CN104712488A - 带有二次调节导叶机构的混流式水轮机组及其发电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带有二次调节导叶机构的混流式水轮机组，包括从外到内同心且不接触设置的固定导叶，首级调节导叶、次级调节导叶和转轮，固定导叶环形分布设置在蜗壳的内侧，蜗壳底面中部连接有尾水管，转轮固定在主轴上。本发明还公开了利用上述水轮机组进行发电的方法，水流依次经过蜗壳、固定导叶、首级调节导叶和次级调节导叶，然后带动转轮运动，进而带动发电机的转子运动进而发电。本发明一种带有二次调节导叶机构的混流式水轮机组，通过首级调节导叶和次级调节导叶的双重控制改善机组在小流量工况下转轮流道内的流态、从而提高机组在小流量的工况下的效率，保证其安全运行的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于流体机械及工程设备技术领域，具体涉及一种带有二次调节导叶机构的混流式水轮机组，本发明还涉及利用上述水轮机组进行发电的方法。
背景技术
混流式水轮机用于水头30～700m的大、中型水电站。而中、小型混流式水轮机则可用于水头为20～400m的水电站。驱动水轮发电机旋转而发出电能。水流流经转轮是径向式的，导出机构为径向式的。导叶开度可随负荷的改变而进行调节。转轮是由上冠、下环及固定在其中间的一定数量流线型叶片所组成。混流式水轮机又称法兰斯式水轮机，水流由径向进入转轮，大体沿轴向流出。混流式水轮机应用水头范围较大，结构简单，运行可靠，效率高。是现代应用最广泛的水轮机之一。
然而，当混流式水轮机在小流量工况时，水流经过较小开度的导水机构后，叶片进口边的冲角过大。水流对叶片压力面进行冲击，引起背部脱流、回流，从而降低效率，进一步发展形成叶道涡，产生压力脉动，对机组的稳定性产生重大影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带有二次调节导叶机构的混流式水轮机组，解决了现有混流式水轮机组在小流量工况下产生叶道涡进而影响机组稳定性的问题。
本发明的另一目的在于提供利用上述带有二次调节导叶机构的混流式水轮机组进行发电的方法。
本发明所采用的第一种技术方案是：一种带有二次调节导叶机构的混流式水轮机组，包括从外到内同心且不接触设置的固定导叶，首级调节导叶、次级调节导叶和转轮，固定导叶环形分布设置在蜗壳的内侧，蜗壳底面中部连接有尾水管，转轮固定在主轴上。
本发明第一种技术方案的特点还在于：
首级调节导叶通过首级连杆与用于控制首级调节导叶的首级导叶调节机构连接，首级导叶调节机构内镶嵌有首级导叶接力器推拉杆连接。
次级调节导叶通过次级连杆与用于控制次级调节导叶的次级导叶调节机构连接，次级导叶调节机构内镶嵌有次级导叶接力器推拉杆连接。
首级调节导叶和次级调节导叶均为环形叶栅，且可绕自身轴线旋转。
首级调节导叶和次级调节导叶的叶片个数相同。
首级导叶调节机构和次级导叶调节机构为环形。
本发明所采用的第二种技术方案是：利用上述带有二次调节导叶机构的混流式水轮机组进行发电的方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，水流经蜗壳、固定导叶流至可调节水流流量的首级调节导叶；
步骤2，水流从首级调节导叶流至可调节水流入流角的次级调节导叶；
步骤3，水流经次级调节导叶时带动转轮运动，转轮通过主轴带动发电机转子旋转进而进行发电。
本发明第二种技术方案的特点还在于：
步骤1中首级调节导叶调节水流流量的具体方法为：由首级导叶接力器推拉杆推动首级导叶调节机构绕主轴中心转动，然后首级导叶调节机构再通过首级连杆带动首级调节导叶来调节水流的流量。
步骤2中次级调节导叶调节水流入流角的具体方法为：在首级调节导叶为小开度即小流量的情况下，增加次级调节导叶的开度，从而增加了水流的液流角。
增加次级调节导叶的开度的具体方法为：次级导叶接力器推拉杆推动次级导叶调节机构绕主轴中心转动，然后次级导叶调节机构再通过次级连杆带动次级调节导叶来增加次级调节导叶的开度。
本发明的有益效果是：本发明一种带有二次调节导叶机构的混流式水轮机组，通过首级调节导叶和次级调节导叶的双重控制，前者主要调节水轮机的流量，后者主要调节转轮进口来流的入流角，保证在各种工况下转轮进口的冲角在合理范围内，以便改善机组在小流量工况下转轮流道内的流态、从而提高机组在小流量的工况下的效率，保证其安全运行的稳定性。
附图说明
图1是本发明一种带有二次调节导叶机构的混流式水轮机组的结构示意图；
图2是本发明一种带有二次调节导叶机构的混流式水轮机组的主视图；
图3是本发明一种带有二次调节导叶机构的混流式水轮机组的调节导叶与导叶控制机构的连接结构图；
图4是本发明一种带有二次调节导叶机构的混流式水轮机组中调节机构的俯视图。
图中，1.蜗壳，2.固定导叶，3.首级调节导叶，4.次级调节导叶，5.转轮，6.尾水管，7.首级导叶调节机构，8.次级导叶调节机构，9.主轴，10.首级连杆，11.次级连杆，12.首级导叶接力器推拉杆，13.次级导叶接力器推拉杆。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种带有二次调节导叶机构的混流式水轮机组的结构如图1-2所示，包括从外到内同心且不接触设置的固定导叶2，首级调节导叶3、次级调节导叶4和转轮5，固定导叶2环形分布设置在蜗壳1的内侧，蜗壳1底面中部连接有尾水管6，转轮5固定在主轴9上；
如图3-4所示，首级调节导叶3通过首级连杆10与用于控制首级调节导叶的首级导叶调节机构7连接，首级导叶调节机构7内镶嵌有首级导叶接力器推拉杆12连接，次级调节导叶4通过次级连杆11与用于控制次级调节导叶的次级导叶调节机构8连接，次级导叶调节机构8内镶嵌有次级导叶接力器推拉杆13连接，首级调节导叶3和次级调节导叶4均为环形叶栅，且可绕自身轴线旋转，首级调节导叶3和次级调节导叶4的叶片个数相同。
一种带有二次调节导叶机构的混流式水轮机组在工作时，水流经过蜗壳1和固定导叶2流入首级调节导叶3，由首级导叶接力器推拉杆12推动首级导叶调节机构7绕主轴中心转动，然后首级导叶调节机构7再通过首级连杆10带动首级调节导叶3可调节水轮机的流量，水流经过首级调节导叶3后流入次级调节导叶4，次级导叶接力器推拉杆13推动次级导叶调节机构8绕主轴中心转动，然后次级导叶调节机构8再通过次级连杆11带动次级调节导叶4调节转轮进口来流的入流角，在首级调节导叶3为小开度的情况下，增加次级调节导叶4的开度，从而增加转轮5进口的液流角，减小叶片冲角，使转轮5内流态更加平顺，转轮5带动主轴9转动，最后水经尾水管6流入下游。
本发明带有二次调节导叶机构的混流式水轮机组进行发电的方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，水流经蜗壳1、固定导叶2流至可调节水流流量的首级调节导叶3；
首级调节导叶3调节水流流量的具体方法为：由首级导叶接力器推拉杆12推动首级导叶调节机构7绕主轴中心转动，然后首级导叶调节机构7再通过首级连杆10带动首级调节导叶3来调节水流的流量。
步骤2，水流从首级调节导叶3流至可调节水流入流角的次级调节导叶4；
次级调节导叶4调节水流入流角的具体方法为：在首级调节导叶3为小开度即小流量的情况下，增加次级调节导叶4的开度，从而增加了水流的液流角；
增加次级调节导叶4的开度的具体方法为：次级导叶接力器推拉杆13推动次级导叶调节机构8绕主轴中心转动，然后次级导叶调节机构8再通过次级连杆11带动次级调节导叶4来增加次级调节导叶4的开度。
步骤3，水流经次级调节导叶4时带动转轮5运动，转轮5通过主轴9带动发电机转子旋转进而进行发电。
利用带有二次调节导叶机构的混流式水轮机组进行发电的原理是：水流经过蜗壳1的导流作用依次流入固定导叶2、首级调节导叶3和次级调节导叶4，将液体的动能转化为静压能，再通过转轮5将静压能转化为转子的动能，转轮5通过主轴9与发电机转子连轴，带动转子旋转并切割发电机定子磁力线圈，利用电磁感应原理在发电机线圈中产生高压电，水流最后经尾水管6排出。
本发明一种带有二次调节导叶机构的混流式水轮机组，两级调节导叶可由各自的导叶调节机构分别控制，这样可使首级调节导叶和次级调节导叶分别起到控制流量和调节方向的作用。在首级调节导叶为小开度的情况下，增加次级调节导叶的开度，从而增加转轮进口的液流角，减小叶片冲角，使转轮内流态更加平顺，进而提高了机组的效率，也减缓了叶道涡的产生，对整个机组安全稳定运行有重要的意义。
Claims (10)
1.一种带有二次调节导叶机构的混流式水轮机组，其特征在于，包括从外到内同心且不接触设置的固定导叶(2)、首级调节导叶(3)、次级调节导叶(4)和转轮(5)，所述固定导叶(2)环形分布设置在蜗壳(1)的内侧，所述蜗壳(1)底面中部连接有尾水管(6)，所述转轮(5)固定在主轴(9)上。
2.根据权利要求1所述的一种带有二次调节导叶机构的混流式水轮机组，其特征在于，所述首级调节导叶(3)通过首级连杆(10)与用于控制首级调节导叶(3)的首级导叶调节机构(7)连接，首级导叶调节机构(7)内镶嵌有首级导叶接力器推拉杆(12)连接。
3.根据权利要求1所述的一种带有二次调节导叶机构的混流式水轮机组，其特征在于，所述次级调节导叶(4)通过次级连杆(11)与用于控制次级调节导叶(4)的次级导叶调节机构(8)连接，次级导叶调节机构(8)内镶嵌有次级导叶接力器推拉杆(13)连接。
4.根据权利要求1所述的一种带有二次调节导叶机构的混流式水轮机组，其特征在于，所述首级调节导叶(3)和次级调节导叶(4)均为环形叶栅，且可绕自身轴线旋转。
5.根据权利要求1所述的一种带有二次调节导叶机构的混流式水轮机组，其特征在于，所述首级调节导叶(3)和次级调节导叶(4)的叶片个数相同。
6.根据权利要求2或者3所述的一种带有二次调节导叶机构的混流式水轮机组，其特征在于，所述首级导叶调节机构(7)和次级导叶调节机构(8)均为环形。
7.利用权利要求1-6任意一项所述的一种带有二次调节导叶机构的混流式水轮机组进行发电的方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，水流经蜗壳(1)、固定导叶(2)流至可调节水流流量的首级调节导叶(3)；
步骤2，水流从首级调节导叶(3)流至可调节水流入流角的次级调节导叶(4)；
步骤3，水流经次级调节导叶(4)时带动转轮(5)运动，转轮(5)通过主轴(9)带动发电机转子旋转进而进行发电。
8.根据权利要求7所述的发电方法，其特征在于，所述步骤1中首级调节导叶(3)调节水流流量的具体方法为：由首级导叶接力器推拉杆(12)推动首级导叶调节机构(7)绕主轴中心转动，然后首级导叶调节机构(7)再通过首级连杆(10)带动首级调节导叶(3)来调节水流的流量。
9.根据权利要求7所述的发电方法，其特征在于，所述步骤2中次级调节导叶(4)调节水流入流角的具体方法为：在首级调节导叶(3)为小开度即小流量的情况下，增加次级调节导叶(4)的开度，从而增加了水流的液流角。
10.根据权利要求9所述的发电方法，其特征在于，增加次级调节导叶(4)的开度的具体方法为：次级导叶接力器推拉杆(13)推动次级导叶调节机构(8)绕主轴中心转动，然后次级导叶调节机构(8)再通过次级连杆(11)带动次级调节导叶(4)来增加次级调节导叶(4)的开度。
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