CN105041547A - 叶片非水平轴旋转轴流式水轮机转轮 - Google Patents

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覃大清
刘万江
杨康
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Abstract

本发明涉及一种叶片非水平轴旋转轴流式水轮机转轮，包括一个半形转轮室、一个球形轮毂和若干个连接在轮毂上并且和转轮室之间的间隙很小的曲面叶片，曲面叶片能够在球形轮毂上绕叶片的轴线旋转，叶片的轴线与水平轴有一夹角。叶片在最大转角时，采用最优水力设计的进水边型线实现降低叶片间隙空化磨损，提高了水轮机的能量性能，改善转轮受力状态，提高机组运行的稳定性。

Description

叶片非水平轴旋转轴流式水轮机转轮
技术领域：本发明涉及一种叶片非水平轴旋转轴流式水轮机转轮。
背景技术：近几年来，国内大、中型水轮发电机组招标对轴流式水轮机转轮的稳定性和能量性能提出了特殊的要求。不仅要求转轮具有更高的水力稳定性，同时还要求其具有更优良的能量性能指标，从而减小叶片的空化磨损，延长电站机组的检修周期，获得更大的经济效益。
现有的轴流式转轮一般为常规转轮。常规转轮中的叶片俯视图如图2所示，同样包括一个半球形转轮室(1)、一个球形轮毂(3)和若干个连接在轮毂(3)上的曲面叶片(2)。曲面叶片(2)能够在球形轮毂(3)上绕叶片的轴线旋转，但是与本专利不同，常规转轮中叶片的旋转轴线方向是不变的水平轴，而不存在本专利中提到的夹角Ф，曲面叶片同样有一正对水轮机上游导流机构的进水边(4)和正对水轮机下游的出水边(5)。
发明内容：本发明的目的在于公开一种在提高稳定性和能量性能的同时达到减少叶片间隙空化磨损的叶片非水平轴旋转轴流式水轮机转轮。本发明的技术方案为：一种叶片非水平轴旋转轴流式水轮机转轮，包括一个半球形转轮室(1)、一个球形轮毂(3)和若干个连接在轮毂(3)上的曲面叶片(2)。曲面叶片与转轮室之间存在很小的间隙，曲面叶片连接在轮毂(3)上，并且可以绕着叶片轴线进行旋转，其中，叶片的轴线与水平轴之间存在一个夹角，曲面叶片均有一条正对水轮机上游导流机构的进水边(4)和正对水轮机下游的出水边(5)，其特征是：转轮叶片的轴线与水平轴有一夹角Ф，夹角Ф的转角范围是：1°～30°，所述的叶片的数量范围与常规轴流式水轮机叶片数量相同：3-8个。
本发明涉及的主要部位为转轮叶片的轴线，通过改变叶片的轴线与水平轴的夹角Ф，可以降低叶片进水边两个端点的高度，从而减小入流间隙，实现减小间隙空化的目的，在提高稳定性的同时达到减少叶片间隙空化磨损。但是如果夹角Ф过大，则会大大减小水流对叶片的扭矩，从而降低水轮机的效率，因此针对不同电站，最合适的夹角Ф应该不同，但不应该过大，认为转角范围在1°～30°时可以达到较好的效果。本发明专利会使轴流式水轮机在以下方面获益。
本发明涉及的主要部位为转轮叶片的轴线，当叶片的轴线与水平轴存在一个较小的夹角Ф时，可以降低叶片进水边两个端点的高度，从而减小入流的间隙，实现间隙空化的减小。因此这种新型转轮可以在提高转轮稳定性的同时减小叶片之间的间隙空化磨损。但是如果当夹角Ф过大，则会
1水轮机磨损
通过改变叶片的轴线与水平轴的夹角，降低进水边两个端点的高度，减小入流间隙，实现减小间隙空化，在提高稳定性的同时还可以减少叶片间隙空化磨损。延长电站机组的检修周期，从而使电站获得更大的经济效益。
2水轮机能量性能
叶片的轴面进水边A、D和叶片的轴线的投影面积与叶片的轴面出水边B、C和叶片的轴线的投影面积的比Ф能够按照最佳水力设计进行，从而提高转轮能量性能。常规叶片按照最佳水力设计后受到叶片水力矩过大的限制，一般需要进行移动叶片的轴线，叶片的轴线依然是水平轴方向，改变叶片轴线两侧的面积比，降低叶片水力矩，导致叶片进口与轮缘侧和轮毂侧的间隙增大，从而增加了泄漏损失，会降低了转轮的能量特性，而本专利发明中所涉及的转轮则可以通过选择合适的夹角Ф，从而实现减小入流间隙，减小泄露损失，提高水轮机能量性能。
3水轮机稳定性
通过改变叶片的轴线与水平轴的夹角，有助于减小叶片的轴向力，减小叶片的变形，减弱由于叶片变形引起的压力脉动，从而提高机组运行的稳定性。
附图说明：
图1叶片非水平轴旋转轴流式水轮机转轮装配图
图2在现有技术中，水平轴旋转轴流式水轮机转轮叶片最大转角轴面示意图
图3在本发明专利中，非水平轴旋转轴流式水轮机转轮叶片最大转角轴面示意图
具体实施方式：
本发明专利包括部件如图1所示，一种叶片非水平轴旋转轴流式水轮机转轮，包括一个半球形转轮室1、一个球形轮毂3和若干个连接在轮毂3上的曲面叶片2。曲面叶片与转轮室之间存在很小的间隙，曲面叶片连接在轮毂3上，并且可以绕着叶片轴线进行旋转，其中，叶片的轴线与水平轴之间存在一个夹角Ф，曲面叶片均有一条正对水轮机上游导流机构的进水边4和正对水轮机下游的出水边5，其特征是：转轮叶片的轴线与水平轴有一夹角Ф，夹角Ф的转角范围是：1°～30°，所述的叶片的数量范围与常规轴流式水轮机叶片数量相同：3-8个。
叶片相关点的定义及其特征如图3所示：点A为叶片进水边4在转轮室1方向的端点，点B为叶片出水边5在转轮室1方向的端点，点C为叶片出水边5与轮毂3的交点，点D为叶片进水边4与轮毂3的交点，线AD为叶片的进水边4，线BC为叶片的出水边5。
叶片2位于最大转角的进水边型线4靠近半球形转轮室1的A点低于半球形转轮室1球形部分的最高点，叶片2的进水边型线4靠近球形轮毂3的D点低于球形轮毂3球形部分的最高点，叶片2的出水边型线5靠近半球形转轮室1的B点高于球形转轮室1球形部分的最低点，出水边型线5靠近球形轮毂3的C点高于球形轮毂3球形部分的最低点。所述的叶片的数量范围与常规轴流式水轮机叶片数量相同：3-8个。

Claims (1)

1.一种叶片非水平轴旋转轴流式水轮机转轮，其特征是：由一个半球形转轮室(1)、一个球形轮毂(3)和若干个连接在轮毂(3)上的曲面叶片(2)组成，曲面叶片与转轮室之间存在很小的间隙，曲面叶片连接在轮毂(3)上，并且可以绕着叶片轴线进行旋转，其中，叶片的轴线与水平轴之间存在一个夹角Ф，曲面叶片均有一条正对水轮机上游导流机构的进水边(4)和正对水轮机下游的出水边(5)，转轮叶片的轴线与水平轴有一夹角Ф，夹角Ф的转角范围是：1°～30°，所述的叶片数量范围与常规轴流式水轮机叶片数量相同，都为3-8个。
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