CN105508121B - 一种水泵水轮机及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水泵水轮机，包括蜗壳、固定导叶、活动导叶和转轮，所述转轮位于所述蜗壳内的中部，所述固定导叶和活动导叶分布在所述蜗壳内，所述活动导叶分布于所述转轮的外周，所述固定导叶分布于所述活动导叶的外周，其特征在于：在每两个所述固定导叶之间均转动设置一个小导叶。本发明水泵水轮机在运行时，固定导叶保持固定不动，通过小导叶的开关来控制进入机组的流量，而活动导叶可以调整至一个合理的角度，给进入转轮的水流一个合理的冲角，从而保证转轮内稳定流动，提高机组的效率和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种水泵水轮机及其使用方法，属于流体机械领域。
背景技术
现有的水泵水轮机的结构如图1所示，它包括蜗壳1、固定导叶2、活动导叶3和转轮4。其中，蜗壳1、固定导叶2和活动导叶3作为水泵水轮机的导水机构，可以形成和改变进入转轮4的水流的环量，控制机组流量大小，使得水流在不同的流量下沿圆周均匀进入转轮4。固定导叶2由于需要承受机组轴向负载，其部件不能转动，因此只能作为固定导水机构来初步形成进入活动导叶3水流的环量。而活动导叶3需要通过开关导叶来调节通过机组的流量来适应流体机械中不同的运行工况。但是活动导叶3在启动过程中，当活动导叶开度较小时，水流将以不合理的冲角进入转轮，引起转轮4叶片背面脱流严重，使得转轮4中水流紊乱，存在严重涡流，导致水力损失增加，压力脉动加剧。
另外，作为抽水蓄能电站的核心部件，水泵水轮机在低水头甩负荷至空载运行时，机组经常会进入到“S”形特性区，而该区域内机组运行极不稳定。目前改善水泵水轮机空载稳定性最成熟可靠、应用最多的为采用非同步导叶，即先设定少数的活动导叶3比其它活动导叶3预先开启一个较大的角度，以使其它活动导叶3在较小开度的时候就能获得相应的流量，从而使机组在较小开度时避开“S”形不稳定区。但是转轮4和活动导叶3流域存在动静干涉，因此非同步导叶投入期间，由于导叶的非同步开启，流入转轮4的水流不能形成一个均匀分布的环量，破坏了转轮室的水力平衡，使转轮4和活动导叶3流域间的动静干涉加大，进而致使机组内部的压力脉动、噪声和振动等问题加剧，增加了机组的运行、维护成本，一定程度上也降低了机组的疲劳强度。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够有效降低水力损失、能够避开“S”形不稳定区且不会增加机组内部的压力脉动的水泵水轮机及其使用方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种水泵水轮机，包括蜗壳、固定导叶、活动导叶和转轮，所述转轮位于所述蜗壳内的中部，所述固定导叶和活动导叶分布在所述蜗壳内，所述活动导叶分布于所述转轮的外周，所述固定导叶分布于所述活动导叶的外周，其特征在于：在每两个所述固定导叶之间均转动设置一个小导叶。
所述小导叶采用与所述固定导叶一致的形状且尺寸小于所述固定导叶。
每一所述小导叶将两所述固定导叶之间的流道均分成两部分。
还包括用于控制所述小导叶转动的控制机构。
一种水泵水轮机的使用方法，包括以下步骤：1)将水泵水轮机的活动导叶预先开启10～22°；2)开启位于固定导叶之间的小导叶，水流进入转轮，当小导叶开启至开度与固定导叶的开度一致时控制小导叶停止转动。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于在固定导叶之间设置可转动的小导叶，因此，本发明的固定导叶部分同时具备支撑机组和调节流量的双重功能。2、本发明小导叶可以通过转动实现开关，具备调节流量的功能，使得活动导叶只需调整到适合工况的合理开度，引导水流以优于零开度的冲角进入转轮，从而可以避免启动过程中，活动导叶在极小开度时，进入转轮流体的不合理冲角导致的涡流，进而降低压力脉动，大幅提高机组的运行效率和稳定性。3、水泵水轮机在“S”形特性区运行时，本发明可以代替非同步导叶，首先将活动导叶预先开启至与稳定运行工况相对应的合理角度10°至22°，然后开启固定导叶间处于全关状态的小导叶，直至小导叶开度与固定导叶一致；因为小导叶5为相隔布置，而固定导叶的角度较大，所以小导叶在开启很小角度的时候，机组就能获得相应的流量和速度，使机组在小导叶较小开度时避开“S”形不稳定区；由于活动导叶全部预先开启，水流在转轮进口成一个均匀分布的环量，将更好地引导水流进入转轮，不会增加转轮和活动导叶流域存在的动静干涉，能够大大改善因非同步导叶的应用所导致的机组压力脉动、噪声和振动加剧等问题；这种方法引导水流的作用优于传统的预先开启部分活动导叶。4、本发明小导叶翼型由原始固定导叶等比例缩小产生，将固定导叶之间的流道分成均匀两部分，能够尽可能减少小型导叶的增加对机组造成的水力损失。
附图说明
图1是现有的水泵水轮机的结构示意图；
图2是本发明的整体结构示意图；
图3是本发明在小导叶关闭状态下的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图2、图3所示，本发明包括蜗壳1、固定导叶2、活动导叶3和转轮4，其中，转轮4位于蜗壳1内的中部，固定导叶2和活动导叶3分布在蜗壳1内，活动导叶3分布于转轮4的外周，固定导叶2分布于活动导叶3的外周。本发明的特点在于，在每两个固定导叶2之间均转动设置一个小导叶5。
进一步地，小导叶5采用与固定导叶2一致的形状且尺寸小于固定导叶2。
进一步地，每一小导叶5将两固定导叶2之间的流道均分成两部分。
进一步地，本发明设置有用于控制小导叶5转动的控制机构，使小导叶5能够实现开关、调节机组流量。
本发明水泵水轮机在运行时，固定导叶2保持固定不动，通过小导叶5的开关来控制进入机组的流量，而活动导叶3可以调整至一个合理的角度，给进入转轮4的水流一个合理的冲角，从而保证转轮4内稳定流动，提高机组的效率和稳定性。本发明可以避免启动过程中，活动导叶3在极小开度时，进入转轮4流体的不合理冲角导致的涡流，从而降低压力脉动，大幅度提高机组的运行效率和稳定性。
基于上述水泵水轮机，本发明还提出了一种水泵水轮机的使用方法，包括以下步骤：
1)将水泵水轮机的活动导叶3预先开启10～22°，该角度区间可以使水泵水轮机稳定启动，避开“S”形不稳定区。
2)开启位于固定导叶2之间的小导叶5，水流进入转轮，当小导叶5开启至开度与固定导叶2的开度一致时控制小导叶5停止转动。由于小导叶5为相隔布置，而固定导叶2的角度较大，所以小导叶5在开启很小角度的时候就能获得相应的流量和速度，使机组在小导叶5较小开度时避开“S”形不稳定区。
上述方法中，预先开启活动导叶3可以对水流流动进行控制，给进入转轮4的水流一个均匀分布的环量，更好地引导水流进入转轮4，不会增加转轮4和活动导叶3流域存在的动静干涉，避免了传统的预开导叶法导致的机组内部的压力脉动、噪声和振动等问题。
本发明同样具备提高水泵水轮机机组效率和稳定性的能力。
本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的。在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进或等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (4)
1.一种水泵水轮机，包括蜗壳、固定导叶、活动导叶和转轮，所述转轮位于所述蜗壳内的中部，所述固定导叶和活动导叶分布在所述蜗壳内，所述活动导叶分布于所述转轮的外周，所述固定导叶分布于所述活动导叶的外周，其特征在于：在每两个所述固定导叶之间均转动设置一个小导叶，所述水泵水轮机还包括用于控制所述小导叶转动的控制机构。
2.如权利要求1所述的一种水泵水轮机，其特征在于：所述小导叶采用与所述固定导叶一致的形状且尺寸小于所述固定导叶。
3.如权利要求1或2所述的一种水泵水轮机，其特征在于：每一所述小导叶将两所述固定导叶之间的流道均分成两部分。
4.一种如权利要求1至3任一项所述水泵水轮机的使用方法，包括以下步骤：
1)将水泵水轮机的活动导叶预先开启10～22°；
2)开启位于固定导叶之间的小导叶，水流进入转轮，当小导叶开启至开度与固定导叶的开度一致时控制小导叶停止转动。
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