中可以看出，使用普通混流式水轮机转轮，在涡带工况下尾水管出现了明显的螺旋形涡带，而本发明尾水管处为直涡，可见本发明确实消除了尾水管螺旋形涡带。直涡引起的压力脉动远小于螺旋形涡带，从而提高机组稳定性。
[0026] 图3给出了对本发明与普通混流式水轮机转轮(不带有分流板4的混流式水轮机转轮)的尾水管分别进行CFD数值模拟所得到速度矢量比较图。从图中可以看出，使用普通混流式转轮，尾水管流速矢量分布紊乱，流体流动方向各异，存在着大量的不稳定涡流。而使用本发明的尾水管中速度矢量分布十分均匀，水流基本均匀地沿着尾水管轴线方向流动。因此本发明确实从源头上抑制了尾水管螺旋形涡带的形成。图4是对本发明的尾水管监测点的压力脉动频谱图，该监测点如图5所示，位于尾水管上游方向，与转轮出口相距0.3D处，D为转轮出口直径。从图4中可以看出，普通混流式水轮机在0.22倍转频处，幅值可达
184.7Pa，螺旋形涡带的频率一般为转频0.2-0.3倍左右，故可判断该频率处幅值为螺旋形涡带产生。本发明在0.22倍转频处，幅值仅为7.8Pa，约为普通混流式水轮机的1/24，由此也可证明本发明基本消除了由螺旋形涡带引起的幅值，使得水轮发电机组的稳定性大大增加。
184.7Pa，螺旋形涡带的频率一般为转频0.2-0.3倍左右，故可判断该频率处幅值为螺旋形涡带产生。本发明在0.22倍转频处，幅值仅为7.8Pa，约为普通混流式水轮机的1/24，由此也可证明本发明基本消除了由螺旋形涡带引起的幅值，使得水轮发电机组的稳定性大大增加。
[0027] 本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的。在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进或等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 一种妇产科门诊手术椅 | 2020-08-10 | 2 |
| 冷却塔用水动力风机 | 2022-03-15 | 3 |
| 一种水轮机叶片防腐蚀防磨蚀方法 | 2020-09-20 | 2 |
| 同轴主/副双发电机 | 2022-06-16 | 0 |
| Flow straightener and water stream cone body with built-in underwater power generator | 2021-06-10 | 0 |
| Operational method of water turbine or pump while runner is idling | 2023-04-11 | 0 |
| 一种水轮吊装装置 | 2020-09-11 | 3 |
| TURBINE FÜR EINE WASSERKRAFTANLAGE UND WASSERKRAFTANLAGE | 2021-02-27 | 3 |
| A METHOD, SYSTEM AND APPARATUS FOR OPERATING A HYDRAULIC TURBINE | 2020-08-31 | 0 |
| 소수력발전장치 및 그 제어방법 | 2021-03-05 | 1 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
水轮机热门专利
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈