CN100513776C - 轴向辐流式水泵水轮机 - Google Patents

轴向辐流式水泵水轮机 Download PDF

Info

Publication number
CN100513776C
CN100513776C CNB2006101495153A CN200610149515A CN100513776C CN 100513776 C CN100513776 C CN 100513776C CN B2006101495153 A CNB2006101495153 A CN B2006101495153A CN 200610149515 A CN200610149515 A CN 200610149515A CN 100513776 C CN100513776 C CN 100513776C
Authority
CN
China
Prior art keywords
crown
edge
straight line
trailing edge
rear flank
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CNB2006101495153A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1948744A (zh
Inventor
中村一幸
手光太郎
黑川敏史
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Publication of CN1948744A publication Critical patent/CN1948744A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100513776C publication Critical patent/CN100513776C/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/12—Blades; Blade-carrying rotors
    • F03B3/125—Rotors for radial flow at high-pressure side and axial flow at low-pressure side, e.g. for Francis-type turbines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Hydraulic Turbines (AREA)

Abstract

本发明的目的是提供一种轴向辐流式水泵水轮机，对水轮机发电运转时叶轮叶片的后缘进行改良，防止泵运转时的动力水的逆流相结合，实现水轮机发电运转时的部分负荷效率的提高。该轴向辐流式水泵水轮机在水轮机发电运转时，在所述叶轮叶片的后缘上形成了朝向主轴侧膨出的弯曲，并且相对于连接上冠侧后缘连接端部和下环侧后缘连接端部的直线，在弯曲内设置最大部，其中该上冠侧后缘连接端部是连接所述后缘和所述上冠的、该下环侧后缘连接端部是连接所述后缘和所述下环的，并且由连接所述最大部和所述上冠侧后缘连接端部的直线以及连接所述最大部和所述下环侧后缘连接端部的直线所形成的角度为α时，将角度α设定在α≤150°的范围内。

Description

轴向辐流式水泵水轮机
技术领域
本发明涉及轴向辐流式水泵水轮机，特别涉及一种在水轮机部分负荷运转时，水轮机能够高效运转的轴向辐流式水泵水轮机。
背景技术
一般来说，通过正逆地改变兼作电动机的发电电动机的旋转，轴向辐流式水泵水轮机成为能够自由地选择为水轮机发电运转或泵运转的任意一个。
如图11所示，具有这种结构的轴向辐流式水泵水轮机(Francis pumpturbine)在水轮机发电运转期间，将从上部水箱和水压铁管(图中均未示)供给到涡旋状壳体1内的动力水通过固定导叶2、导向叶片3引导到叶轮4内，在此使叶轮4旋转，此时所产生的动力(旋转力矩)通过主轴(旋转轴)5赋予发电电动机(图中未示)。
而且，轴向辐流式水泵水轮机在泵运转时，借助于发电电动机的驱动力，向与水轮机发电运转相反的方向旋转驱动叶轮4，将来自与下部水箱连通的吸出管6的动力水引导到叶轮室7内，由此从叶轮4将能量给予动力水，获得能量的动力水通过导向叶片3、固定导叶2、壳体1被提升到上部水箱(图中未示)。
而且，导向叶片3在水轮机发电运转时，控制来自壳体1供给的动力水的流量，并与电力需要的增减相对应地使阀体开闭。
此外，在沿主轴5的周向等间距地设置安装在主轴5上的叶轮叶片8，切叶轮4朝向高度方向并使其两端由上冠(crown)9和下环(band)10支撑，在叶轮叶片8、8之间形成流路。
图12是从图11的A部提出的叶轮4的子午面图。这里所谓的子午面图就是表示在包含主轴的平面内展开形状的视图。
一直以来，使叶轮叶片8的两端由上冠9和下环10支撑的叶轮4，以叶轮叶片8的后缘11的主轴(旋转轴)5为基准，将上冠侧端部12的半径方向位置设定在后缘11的下环侧端部13的半径方向位置的约50％处。
也就是说，将由叶轮叶片8的后缘11和上冠9形成的后缘11的上冠侧端部12与由后缘11和下环10形成的后缘11的下环侧端部13连接的曲线，形成朝向主轴(旋转轴)侧光滑地膨出状的弯曲，如果从主轴5至上冠侧端部12的距离为Rc，从主轴5至下环侧端部13的距离为Rb，则将距离Rc和距离Rb的关系设定为Rc＝0.5Rb。
而且，如图13所示，在水轮机发电运转时，从叶轮叶片8的出口侧(吸出管6侧)看见的叶轮4，由直线连接叶轮叶片8的后缘11的上冠侧端部12和下环侧端部13。
于是，在垂直于主轴5的投影平面内，如果由以主轴5的位置为基准的半径方向距离和周向角度所组成的极座标表示的话，则后缘11的上冠侧端部12和下环侧端部13的周向角度相同，而且周向角度恒定。
具备这种形状的叶轮叶片8的叶轮4如果与设计点的流量不符，则叶轮的效率显著恶化。例如如果动力水的流量比设计点低，则动力水受离心力的影响而朝向下环10侧偏流。而如果动力水的流量超过设计点，则朝向上冠9侧偏流，产生所谓的由二次流引起的损失。
为了遏制该二次流损失，使水轮机部分负荷效率提高，而提出了下述方案，即如图14所示，使连接叶轮叶片8的后缘11的上冠侧端部12和下环侧端部13的曲线由虚线所示的现有位置朝向实线所示的主轴(旋转轴)侧进行位置变更，随之，使由虚线所示的流线ST1向由实线表示的ST2移动，并实现流动均匀化。但是如果采用这种方案，在泵运转时，在叶轮叶片8上诱发逆流，使泵的运转效率显著下降。
因而在设计水力机械时，不仅要关注使水轮机部分负荷效率提高，也要关注泵的运转，需要所谓的平衡。
例如如专利文献1中记载的在泵运转时实现了叶轮效率提高的技术，提出了相对于叶轮叶片的前缘形状和泵运转时的旋转方向形成凹部弯曲状的叶轮叶片的技术。
专利文献1：日本特开2000—136766号公报
在专利文献1中，为了遏制泵运转时所产生的气穴，相对于泵运转时的旋转方向，将叶轮叶片的前缘(其前缘在水轮机发电运转时变为后缘)形成为凹部弯曲形状，但是，对水轮机发电运转时的动力水流线的偏流没有研究。
而且在图14所提出的方案的技术中，在水轮机发电运转时，使由虚线所示的现有的后缘11的位置向实线所示的后缘11的位置的下游侧移动，实现流线ST2的均匀化，实现水轮机部分负荷运转的水轮机效率的提高，但是不能改善在泵运转时，诱发动力水逆流的不适合点，在此方面，与专利文献1同样需要考虑折衷。
发明内容
鉴于上述情形，提出本发明，本发明的目的是提供一种轴向辐流式水泵水轮机，对水轮机发电运转时叶轮叶片的后缘(泵运转时变为前缘)朝向主轴的弯曲线进行改良，以防止泵运转时动力水的逆流相互结合，实现水轮机发电运转时的部分负荷效率的提高。
解决问题的措施
为了实现上述目的，涉及本发明的轴向辐流式水泵水轮机如技术方案1所述是一种轴向辐流式水泵水轮机，设有叶轮，该叶轮沿主轴的周向配置了朝向叶片高度方向、底部侧由下环支撑且其头部侧由上冠支撑的叶轮叶片，其特征在于：在水轮机发电运转时，在所述叶轮叶片的后缘上形成朝向所述主轴侧膨出的弯曲，并且相对于连接上冠侧后缘连接端部与下环侧后缘连接端部的直线，在所述弯曲上设置有最大部，所述上冠侧后缘连接端部是连接所述后缘和所述上冠的，所述下环侧后缘连接端部是连接所述后缘和所述下环的，并且当连接所述最大部和所述上冠侧后缘连接端部的直线与连接所述最大部和所述下环侧后缘连接端部的直线所形成的角度为α时，将角度α设定在α≤150°的范围内。
而且，为了实现上述目的，如技术方案2所述，符合本发明的轴向辐流式水泵水轮机，其特征在于：在水轮机发电运转时，具有形成在后缘上的最大部的弯曲以及角度α一起还设置在从所述后缘朝向上游侧的叶轮叶片的中间位置上，该角度α为连接最大部和上冠侧后缘连接端部的直线与连接所述最大部和下环侧后缘连接端部的直线形成的角度并被设定在α≤150°的范围内。
而且，为了实现上述目的，如技术方案3所述，符合本发明的轴向辐流式水泵水轮机，设有叶轮，该叶轮沿主轴周向配置了朝向叶片高度方向底部侧由下环支撑且其头部侧由上冠支撑的叶轮叶片，其特征在于：在水轮机发电运转时，在所述叶轮叶片的后缘上形成朝向所述主轴侧膨出的弯曲，并且相对于连接上冠侧后缘连接端部与下环侧后缘连接端部的直线，在所述弯曲上设置有最大部，所述上冠侧后缘连接端部是连接所述后缘和所述上冠的，所述下环侧后缘连接端部是连接所述后缘和所述下环的，当所述最大部和连接所述上冠侧后缘连接端部与所述下环侧后缘连接端部的直线之间的距离设为S，所述主轴和所述下环侧后缘连接端部之间的距离设为Rb时，将距离比S/Rb设定在
S/Rb≥0.05  (式1)
的范围内。
而且，为了实现上述目的，如技术方案4所述，符合本发明的一种轴向辐流式水泵水轮机，设有叶轮，该叶轮沿主轴周向配置了朝向叶片高度方向底部侧由下环支撑且其头部侧由上冠支撑的叶轮叶片，其特征在于：所述叶轮叶片使正压面和负压面都形成为朝向内侧膨出的弯曲，并且当所述上冠侧的壁厚设为tc，所述下环侧的壁厚设为tb，叶片高度方向的中央部的最小壁厚设为t0时，最小壁厚t0设定在
t0/{(tc+tb)/2}≤0.90  (式2)
的范围内。
而且，为了实现上述目的，如技术方案5所述，符合本发明的轴向辐流式水泵水轮机，设有叶轮，该叶轮沿主轴周向配置了朝向叶片高度方向底部侧由下环支撑且其头部侧由上冠支撑的叶轮叶片，其特征在于：所述叶轮叶片负压面形成为直线，正压面形成为朝向内侧膨出的弯曲，并且，所述上冠侧的壁厚设为tc1，所述下环侧的壁厚设为tb1，叶片高度方向的中央部的最小壁厚设为t01时，将最小壁厚t01设定在
t01/{(tc1+tb1)/2}≤0.85  (式3)
的范围内。
而且，为了实现上述目的，如技术方案6所述，符合本发明的轴向辐流式水泵水轮机，设有叶轮，该叶轮沿主轴周向配置了朝向叶片高度方向底部侧由下环支撑且其头部侧由上冠支撑的叶轮叶片，其特征在于：其构成为，在水轮机发电运转时，所述叶轮叶片在从后缘朝向上游侧的叶片中间位置形成弯曲，相对于连接上冠侧翼连接端部与下环侧翼连接端部的直线，在所述弯曲上设置了最大部，并且，将连接所述最大部和上冠侧翼连接端部的直线以及连接所述最大部和所述下环侧翼连接端部的直线所形成的角度设为α时，将角度α设定在α≤150°的范围内，所述上冠侧翼连接端部是与所述上冠连接的，并且，将所述叶轮叶片的前缘形成为直线状，使形成为直线的前缘从上冠侧前缘连接端部朝向上游侧倾斜状地与下环侧前缘连接端部相连。
而且，为了实现上述目的，如技术方案7所述，符合本发明的轴向辐流式水泵水轮机，设有叶轮，该叶轮沿主轴周向配置了朝向叶片高度方向底部侧由下环支撑且其头部侧由上冠支撑的叶轮叶片，其特征在于：在水轮机发电运转时，所述叶轮叶片的后缘构成为，使连接上冠侧后缘连接端部与下环侧后缘连接端部的后缘线相对于所述主轴的水轮机发电运转旋转方向向逆向位置后退，所述上冠侧后缘连接端部是连接所述后缘和所述上冠的，所述下环侧后缘连接端部是连接所述后缘和所述下环的。
发明效果
由于涉及本发明的轴向辐流式水泵水轮机被构成为，在水轮机发电运转时，将叶轮叶片的后缘朝向主轴(旋转轴)形成为具有膨出状的最大部的弯曲，使动力水的流速均匀化，且能够更多的确保动力水的的润湿面积，因此，能够降低水轮机部分负荷运转时的能量损失，能够遏制泵运转时的动力水的逆流。
附图说明
图1是表示本发明的轴向辐流式水泵水轮机的第1实施方式的示意图。
图2是表示适用于图1所示的轴向辐流式水泵水轮机的水轮机部分负荷运转时的能量损失的损失线图。
图3是表示本发明的轴向辐流式水泵水轮机的第2实施方式的示意图。
图4是表示本发明的轴向辐流式水泵水轮机的第3实施方式的示意图。
图5是表示适用于图4所示的轴向辐流式水泵水轮机的水轮机部分负荷运转时的能量损失的损失线图。
图6是表示由横截面切断主轴并从叶轮出口侧所看到的本发明的轴向辐流式水泵水轮机的第4实施方式的示意图。
图7是从图6中A-A方向切断后的切断剖视图。
图8是表示本发明的轴向辐流式水泵水轮机的第5实施方式的示意图。
图9是表示从叶轮中拔出1个叶轮叶片后的本发明的轴向辐流式水泵水轮机的第6实施方式的示意图。
图10是表示本发明的轴向辐流式水泵水轮机的第7实施方式的示意图。
图11是表示现有轴向辐流式水泵水轮机的示意图。
图12是表示从图11所示叶轮中拔出的叶轮叶片的示意图。
图13是从叶轮出口侧看到的图11的所示轴向辐流式水泵水轮机的示意图。
图14是表示在现有轴向辐流式水泵水轮机中，在水轮机发电运转时，流过叶轮叶片的动力水的举动的视图。
符号说明
1是壳体，2是固定导叶，3是导向叶片，4是叶轮，5是主轴，6是吸出管，7是叶轮室，8是叶轮叶片，9是上冠，10是下环，11是后缘，12是上冠侧端部，13是下环侧端部，20是叶轮叶片，21是下环，22是上冠，23是后缘，24是弯曲，24a1、24a2----是弯曲，25是上冠侧后缘连接端部，25a1、25a2----是上冠侧叶片连接端部，26是下环侧叶片连接端部，26a1、26a2----是下环侧叶片连接端部，27是主轴，28是前缘，30是负压面，31是正压面，32a是上冠侧前缘连接端部，32b下环侧前缘连接端部。
具体实施方式
下文将引用附图和附图标记对本发明的轴向辐流式水泵水轮机的实施方式进行介绍。
图1是表示本发明的轴向辐流式水泵水轮机的第1实施方式的示意图。
涉及本实施方式的轴向辐流式水泵水轮机中，在朝向叶片高度方向使底部侧由下环21支撑，在使头部侧由上冠22支撑的叶轮叶片20中的水轮机发电运转时的后缘23(泵运转时的前缘)上，形成了朝向主轴(旋转轴)侧并膨出的弯曲24，并且相对于连接上冠侧后缘连接端部25和下环侧后缘连接端部26的直线P，在弯曲24内具备最大部M，其中该连接上冠侧后缘连接端部25是连接后缘23和上冠22的、该下环侧后缘连接端部26是连接后缘23和下环21的，并且将连接最大部M和上冠侧后缘连接端部25的直线Q以及连接最大部M和下环侧后缘连接端部26的直线R所形成的角度α的范围被设定为
α≤150°(式4)
图2是由实验所获得的显示示水轮机部分负荷运转时的能量损失，与连接上冠侧后缘连接端部25和最大部M的直线Q以及连接下环侧后缘连接端部26和最大部M的直线R所形成的角度之间关系的损失线图。
从图2可知，直线Q和直线R所形成的角度α在α≤150°的范围内，能量损失少。
这样，即在比设计点小的流量下，水轮机部分负荷运转时，如图1中虚线所示，动力水的流线集中在下环21侧，如本实施方式那样，可知，在后缘23上形成朝向主轴膨出的弯曲24，在该弯曲24内具备了最大部M，通过将经过该最大部M的直线Q和R所形成的角度α设定为α≤150°，虚线所示的流线由于有效地遏制了离心力作用，而向实线所示位置移动，流出后缘23的动力水的流速分布均匀化。
于是，在泵运转时，动力水在叶轮叶片20的前缘(水轮机发电运转时的后缘23)叶片的正压面、负压面的压力差变化变得缓和，能够遏制逆流。
因而在本实施方式中，由于在叶轮叶片20的前缘(水轮机发电运转时的后缘23)上形成了朝向主轴且膨出的弯曲24，在该弯曲24内具备了最大部M，并且将连接最大部M和上冠侧后缘连接端部25的直线Q以及连接最大部M和下环侧后缘连接端部26的直线R所形成的角度α设定在α≤150°的范围内，能够做成动力水的流速均匀化和叶片的正压面、负压面的压力差变化缓和的结构，因而，能够减少水轮机部分负荷运转时的能量损失，在泵运转时，能够遏制动力水的逆流。
而且在本实施方式中，虽然仅在叶轮叶片20的后缘23上形成了朝向主轴且膨出的弯曲24，在该弯曲24上具备了最大部M，并且将连接最大部M和上冠侧后缘连接端部25的直线Q以及连接最大部M和下环侧后缘连接端部26的直线R所形成的角度α设定在α≤150°的范围内，但是并不局限于此示例，例如如图3所示，在从水轮机发电运转时叶轮叶片20的后缘(泵运转时的前缘)23朝向动力水上游侧的叶片中间位置N1、N2---上设置了最大部M1、M2---，同时由最大部M1、M2---和上冠侧叶片连接端部25a1、25a2----相连的直线Q1、Q2----与最大部M1、M2---和下环侧叶片连接端部26a1、26a2----相连的直线R1、R2----所形成的角度α1、α2----也可以设定在α1、α2----≤150°的范围内。
图4是表示本发明的轴向辐流式水泵水轮机的第3实施方式的示意图。
本实施方式的轴向辐流式水泵水轮机，在朝向叶片高度方向使底部侧由下环21支撑并使头部侧由上冠22支撑的叶轮叶片20中的水轮机发电运转时的后缘23(泵运转时的前缘)上，形成了朝向主轴侧并膨出的弯曲24，在该弯曲24上具备最大部M，并且将最大部M距连接上冠侧后缘连接端部25和下环侧后缘连接端部26的直线P之间的距离设为S，主轴和下环侧后缘连接端部26之间距离设为Rb时，将距离比S/Rb设定在
S/Rb≥0.05  (式5)
的范围内。
图5是由实验所获得的显示水轮机部分负荷运转时的能量损失和距离比S/Rb的关系的损失线图。
如图5所示，可知距离比S/Rb在S/Rb≥0.05的范围内，能量损失减小。
这是基于下述情况，即在比设计点小的流量下，水轮机部分负荷运转时，如图4中虚线所示，动力水的流线集中在下环21侧，如本实施方式那样，将后缘23作为朝向主轴膨出的弯曲24，在该弯曲24上具备最大部M，通过将最大部M距连接上冠侧后缘连接端部25和下环侧后缘连接端部26的直线P之间的距离S、与主轴和下环侧后缘连接端部26之间距离Rb的距离比S/Rb设定在S/Rb≥0.05的范围内，而确保动力水润湿的面积大，因而虚线所示流线有效地遏制了离心力作用并向实线所示位置移动，流出后缘23的动力水的流速分布均匀化。
并且在泵运转时，通过确保比叶轮叶片20的前缘(水轮机发电时的后缘23)更多的润湿面积，叶片的正压面、负压面的压力差变化缓和，并能够遏制逆流。
如上所述，由于本实施方式构成的在叶轮叶片20的后缘(泵运转时的前缘)23上形成朝向主轴且膨出的弯曲24，在该弯曲24上具备最大部M，通过将最大部M距连接上冠侧后缘连接端部25和下环侧后缘连接端部26的直线P之间的距离S、与主轴和下环侧后缘连接端部26之间距离Rb的距离比S/Rb设定在S/Rb≥0.05的范围内，而确保后缘23的润湿的面积大，动力水的流速均匀化，叶片的正压面、负压面的压力差变化缓和，因而，能够减少水轮机部分负荷运转时的能量损失，在泵运转时，能够遏制动力水的逆流。
图6和7是表示本发明的轴向辐流式水泵水轮机的第4实施方式的示意图。
而且，图6是由横截面切断主轴并从叶轮出口侧(吸出管侧)所看到的视图，图7是从图6中A-A方向切断后的剖视图。
该实施方式的轴向辐流式水泵水轮机具有下述特征，即在水轮机发电运转时如图6所示，由下环21和上冠22支撑且沿主轴(旋转轴)27的周向配置叶片，在内径侧上构成前缘(泵运转时的后缘)28，在外径侧构成后缘(泵运转时的前缘)29，并且如图7所示，形成有负压面30的曲率半径R2比正压面31的曲率半径R1小，并朝向外侧膨出的弯曲24的叶轮叶片20的叶片高度中央部的壁厚最小。
即如图7所示，当叶轮叶片20在下环21侧的壁厚是tb，上冠22侧的壁厚是tc，叶片高度中央部的壁厚是t0时，叶片高度中央部的最小壁厚设定在
t0/{(tc+tb)/2}≤0.90    (式6)
的范围内，该最小壁厚t0的设定公式是由实验值中求得的。
因而在本实施方式中，由于将正压面31的曲率半径R1比负压面30的曲率半径R2小的叶轮叶片20的叶片高度中央部的最小壁厚t0设定在
t0/{(tc+tb)/2}≤0.90    (式7)
的范围内，因而能够以比现有技术轻的材料重量对动力水进行充分处理，有助于成本控制。
而且，虽然本实施方式适用于对叶片高中央部的最小壁厚t0进行设定时，负压面30的曲率半径为R2，正压面31的曲率半径为R1，且保持R2>R1关系式的叶轮叶片20，但是并不局限于该示例，例如如图8所示，在正压面31是朝向内侧膨出且曲率半径为R3的弯曲24，且负压面30为直线的场合下，叶片高度中央部的最小壁厚t01由下述公式设定。
即叶片叶轮20在下环21侧的壁厚为tb1，上冠22侧的壁厚为tc1时，最小壁厚t01设定在
t01/{(tc1+tb1)/2}≤0.85  (式8)
的范围内。该最小壁厚to1的设定式由实验值获取。
因而在本实施方式中，由于正压面31的曲率半径为R3且负压面30为直线的叶轮叶片2的叶片高度中央部中的最小壁厚to1设定在
t01/{(tc1+tb1)2/}≤0.85  (式9)
的范围内，因而能够以比现有技术轻的材料重量对动力水进行充分处理，有助于成本控制。
图9是表示从叶轮中取出1个叶轮叶片的本发明的轴向辐流式水泵水轮机的第6实施方式的示意图。
在本实施方式中，与图3所示实施方式相同，在水轮机发电运转时从叶轮叶片20的后缘(泵运转时的前缘)23朝向动力水上游侧的叶片中间位置N1、N2---上形成弯曲24a1、24a2---，在这些弯曲24a1、24a2---中，相对于连接上冠侧叶片连接端部25a1、25a2----和下环侧叶片连接端部26a1、26a2----的直线P1、P2----，具备最大部M1、M2---，并且由最大部M1、M2---和上冠侧叶片连接端部25a1、25a2----相连的直线Q1、Q2----与最大部M1、M2---和下环侧叶片连接端部26a1、26a2----相连的直线R1、R2----所形成的角度α1、α2----也可以设定在α1、α2----≤150°的范围内，在水轮机发电运转中叶片叶轮20的前缘28为直线U，并且该直线U从上冠侧前缘连接端部32a朝向上游侧倾斜状地与下环侧前缘连接端部32b相连。
因而在本实施方式中，由于在水轮机发电运转中从叶片叶轮20的后缘23朝向动力水的上游侧的叶片中间部位置N1、N2---上具备最大部M1、M2---，并且由最大部M1、M2---和上冠侧叶片连接端部25a1、25a2----相连的直线Q1、Q2----与最大部M1、M2---和下环侧叶片连接端部26a1、26a2----相连的直线R1、R2----所形成的角度α1、α2----设定在α1、α2----≤150°的范围内，能够使动力水的流速分布均匀化，并且在水轮机发电运转中叶片叶轮20的前缘28为直线U，形成为直线U的前缘28从上冠侧前缘连接端部32a朝向上游侧倾斜状地与下环侧前缘连接端部32b相连，能够确保进一步扩大下环21侧的叶轮叶片润湿面积，使整流效果扩大，因而能够使水轮机部分负荷运转时的能量损失减少，在泵运转时，能够遏制动力水的逆流。
图10是表示本发明的轴向辐流式水泵水轮机的第7实施方式的示意图。
而且，图10是水轮机发电运转时，从叶轮叶片的出口侧(吸出管侧)看到的视图。
本实施方式具有下述结构，即连接水轮机发电运转时的叶片叶轮20的后缘23的上冠侧后缘连接端部25和下环侧后缘连接端部26的是后缘线V，在水轮机发电运转时，从上冠侧后缘连接端部25使下环侧后缘连接端部26相对于主轴27的旋转方向向逆向位置后退。此时，后缘线V也可以是直线，而且，也可以朝向与水轮机发电运转时旋转方向相反方向膨出地弯曲。
这样在本实施方式中，由于从后缘线V的上冠侧后缘连接端部25使下环侧后缘连接端部26相对于水轮机发电运转时的旋转方向朝逆向位置后退，能够确保下环21侧叶片叶轮的湿润面积进一步扩大，使动力水的速度分布均匀，因此，能够使动力水的速度分布均匀化，并可遏制水轮机部分负荷运转时的能量损失，进而遏制泵运转时动力水的逆流。

Claims (7)

1.一种轴向辐流式水泵水轮机，设有叶轮，该叶轮沿主轴的周向配置了朝向叶片高度方向、底部侧由下环支撑且其头部侧由上冠支撑的叶轮叶片，其特征在于：在水轮机发电运转时，在所述叶轮叶片的后缘上形成朝向所述主轴侧膨出的弯曲，并且相对于连接上冠侧后缘连接端部与下环侧后缘连接端部的直线，在所述弯曲上设置有最大部，所述上冠侧后缘连接端部是连接所述后缘和所述上冠的，所述下环侧后缘连接端部是连接所述后缘和所述下环的，并且当连接所述最大部和所述上冠侧后缘连接端部的直线与连接所述最大部和所述下环侧后缘连接端部的直线所形成的角度为α时，将角度α设定在α≤150°的范围内。
2.根据权利要求1所述的轴向辐流式水泵水轮机，其特征在于：具有形成在所述后缘上的最大部的弯曲以及角度α一起还设置在从所述后缘朝向上游侧的叶轮叶片的中间位置上，该角度α为连接最大部和上冠侧后缘连接端部的直线与连接所述最大部和下环侧后缘连接端部的直线形成的角度并被设定在α≤150°的范围内。
3.根据权利要求1所述的轴向辐流式水泵水轮机，其特征在于：当所述最大部与连接所述上冠侧后缘连接端部和所述下环侧后缘连接端部的直线之间的距离设为S，所述主轴和所述下环侧后缘连接端部之间的距离设为Rb时，将距离比S/Rb设定在
S/Rb≥0.05
的范围内。
4.根据权利要求1所述的轴向辐流式水泵水轮机，其特征在于：所述叶轮叶片使正压面和负压面都形成为朝向内侧膨出的弯曲，并且当所述上冠侧的壁厚设为tc，所述下环侧的壁厚设为tb，叶片高度方向的中央部的最小壁厚设为t0时，最小壁厚t0设定在
t0/{(tc+tb)/2}≤0.90
的范围内。
5.根据权利要求1所述的轴向辐流式水泵水轮机，其特征在于：所述叶轮叶片负压面形成为直线，正压面形成为朝向内侧膨出的弯曲，并且，所述上冠侧的壁厚设为tc1，所述下环侧的壁厚设为tb1，叶片高度方向的中央部的最小壁厚设为t01时，将最小壁厚t01设定在
t01/{(tc1+tb1)/2}≤0.85
的范围内。
6.根据权利要求1所述的轴向辐流式水泵水轮机，其特征在于：所述叶轮叶片在从后缘朝向上游侧的叶片中间位置形成弯曲，相对于连接上冠侧翼连接端部与下环侧翼连接端部的直线，在所述弯曲上设置了最大部，并且，将连接所述最大部和上冠侧翼连接端部的直线与连接所述最大部和所述下环侧翼连接端部的直线所形成的角度设为α时，将角度α设定在α≤150°的范围内，所述上冠侧翼连接端部是与所述上冠连接的，并且，将所述叶轮叶片的前缘形成为直线状，使形成为直线的前缘从上冠侧前缘连接端部朝向上游侧倾斜状地与下环侧前缘连接端部相连。
7.根据权利要求1所述的轴向辐流式水泵水轮机，其特征在于：所述叶轮叶片的后缘构成为，使连接上冠侧后缘连接端部与下环侧后缘连接端部的后缘线相对于所述主轴的水轮机发电运转旋转方向向逆向位置后退，所述上冠侧后缘连接端部是连接所述后缘和所述上冠的，所述下环侧后缘连接端部是连接所述后缘和所述下环的。
CNB2006101495153A 2005-10-12 2006-10-12 轴向辐流式水泵水轮机 Active CN100513776C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP297423/2005 2005-10-12
JP2005297423A JP4751165B2 (ja) 2005-10-12 2005-10-12 フランシス形ポンプ水車

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1948744A CN1948744A (zh) 2007-04-18
CN100513776C true CN100513776C (zh) 2009-07-15

Family

ID=38018338

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2006101495153A Active CN100513776C (zh) 2005-10-12 2006-10-12 轴向辐流式水泵水轮机

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7682134B2 (zh)
JP (1) JP4751165B2 (zh)
CN (1) CN100513776C (zh)
BR (1) BRPI0604288B1 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5135033B2 (ja) * 2008-04-11 2013-01-30 株式会社東芝 軸流水力機械のランナベーン
CN101560936B (zh) * 2009-05-27 2010-12-08 南京星飞冷却设备有限公司 水动节能型冷却塔直联低速小型混流式水轮机用转轮
JP6239258B2 (ja) * 2013-04-24 2017-11-29 株式会社東芝 軸流水車
DE102014017372A1 (de) * 2014-11-24 2016-05-25 Rudolf Schilling Pumpturbine sowie Pumpspeicherkraftwerk mit einer solchen Pumpturbine

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1509653A (en) * 1921-09-01 1924-09-23 Kaplan Victor Runner wheel for turbines, etc.
US2042064A (en) * 1932-12-24 1936-05-26 American Voith Contact Co Inc Runner for centrifugal machines
US3874819A (en) * 1972-05-12 1975-04-01 Hitachi Ltd Francis type runner for pump turbine
JPS5918553B2 (ja) * 1975-12-16 1984-04-27 株式会社東芝 ランナ
NO303590B1 (no) * 1996-08-02 1998-08-03 Kvaerner Energy As L°pehjul
JP2000136766A (ja) 1998-11-04 2000-05-16 Hitachi Ltd ポンプ水車ランナ
US7198470B2 (en) * 2003-06-16 2007-04-03 Kabushiki Kaisha Toshiba Francis turbine
JP4280127B2 (ja) * 2003-08-11 2009-06-17 株式会社東芝 フランシス形ランナ
JP2005171869A (ja) * 2003-12-11 2005-06-30 Hitachi Ltd ポンプ水車ランナ

Also Published As

Publication number Publication date
US7682134B2 (en) 2010-03-23
CN1948744A (zh) 2007-04-18
BRPI0604288B1 (pt) 2020-12-01
US20070140852A1 (en) 2007-06-21
JP2007107418A (ja) 2007-04-26
JP4751165B2 (ja) 2011-08-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2491444C1 (ru) Непосредственно соединенная тихоходная малая гидротурбина диагонального типа, применяемая в гидродинамической энергосберегающей охлаждающей башне
JP5117349B2 (ja) 水力機械
CN102144089B (zh) 水力设备
CN100513776C (zh) 轴向辐流式水泵水轮机
CN101560936B (zh) 水动节能型冷却塔直联低速小型混流式水轮机用转轮
CN101725740A (zh) 一种叶轮式防水锤静音止回阀
JP5135033B2 (ja) 軸流水力機械のランナベーン
EP3172431B1 (en) Francis turbine with short blade and short band
CN103912434B (zh) 一种小水电轴流式水轮机装置
EP2176521B1 (en) Steam turbine stage
JP4768361B2 (ja) フランシス形ランナ及び水力機械
JP2004150357A (ja) 蒸気タービン
CN105697215A (zh) 水力机械
CN202194767U (zh) 轴流式水轮机新型转轮
CN100398811C (zh) 轴向辐流式涡轮机
CN100427753C (zh) 一种h型流道转轮的混流式水轮机
CN102434215A (zh) 一种外转子流体动力机
CN105863930B (zh) 一种小型一体式水轮发电机组
JP2011140956A (ja) フランシス形ポンプ水車
JP2013092156A (ja) フランシス形ポンプ水車
CN213598112U (zh) 一种具有新型尾水管的双向贯流式水轮机
CN107762713A (zh) 一种适用于大流量的多功能减压阀
CN220791313U (zh) 一种带分流叶片的半开式向心涡轮
CN101776165A (zh) 一种叶轮式壳体的防水锤静音止回阀
CN105909450A (zh) 轴流式水力机械、其叶轮及其叶轮叶片

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant