CN102182622A - 一种六工况双向潮汐发电水轮机 - Google Patents

一种六工况双向潮汐发电水轮机 Download PDF

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Abstract

本发明属于流体机械及工程设备技术领域，特别涉及一种采用全新导叶型线和转轮叶片厚度分布规律的六工况双向潮汐灯泡贯流式水轮机。该机组包括进水管、灯泡头、管型座、导叶、转轮和尾水管，对导叶形状进行了设计，采用了全新的导叶型线，使流动更加顺畅，流道中的阻力损失更小；对转轮叶片进行了设计，采用S型转轮叶片，从进口到出口采用了新的厚度变化规律，保证正反双向水轮机运行时都具有较高的效率。相比常规潮汐机组提高了正反双向水轮机的效率，减小了振动和压力脉动，增加了转轮机械强度，减小了转轮叶片动应力，使转轮叶片出现裂纹几率大大降低，水轮机的运行稳定性得以提高。

Description

一种六工况双向潮汐发电水轮机
技术领域
本发明属于流体机械及工程设备技术领域，特别涉及一种采用全新导叶型线和转轮叶片厚度分布规律的六工况双向潮汐灯泡贯流式水轮机。
背景技术
国内外已建成和再建的潮汐发电站主要采用灯泡贯流式机组。与其他水轮机组相类似，潮汐发电机组的性能在很大程度上取决于内部流动状况和机组的动力特性。在水力设计研究中，水轮机的流场分析主要依靠CFD计算与模型试验，通过几十年的研究发展，目前已经可以比较准确地预测水力性能和不定常流动特性，并进一步开展了较多的流动诱导的动力特性研究。
新型双向潮汐发电机组运行工况复杂，包括正向水轮机、正向水泵、正向泄水、反向水轮机、反向水泵和反向泄水共6个工况。由于潮汐机组双向运行的特点，要求正向水轮机工况和反向水轮机工况都要具备较高的效率，传统的水力设计方法只能保证单向水轮机工况的效率，不能保证发电量最大。另外潮汐机组由于水头变化快，水力波动大，造成机组运行稳定性差，振动和压力脉动较大，转轮叶片动应力较大，极易使转轮叶片产生裂纹。
发明内容
本发明的目的是提出一种高效率的新型六工况双向潮汐发电水轮机。
本发明的技术方案为：
该水轮机包括依次连接的进口管、管型座和尾水管，以及设置在管型座内的灯泡体、与灯泡体尾端和管型座内壁连接的多片导叶、安装在管型座和尾水管交界处的转轮。
为增大过流量，所述导叶的中间截面采用了新的型线，该型线共有20个点，各点在直角坐标系中的位置如表1所示：
表1：导叶中间截面型线坐标点
  序号   401   402   403   404   405   406   407   408   409   410
  X   -39.51   -35.33   -26.35   -16.72   -8.31   0   8.31   16.69   26.35   35.33
  Y   -4.58   -0.27   2.62   3.98   4.53   4.5   4   6.81   0.32   -3.09
  序号   411   412   413   414   415   416   417   418   419   420
  X   39.77   35.33   26.35   16.69   8.31   0   -8.31   -16.69   -26.35   -35.33
  Y   -5.72   -5.72   -4.84   -4.09   -3.82   -3.59   -3.67   -3.94   -4.41   -5.06
所述转轮的结构为：在轮毂体的侧面均匀安装多个水轮机叶片，该水轮机叶片可以绕着自身的枢轴旋转；
所述水轮机叶片的中间截面采用了新的型线，该型线共有20个点，各点在直角坐标系中的位置如表2所示：
表2：水轮机叶片中间截面型线坐标点
  序号   801   802   803   804   805   806   807   808   809   810
  X   -81.6   -65.42   -48.84   -32.27   -14.9   0   14.9   32.27   48.84   65.42
  Y   37.82   32.14   24.78   17.26   9.96   4.55   -1.97   -10.5   -19.22   -28.69
  序号   811   812   813   814   815   816   817   818   819   820
  X   80.05   65.42   48.84   32.27   14.9   0   -14.9   -32.27   -48.84   -65.42
  Y   -41.82   -35.24   -27.66   -19.99   -11.94   -5.47   0.5   7.97   16.24   25.43
所述水轮机叶片的数量为4个。
本发明的有益效果为：相对于其他现有潮汐机组提高了正反双向水轮机效率，减小了振动和压力脉动，增加了转轮机械强度，减小了转轮叶片动应力，使转轮叶片出现裂纹几率大大降低，机组的运行稳定性得以提高。
附图说明
图1为所述双向潮汐发电水轮机结构的示意图；
图2为所述双向潮汐发电水轮机转轮的结构示意图；
图3为所述双向潮汐发电水轮机导叶图；
图4为所述双向潮汐发电水轮机转轮叶片图；
图5为所述双向潮汐发电水轮机导叶中间截面示意图；
图6为所述双向潮汐发电水轮机导叶水轮机叶片中间截面示意图。
图中标号：
1-进口管；2-灯泡体；3-管型座；4-导叶；5-转轮；
6-尾水管；7-轮毂体；8-转轮叶片。
具体实施方式
本发明提供了一种六工况双向潮汐发电水轮机，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
如图1所示，该该水轮机包括依次连接的进口管1、管型座3和尾水管6，以及设置在管型座3内的灯泡体2、与灯泡体2尾端和管型座3内壁连接的多片导叶4、安装在管型座3和尾水6管交界处的转轮5。
如图2所示，转轮5的结构为：轮毂体7的侧面安装多个水轮机叶片8，水轮机叶片8可以绕着自己的枢轴旋转，在此选用4片水轮机叶片。
如图3和图5所示，导叶4的中间截面设计成全新的型线，该导叶型线是由两段首尾相连接的曲线组成的闭合曲线，从型线上取20个点，各点在直角坐标系中的位置如表1所示：
表1：导叶中间截面型线坐标点
  序号   401   402   403   404   405   406   407   408   409   410
  X   -39.51   -35.33   -26.35   -16.72   -8.31   0   8.31   16.69   26.35   35.33
  Y   -4.58   -0.27   2.62   3.98   4.53   4.5   4   3.15   0.32   -3.09
  序号   411   412   413   414   415   416   417   418   419   420
  X   39.77   35.33   26.35   16.69   8.31   0   -8.31   -16.69   -26.35   -35.33
  Y   -5.72   -5.72   -4.84   -4.09   -3.82   -3.59   -3.67   -3.94   -4.41   -5.06
拟合后的两条曲线的方程分别为：
y＝-0.00003x3-0.0056x2-0.0601x+4.9358；
y＝0.000004x2-0.0013x2-0.0104x-3.6596。
如图4和图6所示，为保证转轮的水力性能和结构强度，将水轮机叶片8的中间截面设计成两段首尾相接的曲线组成的闭合曲线，从型线上取20个点，各点在直角坐标系中的位置如表2所示：
表2：水轮机叶片中间截面型线坐标点
  序号   801   802   803   804   805   806   807   808   809   810
  X   -81.6   -65.42   -48.84   -32.27   -14.9   0   14.9   32.27   48.84   65.42
  Y   37.82   32.14   24.78   17.26   9.96   4.55   -1.97   -10.5   -19.22   -28.69
  序号   811   812   813   814   815   816   817   818   819   820
  X   80.05   65.42   48.84   32.27   14.9   0   -14.9   -32.27   -48.84   -65.42
  Y   -41.82   -35.24   -27.66   -19.99   -11.94   -5.47   0.5   7.97   16.24   25.43
拟合后的两条曲线的方程分别为：
y＝-0.0005x2-0.4551x+4.1241，
y＝0.0001x2-0.4556x-5.8193。
本发明在TH-CX-02模型机组上进行了测试，分析了各部分流道的流动损失，分析了流道形状变化对能量性能、空化性能和稳定性的影响，分析了不同运行工况的水力性能。通过测试数据和实际效果，可以发现，使用本发明的机组相对于其他现有潮汐机组提高了正反双向的效率，其中正向水轮机效率达到了87.02％，反向水轮机效率达到了78.14％，同时减小了振动和压力脉动，增加了转轮机械强度，减小了转轮叶片动应力，使转轮叶片出现裂纹几率大大降低，水轮机的运行稳定性得以提高。

Claims (2)

1.一种六工况双向潮汐发电水轮机，包括依次连接的进口管(1)、管型座(3)和尾水管(6)，以及设置在管型座(3)内的灯泡体(2)、与灯泡体(2)尾端和管型座(3)内壁连接的多片导叶(4)、安装在管型座(3)和尾水管(6)交界处的转轮(5)，其特征在于，
为增大过流量，所述导叶(4)的中间截面采用了新的型线，该导叶型线是由两段首尾相连接的曲线组成的闭合曲线，该型线上20个点在直角坐标系中的坐标如下表所示：
  序号   401   402   403   404   405   406   407   408   409   410   X   -39.51   -35.33   -26.35   -16.72   -8.31   0   8.31   16.69   26.35   35.33   Y   -4.58   -0.27   2.62   3.98   4.53   4.5   4   6.81   0.32   -3.09   序号   411   412   413   414   415   416   417   418   419   420   X   39.77   35.33   26.35   16.69   8.31   0   -8.31   -16.69   -26.35   -35.33   Y   -5.72   -5.72   -4.84   -4.09   -3.82   -3.59   -3.67   -3.94   -4.41   -5.06
所述转轮(5)的结构为：在轮毂体(7)的侧面均匀安装多个水轮机叶片(8)，该水轮机叶片(8)可以绕着自身的枢轴旋转；
所述水轮机叶片(8)的中间截面采用了新的型线，该型线是由两段首尾相连接的曲线组成的闭合曲线，该型线上20个点在直角坐标系中的位置如下表所示：
  序号   801   802   803   804   805   806   807   808   809   810   X   -81.6   -65.42   -48.84   -32.27   -14.9   0   14.9   32.27   48.84   65.42   Y   37.82   32.14   24.78   17.26   9.96   4.55   -1.97   -10.5   -19.22   -28.69   序号   811   812   813   814   815   816   817   818   819   820   X   80.05   65.42   48.84   32.27   14.9   0   -14.9   -32.27   -48.84   -65.42   Y   -41.82   -35.24   -27.66   -19.99   -11.94   -5.47   0.5   7.97   16.24   25.43
2.一种六工况双向潮汐发电水轮机，其特征在于，所述水轮机叶片(8)的数量为4个。
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