CN105927450A - 一种改进的多叶片大轮体高效水轮机转轮及其改进方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改进的多叶片大轮体高效水轮机转轮及其改进方法，所述改进方法具体如下：第一步，保持原水轮机室的尺寸，对水轮机其转轮直径按照7％～8％的比例增大，第二步，根据水轮机室的大小和效能至少增加两叶片数量，并调整叶片角度，将所述叶片设置为顶部宽根部窄，将所述叶片背水侧设置一导水角；在轮毂的迎水和背水两面均设置一圆锥体盘盖；本发明改进的多叶片大轮体高效水轮机转轮，包括水轮机室和转轮，所述转轮上设置有四片以上叶片；所述叶片背水侧为机翼型结构，所述转轮其迎水面安装有一圆锥形盘盖；本发明的改进的多叶片大轮体高效水轮机转轮，在降低耗水量和提高水轮机输出功率的同时，使机组运行更平稳，延长水轮机使用寿命。

Description

一种改进的多叶片大轮体高效水轮机转轮及其改进方法

技术领域

本发明涉及一种高效水轮机改进，具体涉及一种改进的多叶片大轮体高效水轮机转轮及其改进方法，属于高效水轮机改进技术领域。

背景技术

水资源作为清洁可再生资源随全球环境的变暖和工业的不断发展和开发的条件下，短缺现象已引起人类的高度重视和关切；为此，通过技术革新和对水轮机的设计和改造，达到充分利用现有水资源、提高水资源的利用率已成为全球水资源利用、发展的必然趋势；为使水资源能更好地为人类的生产和生活服务，避免重复投资造成的环境危害、引发的系列社会问题，达到少投入多产出的目的，使投入和产出比达到最佳效果；即在降低耗水量的同时实现发电机的增效，实现低碳环保的发展理念；通过调研发现，现有的水轮机组存在的不足如下：

(1)、由于现有技术耗水量较大，未能充分发挥水资源的应用价值；

(2)、水轮机叶轮数量偏少和转轮直径较小，未占据水轮室足够空间，运行过程吸入大量的空气，在水流和空气的共同作用下对叶轮产生较为严重的气蚀现象，严重缩短了转轮的使用寿命；导致转轮维护成本增加，检维修工作量增大，机组的利用率不能达到最大化；

(3)、由于现有水轮机转轮均为四叶结构；运行时：由于转轮直径偏小、叶轮数量相对较少和水对叶轮的作用位置不当；使大量的水沿转轮和叶轮缝隙漏掉，未完全作用于叶轮，从而形成水资源的浪费；且其叶轮分布角较大，机组运行时产生较为明显和强烈的震动，对机组的长期稳定安全运行带来潜在的事故风险，严重地制约了设备的安全运行和维护工作量；另外运行过程水对叶轮的作用存在的时间间隔较长，监视测量系统存在一定的摆幅现象，对水电机组的并网和联机运行造成一定的障碍，需有专业人员进行操作，费时费力；

(4)、“四叶片水轮”的叶片几何形状不合理，导致叶片本体产生力矩损失严重；由于“四叶片水轮”的叶片几何形状缺陷，叶片数少、叶片排列角度达不到最佳角度，不能充分地利用水能，造成能量损失；最终导致发电机组效率变差。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种改进的多叶片大轮体高效水轮机转轮及其改进方法，在降低耗水量和提高水轮机输出功率的同时，使机组的运行更为平稳。

本发明的改进的多叶片大轮体高效水轮机转轮改进方法，所述改进方法具体如下：

第一步，保持原水轮机室的尺寸，对水轮机其转轮直径按照7％～8％的比例增大，使水轮机导叶控制流出的水流尽量地作用叶片的中和后端；

第二步，根据水轮机室的大小和效能至少增加两叶片数量，并调整叶片角度，使叶片呈最佳迎水角度环轮毂均匀分布；将所述叶片设置为顶部宽根部窄，将所述叶片背水侧设置一导水角；在轮毂的迎水和背水两面均设置一圆锥体盘盖。

进一步地，所述第二步的调整叶片角度具体为：使叶片每一点的宽度与这个点的线速度相吻合。

一种改进的多叶片大轮体高效水轮机转轮，包括水轮机室和转轮，所述转轮上设置有四片以上叶片；所述叶片为顶部宽根部窄结构；所述叶片背水侧为机翼型结构，所述转轮其迎水面安装有一圆锥形盘盖。

进一步地，所述转轮上设置有六片叶片。

本发明与现有技术相比较，本发明的改进的多叶片大轮体高效水轮机转轮，在坝区中、低水头的轴流式和混流式水轮机的应用优势极为明显，在降低耗水量和提高水轮机输出功率的同时，使机组的运行更为平稳，充分地延长了水轮机的使用寿命，使装置的利用达到最大化。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明的转轮和叶片结构示意图。

图3是本发明的圆锥形盘盖结构示意图。

图4是本发明的水流量和发电量的对比试验数据示意图。

具体实施方式

叶片迎水产生旋转力矩原理，是一种典型的“重心”在中间的一种“杠杆原理”；叶片顶部上的点一定是迎水产生力矩的值最大，而根部上的点一定是迎水产生力矩值最小的，叶顶处的施力是极具利用价值的；所以，设计叶片时，在条件允许的情况下，叶顶部应设计的尽量宽一些，以便使叶片更有效地利用水能在叶顶部产生的力矩；为此，本发明的改进的多叶片大轮体高效水轮机转轮改进方法，对水轮机的转轮和叶片作如下革新：

本发明的改进的多叶片大轮体高效水轮机转轮改进方法，所述改进方法具体如下：

第一步，保持原水轮机室的尺寸，对水轮机其转轮直径按照7％～8％的比例增大，使水轮机导叶控制流出的水流尽量地作用叶片的中和后端；实现在同等条件下增大水轮机输出功率的目的；

第二步，根据水轮机室的大小和效能至少增加两叶片数量，并调整叶片角度，使叶片呈最佳迎水角度环轮毂均匀分布；将所述叶片设置为顶部宽根部窄，将所述叶片背水侧设置一导水角；在轮毂的迎水和背水两面均设置一圆锥体盘盖；背水侧有一导水角，可很好地利用水动能；轮毂的迎水、背水两面皆有圆锥体盘盖；这样的导水设计可很好地利用水动能；

其中，所述第二步的调整叶片角度具体为：使叶片每一点的宽度与这个点的线速度相吻合；因叶片是绕轴旋转的，所以距离轴心越近的点的运行轨迹周长越短，距离轴心越远的点的运行轨迹周长越长；因此，在水轮迎水旋转时，距离轴心越近的点的线速度越低，距离轴心越远的点的线速度越高，根据这种水轮旋转时的圆周运动特性，设计为叶片越靠近轴心处越窄，距离轴心越远处应该越宽；达到上述的叶片每一点的宽度与这个点的线速度相吻合，而叶片顶部越宽意味着迎水面积越大其获得的水能也将越大，水的利用率也会提高；

由于加装多片叶片，必然使轮毂直径同时变大，迎水面的阻力也必然增大，因此对设备要求比较高，对轴承部位的强度也有影响，所以这种设计会带来副作用；本发明的改进的多叶片大轮体高效水轮机转轮改进方法通过下述方法来消除副作用带来的不利影响：

(1)、在水轮的迎水面增加一个圆锥形盘盖设计来减小水冲击阻力；

(2)、在水轮叶的背水侧采用导风的机翼型结构设计，结构上比传统叶片增加了导水角度提高了水能的利用；该设计使轮叶迎水面能更有效地接受水能吸收水能，而背水一面同时可以降低水的阻力，更有利于水轮转动。

实施例1：

如图1至图3所示的改进的多叶片大轮体高效水轮机转轮，包括水轮机室(未图示)和转轮1，所述转轮1上设置有六片叶片2；所述叶片2为顶部宽根部窄结构；所述叶片2背水侧为机翼型结构，所述转轮1其迎水面安装有一圆锥形盘盖3。

本发明的改进的多叶片大轮体高效水轮机转轮，其叶片与传统水水轮叶片不同，同时保留了传统水轮叶片根部窄小，顶部宽大的梯形设计的优点，使叶片顶部更有利于受力；使在相同条件下，此种水轮叶片给水轮的转矩更大，更有利于水轮转动，水轮转动速度也会平稳提高；在此基础上，新型多叶水轮叶片采用最优设计，打破传统四叶水轮设计理念，在水轮上加装多个叶片，使多叶片水轮可以更好地利用水轮机的水能，成倍提高水能的利用率；新型水轮设计打破了传统的水轮设计思路，使水轮叶片更加合理，更加符合流体动力学，因此其具有以下优点：

(1)、水轮启动时的水流量小，运转平稳，更有利于并网；

(2)、水轮运转扭力强劲，功率增大发电量增多；

(3)、由于效率高，水轮机启动速度快；

(4)、可以水平流发电，稳定性好，电压、电流、功率表不波动；

(5)、水能资源效率高、转速高，节水量15％--40％；

(6)、结构简单，由于具备以上优点本新型多叶水轮可以利用于小、中型水力发电；

(7)、水轮使用范围广,资源利用率高；水能转化率高；发电功率提高10％-30％；

(8)、水轮运转稳定机组振幅明显降低；

(9)、水轮制造安装调整简单故障率低，水轮变角系统基本达到免维护；

(10)、由于只改动了转轮故：拆装时间短而简单，总的改造成本也很低。

实施例1的改进的多叶片大轮体高效水轮机转轮，已成功应用于多个发电车间，各发电组，产生的实际增益如下：

本发明的改进的多叶片大轮体高效水轮机转轮，于公司发电车间进行了不同机组技改前后的对比试验，其水流量和发电量的对比试验数据如图4所示，比对试验数据说明：在采用多叶片大轮体高效水轮机转轮后同等条件下，可充分节约水资源约17％，提高发电量10％以上。达到了节能增效、清洁环保的预期目标和目的。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (4)

1.一种改进的多叶片大轮体高效水轮机转轮改进方法，其特征在于，所述改进方法具体如下：

第一步，保持原水轮机室的尺寸，对水轮机其转轮直径按照7％～8％的比例增大，使水轮机导叶控制流出的水流尽量地作用叶片的中和后端；

第二步，根据水轮机室的大小和效能至少增加两叶片数量，并调整叶片角度，使叶片呈最佳迎水角度环轮毂均匀分布；将所述叶片设置为顶部宽根部窄，将所述叶片背水侧设置一导水角；在轮毂的迎水和背水两面均设置一圆锥体盘盖。

2.根据权利要求1所述的改进的多叶片大轮体高效水轮机转轮改进方法，其特征在于：所述第二步的调整叶片角度具体为：使叶片每一点的宽度与这个点的线速度相吻合。

3.一种改进的多叶片大轮体高效水轮机转轮，包括水轮机室和转轮，其特征在于：所述转轮上设置有四片以上叶片；所述叶片为顶部宽根部窄结构；所述叶片背水侧为机翼型结构，所述转轮其迎水面安装有一圆锥形盘盖。

4.根据权利要求3所述的改进的多叶片大轮体高效水轮机转轮，其特征在于：所述转轮上设置有六片叶片。