CN102536593A

CN102536593A - 应用于冷却塔的超低比转速长短型叶片转轮

Info

Publication number: CN102536593A
Application number: CN2011104440628A
Authority: CN
Inventors: 杨春霞; 郑源
Original assignee: Hohai University HHU
Current assignee: Hohai University HHU
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2012-07-04

Abstract

本发明公开一种应用于冷却塔的超低比转速混流式水轮机长短型叶片转轮。本发明的混流式水轮机长短型叶片转轮主要包括：上冠、下环及若干连接在上冠与下环间的曲面叶片，转轮高压侧，为长叶片进水边和短叶片进水边；转轮低压侧，为长叶片出水边和短叶片出水边，在两长叶片之间布置有短叶片，短叶片长度小于长叶片长度，且靠近长叶片出水边所在的一端布置。与现有技术相比，本发明有了短叶片可使转轮出水速度均匀，减少水力损失，具有较好的水力条件，避免了流道中产生回流的现象，从而降低振动，使水力效率得到提高。

Description

应用于冷却塔的超低比转速长短型叶片转轮

技术领域

本发明涉及水轮机的转轮，确切的说是涉及转轮中各单元叶片的改进。

背景技术

随着科学技术的提高和社会生产力的发展，水轮机除了与发电机配套发电外，在其他领域也得到越来越多的应用。与常规水轮机相比，非发电用的水轮机在比转速、结构、工作参数等方面有较大的差异。经过长期技术发展，混流式水轮机已基本定型，但是转轮的叶片翼型的微小改进可能对水轮机效率产生较大影响，寻求更为合理翼型结构仍然是设计者不断追求目标。长短叶片转轮以其运行稳定，抗磨蚀性能好、效率高的特点，得到较普遍的认可。

用于代替冷却塔风扇电动机的节能水轮机工作在特殊的场合，所以必须考虑冷却塔的特点：水能回收装置带动的是减速器或风机，不存在水轮机中甩或减负荷的情况，所以不必考虑飞逸情况。由于冷却塔供水由专设的水泵来满足，可利用的进塔水头和流量常年稳定，这是一个非常好的情况。水轮机中需要根据负荷以及水库水位的变化，调整水轮机的运行方式，以保证水轮机在高效率区间运行。风扇一般安装在冷却塔顶部，所以水能回收装置也是安装在冷却塔顶部，安装环境比较复杂，横向和轴向尺寸受到一定的限制。

目前已有的应用于冷却塔的水轮机，由于比转速低，转轮的叶片较长，进口处与出口处半径相差较大。在低比转速转轮中，辐流成分是主要的，在哥氏力的作用下，两叶片之间的水流流速分布很不均匀，特别是在低负荷工况运行时，可能在叶片正面的某些部位水流速度为零，甚至出现负流而形成一个涡流区，这将大大降低水轮机的效率，并引起振动。

发明内容

本发明所解决的技术问题：

本发明要解决的技术问题就是：设计出一种转轮，使转轮出水速度均匀，减少水力损失，具有较好的水力条件，避免流道中产生回流的现象，从而降低振动，使水力效率得到提高。

本发明所使用的技术方案：

本发明所涉及的部位为叶片进出水边、转轮的上冠和下环，通过叶片出水边及上冠、下环几何形状及尺寸的变化，达到改善水轮机水力性能的目的。具体而言，本发明一种混流式水轮机长短型叶片转轮，主要包括：上冠、下环及若干连接在上冠与下环间的曲面叶片；转轮高压侧，即水流流入侧，为长叶片进水边和短叶片进水边；转轮低压侧，即水流流出侧，为长叶片出水边和短叶片出水边；所述短叶片布置在所述两长叶片之间，所述短叶片长度小于所述长叶片长度，且靠近所述长叶片出水边所在的一端布置。

本发明所述短叶片长度小于所述长叶片长度的一半时，有更佳的效果。

本发明的低比转速水轮机转轮高度与低比转速水轮机转轮进水口直径的比值为0.8～1。低比转速水轮机转轮的出水口直径与低比转速水轮机转轮进水口直径的比值为2.5～2.7。

本发明的低比转速水轮机转轮叶片数为14～17。

本发明长叶片出水边延长线与转动中心轴相交，长叶片进水边延长线与转动中心轴相交，所述长叶片进水边与所述长叶片出水边夹角在120°～130°之间。

本发明叶片在上冠处的翼型断面的中线长度与叶片在下环处的翼型断面的中线长度比值在1～1.1之间。

本发明所涉及的部位为叶片进出水边、转轮的上冠和下环，通过叶片出水边及上冠、下环几何形状及尺寸的变化，达到改善水轮机水力性能的目的。

有益效果：

与现有技术相比，本发明解决了上述所述的现有技术中应用于冷却塔的低比转速混流式水轮机效率低，振动，结构复杂的技术问题。

具体而言，长短叶片转轮设计具有以下优点：

（1）有了短叶片可使转轮出水速度均匀，减少水力损失，具有较好的水力条件，避免了流道中产生回流的现象，从而降低振动，使水力效率得到提高。

（2）部分负荷效率提高，即具有较宽的高效率区，从而也提高了水轮机的加权平均效率。

（3）长短叶片型转轮的叶片较薄，简化了厚度变化，便于采用钢板模压，从而降低了成本，且质量轻，高处作业难度降低，增加了冷却塔的运行环境安全性。

水轮机结构简单，运转平稳，因此只要达到材料设计强度和密封，其寿命是长期的。一旦出现故障，维修也极为简单，更换一些标准件即可，比电机减速器的维修要省却许多麻烦。

附图说明

图1 为本发明水轮机的正视图；

图2 为本发明水轮机的俯视图；

图3 为本发明的长叶片示意图；

图4为本发明实施例示意图。

附图标记说明：0、转轮的转动中心，1、上冠，2、下环，3、曲面叶片，4、长叶片进水边，5、短叶片进水边，6、长叶片出水边，7、短叶片出水边，9、风筒，10、风叶，11、水轮机，12、布水管，13、填料，14、塔体，15、进水口，16、出水口；B0、转轮高度，D1、转轮进水口直径，D2、转轮出水口直径，θ、长叶片进水边与出水边夹角。

具体实施方式

下面结合各附图，对本发明的优选实施方式进行说明。如图4所示为本发明应用于冷却塔的具体示意图，本发明的基础转轮结构如图1所示，主要包括：上冠1、下环2及若干连接在上冠与下环间的曲面叶片3，转轮高压侧，即水流流入侧为叶片进水边，转轮低压侧，即水流流出侧为叶片出水边，在两长叶片之间布置有短叶片，短叶片长度小于所述长叶片长度的一半，且靠近所述长叶片出水边所在的一端布置。

本发明长叶片出水边延长线与转动中心O相交，长叶片进水边延长线与转动中心O相交，长叶片叶片进水边与出水边夹角θ在120°～130°之间，如图3所示。

本发明的低比转速水轮机转轮高度B0与低比转速水轮机转轮进水口直径D1的比值为0.8～1，低比转速水轮机转轮的出水口直径D2与低比转速水轮机转轮进水口直径D1的比值为2.5～2.7。低比转速水轮机转轮叶片数为14～17。

本发明的工作原理：利用冷却塔中循环冷却水所具有的富余能量推动水轮机转动，水流在经过水轮机转轮时，一方面沿叶片之间的流道运行，另一方面又随着转轮的转动而旋转，因而水流质点的运动是一种复合运动，其流动是一种复杂的三维流动。转轮之所以能够转动，是因为转轮叶片上的作用力，叶片的形状在空间是一个扭曲面。水轮机叶型的凹面构成叶片的正面，凸面构成叶片的背面，流道对水流产生约束，使水流不断地改变其运动的速度大小和方向，在这个过程中，叶片凹面压强大于凸面压强，因而在叶型上受到一个从凹面指向凸面的作用力，这个作用力就是叶型的升力。水轮机转轮叶片上的作用力就是依靠正面与背面的压力差而形成的，转轮正是在这个力的作用下被“推”着旋转。在冷却塔中，水轮机的转动会带动安装在水轮机上方的风机旋转，从而达到制冷的目的。水轮机轴直接输出风机，不需再通过其它减速器等，且随着水流量的变化而风量相应变化，始终稳定在较好的气水比。

Claims

1.一种混流式水轮机长短型叶片转轮，主要包括：上冠（1）、下环（2）及若干连接在所述上冠（1）与所述下环（2）间的曲面叶片（3），其特征在于：曲面叶片包括长叶片和短叶片，转轮高压侧为长叶片进水边（4）和短叶片进水边（5），转轮低压侧为长叶片出水边（6）和短叶片出水边（7），所述短叶片布置在所述两长叶片之间，所述短叶片长度小于所述长叶片长度，且靠近所述长叶片出水边（6）所在的一端布置。

2.如权利要求1所述的混流式水轮机长短型叶片转轮，其特征在于：所述短叶片长度小于所述长叶片长度的一半。

3.如权利要求1所述的混流式水轮机长短型叶片转轮，其特征在于：所述长叶片出水边（6）延长线与转动中心轴（O）相交，所述长叶片进水边（4）延长线与转动中心轴（O）相交，所述长叶片进水边（4）与所述长叶片出水边（6）夹角（θ）在120°～130°之间。

4.如权利要求1所述的混流式水轮机长短型叶片转轮，其特征在于：转轮高度（B0）与转轮进水口直径（D1）的比值为0.8～1，转轮的出水口直径（D2）与转轮进水口直径（D1）的比值为2.5～2.7。

5.如权利要求1所述的混流式水轮机长短型叶片转轮，其特征在于：所述转轮的叶片数为14～17。

6.如权利要求1所述的混流式水轮机长短型叶片转轮，其特征在于：叶片在上冠处的翼型断面的中线长度与叶片在下环处的翼型断面的中线长度比值在1～1.1之间。