CN101571093A - 离心式水轮机 - Google Patents

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Abstract

“离心式水轮机”是一项原创性发明，在结构上由叶管和轮毂构成。叶管的数量按流量设计，叶管的进口为扇形、以确保每一滴水都进入叶管。叶管为三维空间叶管，高速水流轴向进入叶管并沿着叶管作高速离心运动，离心力作功推动水轮机旋转，这就是离心式水轮机的工作原理，其效率高达96％，而且高效率区很宽。当前、水力发电领域使用的冲击式水轮机、混流式水轮机……都存在缺点。冲击式水轮机的安装高程一般必须高出最高尾水位一定高度，所以水头利用不充分。而离心式水轮机可在液面下正常工作，用离心式水轮机替代冲击式水轮机，全年可多发5～10％电量；混流式水轮机高效率区的范围相对较小，而离心式水轮机的高效率区很宽，所以用离心式水轮机替代混流式水轮机，全年可多发5～10％的电量。“离心式水轮机”实质上就是一种“万能水轮机”，适用于水力发电各个领域、各种工况。

Description

离心式水轮机
技术领域：
本发明涉及水力发电领域，特别涉及的是一种水轮机。
背景技术：
当前、广泛使用的水轮机，有冲击式水轮机、混流式水轮机、轴流式水轮机……但它们都存在缺点：
冲击式水轮机的安装髙程一般必须髙出最髙尾水位一定髙度，所以水头利用不充分，其结果是全年累计少发不少电量。
混流式水轮机的最髙效率较髙，但髙效率区的范围相对较小。对于某一特定水头、特定流量，或者说对于某一特定工况，可以对转轮精心设计、精细加工，转轮在这一工况点效率很髙。三峡水电站水轮机在额定水头80.6m、额定流量991.8m3/s，其效率髙达96.26％。但离开这最佳工况其效率会降低，甚至会降低很多；在髙水头小流量工况、还会产生机振，影响设备的安全运行。
轴流转桨式水轮机多一套转轮叶片调正机构，制造难度较大工艺相对复杂，单位造价较高。
发明内容：
“离心式水轮机”是一项原创性发明。
1、结构特点：离心式水轮机由叶管和轮毂构成。叶管的数量报据流量设计，叶管的进水口为扇形、确保每一滴水流都进入叶管，叶管的出口为圆形或者矩形。
2、叶管：叶管是三维空间叶管。如图1图2所示，水流在叶管内同时绕A、B、C三轴运动；A轴实轴水轮机轴，B轴(虚轴)垂直轴，C轴(虚轴)水平轴。水流在叶管内绕C轴旋转90°，绕B轴旋转θ角。
3、离心式水轮机的工作原理：高速水流轴向进入叶管并沿着叶管绕B轴旋转，相对于A轴水流作高速离心运动，靠离心力作功推动水轮机旋转，这就是离心式水轮机的工作原理。
4、效率髙：髙速水流把水流的速度能和压力能100％传遞给叶管、传遞给水轮机，在叶管出口、水流径向喷射，高速水流的动能全部转换为水轮机的旋转机械能，扣除水流摩擦和机械损耗、水轮机效率可达96％。
5、髙效率区范围很宽：水流在叶管内流动每时每刻都垂直于叶管横截面(与叶管轴线垂直的截面)，水流在叶管内流动所形成的流场为线性流场，水流在叶管内作线性运动。因此无论水头髙、低，流量大、小，水轮机都在髙效区工作！
6、安全运行：髙速水流在叶管内作线性运动，几乎把全部能量都“匹配”地传遞给叶管、传遞给水轮机，产生机振的“失配”能量很小。因此，无论水头髙、低，流量大、小，或者说水轮机无论处于何种工况都能全安运行。
离心式水轮机的应用：
1、替代冲击式水轮机可多发5～10％的电量。冲击式水轮机的安装髙程一般必须髙出最髙尾水位一定髙度，所以水头利用不充分。而离心式水轮机可在液面下正常工作，没有安装髙程的限制，可充分利用水头多发电。
2、混流式水轮机的最髙效率较髙，但髙效区的范围相对较小，或者说混流式水轮机在大部分工况、效率相对较低，低效率就等于少发电。离心式水轮机效率可达96％，髙效区范围非常宽，所以用离心式水轮机替代混流式水轮机，全年可多发5～10％电量。
“提髙自主创新能力，建设创新型国家”是全国人民宏伟的奋斗目标。在水力机械设计中最核心的工作就是选择好水轮机，“离心式水轮机”必将逐步替代冲击式水轮机，逐步替代混流式水轮机，……
“离心式水轮机”实质上就是一种“万能水轮机”，适用于水力发电各个领域、各种工况。
附图说明：
图1是叶管；图2是离心式水轮机；1-叶管，2-轮毂，3-叶管出口，4-叶管进口，5-水流出口，6-水流进口，7-水轮机旋转方向。图3是离心式水轮机工作示意图；1-发电机，2-主轴，3-水轮机水流出口方向，4-液面，5-离心式水轮机，6-输水管水流进口方向，6-水轮机水流进口方向，7-输水压力钢管。
如图1图2所示：水流轴向进入叶管，水流在叶管内同时绕A、B、C三轴运动；A轴实轴水轮机轴，B轴(虚轴)垂直轴，C轴(虚轴)水平轴。水流在叶管内绕C轴旋转90°，绕B轴旋转θ角。如图3所示：水流从髙水位经过压力输水钢管7，轴向进入水轮机5驱动水轮机旋转，通过主轴2带动发电机1发电。
用最新最好的水轮机，挖掘水力资源的潜能，多发5～10％的电力，造福人类！
具体实施方式：合作互利！

Claims (7)

1、离心式水轮机包括：叶管，叶管进水口、叶管出水口；水轮机进水口、水轮机出水口，其特征在于高速水流轴向进入叶管并在叶管内作高速离心运动，在水轮机最大半径处径向喷射，靠离心力作功推动水轮机旋转。
2、报据权利要求1所述，叶管是三维空间叶管，其特征在于水流在叶管内同时绕A、B、C三轴运动。
3、报据权利要求1所述，叶管的进水口为扇形，其特征在于使每一滴水都进入叶管。
4、报据权利要求1所述，叶管的出水口可设计为矩形，其特征在于提高效率。
5、报据权利要求1所述，叶管的数量报据流量设计。
6、根据权利要求1所述，水轮机的进水口为圆形管状进水口，其特征在于确保每一滴水都进入叶管、进入水轮机。
7、报据权利要求1所述，水轮机出水口(即叶管出水口)均布在水轮机最大半径处，其特征在于水轮机可获得最大转矩。
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Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20091104