CN106593744B - 一种布置了潮流能转轮的竖井贯流式水轮机 - Google Patents

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    • Y02E10/20—Hydro energy

Abstract

本发明公开了一种布置了潮流能转轮的竖井贯流式水轮机，包括过水流道，过水流道的中心轴线上沿水流方向依次设置有混凝土竖井、贯流式转轮活动导叶、贯流式转轮及至少两组潮流能转轮b，潮流能转轮b的主轴上连接有发电机b，混凝土竖井的相对两侧分别对称布置有至少两组潮流能转轮a，潮流能转轮a的主轴上连接有发电机a，贯流式转轮活动导叶和贯流式转轮的主轴上连接有发电机c。可以减少电站在土建上的投资，增加电站的发电量，提高电站的运行稳定性。

Description

一种布置了潮流能转轮的竖井贯流式水轮机
技术领域
本发明属于潮汐发电技术领域，涉及一种布置了潮流能转轮的竖井贯流式水轮机。
背景技术
随着我国水利开发的重点由高水头逐渐转向中低水头，传统的轴流式水轮机在低水头、大流量的工况下出现了能量指标低、土建和设备投资大的问题，因而贯流式水轮机这种在低水头工况下具有较好运行效果的机型得到了广泛的开发和应用。贯流式水轮机主要可以分为灯泡贯流式水轮机、轴伸贯流式水轮机和竖井贯流式水轮机。其中灯泡贯流式水轮机由于存在设计安装和运行维修方面的问题，因此造价较为高昂。轴伸贯流式水轮机弯曲的流道和伸入流道中的转轴对机组性能影响较大。竖井贯流式水轮机使用混凝土竖井代替了钢制的灯泡体，不仅降低了造价，减少了设计施工难度，提高了机组运行的稳定性。
对于投资有限的低水头电站，采用竖井贯流式水轮机是较为经济的选择。在满足电站装机容量的条件下，尽可能使用小尺寸的机组以降低电站基坑的大小，减少电站的开挖量，这对电站的投资成本控制尤为重要。同样的，由于潮汐电站其在运行时段的水头变化频繁，转轮机组长时间处于非最优工况下运行，而在非最优工况下机组尾水管中所产生的低频压力脉动对机组甚至电站的土建设备都是潜在的威胁。
发明内容
本发明的目的是提供一种布置了潮流能转轮的竖井贯流式水轮机，可以减少电站在土建上的投资，增加电站的发电量，提高电站的运行稳定性。
本发明所采用的技术方案是，一种布置了潮流能转轮的竖井贯流式水轮机，包括过水流道，过水流道的中心轴线上沿水流方向依次设置有混凝土竖井、贯流式转轮活动导叶、贯流式转轮及至少两组潮流能转轮b，潮流能转轮b的主轴上连接有发电机b，混凝土竖井的相对两侧分别对称布置有至少两组潮流能转轮a，潮流能转轮a的主轴上连接有发电机a，贯流式转轮活动导叶和贯流式转轮的主轴上连接有发电机c。
本发明的特点还在于，
其中发电机a和发电机c均布置在混凝土竖井内，发电机b布置在过水流道的外侧。
其中混凝土竖井两侧的各潮流能转轮a沿水流方向依次设置。
其中混凝土竖井两侧的各潮流能转轮a与过水流道侧壁的间隙为潮流能转轮a直径的1～5％。
其中各潮流能转轮b沿水流方向依次设置。
其中距贯流式转轮最近的潮流能转轮b与贯流式转轮之间的距离大于2倍的贯流式转轮直径。
其中潮流能转轮b与过水流道侧壁的间隙为潮流能转轮b直径的1～5％。
其中发电机c的磁极对数小于10对。
其中潮流能转轮a和潮流能转轮b均设置有至少三片叶片，且潮流能转轮a和潮流能转轮b的叶片结构相同。
其中潮流能转轮a和潮流能转轮b的叶片结构为：叶片前缘直径为叶片长度的6～8％，叶片翼型的最大相对厚度位于距离叶片头部30％叶片长度的位置，叶片的最大扭角为12°～15°，叶片材料采用玻璃钢环氧树脂，叶片内部结构为三向铺层的铺设形式。
本发明的有益效果是，在混凝土竖井两侧布置潮流能转轮a，将发电机a布置在混凝土竖井内部，增加了对水流能量的利用效率。发电机a由于安放布置在竖井内，无需考虑其密封和防潮，沿水流方向，在贯流式转轮的后方布置了潮流能转轮b，对流出贯流式转轮的水流的能量进行回收利用，增加电站对水流能量的利用效率。在非最优工况下，潮流能转轮b能抑制其附近流道内部的低频涡带，减少压力脉动所引起的机组和土建设备共振的可能性，增加电站运行稳定性。
附图说明
图1是本发明一种布置了潮流能转轮的竖井贯流式水轮机的结构示意图；
图2是本发明一种布置了潮流能转轮的竖井贯流式水轮机中潮流能转轮a和潮流能转轮b的结构示意图；
图3是本发明一种布置了潮流能转轮的竖井贯流式水轮机中潮流能转轮a和潮流能转轮b中叶片翼型的结构示意图。
图中，1.过水流道，2.潮流能转轮a，3.发电机a，4.潮流能转轮b，5.发电机b，6.贯流式转轮，7.贯流式转轮活动导叶，8.发电机c，9.混凝土竖井。
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。
本发明一种布置了潮流能转轮的竖井贯流式水轮机，结构如图1所示，包括过水流道1，过水流道1的中心轴线上沿水流方向依次设置有混凝土竖井9、贯流式转轮活动导叶7、贯流式转轮6及至少两组潮流能转轮b4，潮流能转轮b4的主轴上连接有发电机b5，混凝土竖井9的相对两侧分别对称布置有至少两组潮流能转轮a2，潮流能转轮a2的主轴上连接有发电机a3，贯流式转轮活动导叶7和贯流式转轮6的主轴上连接有发电机c8(贯流式转轮活动导叶7和贯流式转轮6安装在同一中心轴上)。
发电机a3和发电机c8均布置在混凝土竖井9内，发电机b5布置在过水流道1的外侧。
混凝土竖井9两侧的各潮流能转轮a2沿水流方向依次设置。
混凝土竖井9两侧的各潮流能转轮a2和与其最近的过水流道1侧壁的间隙为潮流能转轮a2直径的1～5％。
各潮流能转轮b4沿水流方向依次设置。
距贯流式转轮6最近的潮流能转轮b4与贯流式转轮6之间的距离大于2倍的贯流式转轮6直径。
潮流能转轮b4和与其最近的过水流道1侧壁的间隙为潮流能转轮b4直径的1～5％。
发电机c8的磁极对数小于10对(大于0)。
潮流能转轮a2和潮流能转轮b4均设置有至少三片叶片(潮流能转轮a2和潮流能转轮b4叶片数量相同，潮流能转轮a2和潮流能转轮b4的结构相同，参见图2)，且潮流能转轮a2和潮流能转轮b4的叶片结构相同。
潮流能转轮a2和潮流能转轮b4的叶片结构为：如图3所示，叶片前缘直径为叶片长度的6～8％，以满足潮汐电站不同工况下较大的水头变幅，叶片翼型的最大相对厚度位于距离叶片头部30％叶片长度的位置，叶片的最大扭角为12°～15°，叶片材料采用玻璃钢环氧树脂，叶片内部结构为三向铺层的铺设形式。
本发明一种布置了潮流能转轮的竖井贯流式水轮机的工作过程为：正常运行工况下，水流从过水流道1进口流入经过混凝土竖井9的分流后流入混凝土竖井9两侧的流道，水流在混凝土竖井9两侧的流道内带动潮流能转轮a2转动，潮流能转轮a2带动发电机a3发电，水流经过若干组潮流能转轮a2后进入贯流式转轮活动导叶7，贯流式活动导叶7将水流以最优的冲角导流进入贯流式转轮6并带动贯流式转轮6转动，贯流式转轮6带动发电机c8进行发电，水流经过贯流式转轮6后流向潮流能转轮b4，并继续带动潮流能转轮b4转动，潮流能转轮b4带动发电机b5发电。
本发明一种布置了潮流能转轮的竖井贯流式水轮机的特点为，在本装置内，水流分别流经潮流能转轮a2、贯流式转轮6和潮流能转轮b4进行能量交换，因此在相同装机容量的要求下，其贯流式转轮6的转轮直径相对于常规机组能得到显著的缩小，整体电站的土石开挖量也能得到较大的减少。低水头电站由于其水头变化频繁，贯流式转轮6在一定时间内将处于非最优工况下运行，在贯流式转轮6的出口易出现低频空腔涡带，该空腔涡带在经过潮流能转轮b4时，由于潮流能转轮b4转速高(300r/min以上)，空腔涡带将被打碎，这也就保证了机组和电站土建不受低频压力脉动的影响。

Claims (6)

1.一种布置了潮流能转轮的竖井贯流式水轮机，其特征在于：包括过水流道(1)，过水流道(1)的中心轴线上沿水流方向依次设置有混凝土竖井(9)、贯流式转轮活动导叶(7)、贯流式转轮(6)及至少两组潮流能转轮b(4)，潮流能转轮b(4)的主轴上连接有发电机b(5)，混凝土竖井(9)的相对两侧分别对称布置有至少两组潮流能转轮a(2)，潮流能转轮a(2)上连接有发电机a(3)，贯流式转轮活动导叶(7)和贯流式转轮(6)的主轴上连接有发电机c(8)；所述混凝土竖井(9)两侧的各潮流能转轮a(2)与过水流道(1)侧壁的间隙为潮流能转轮a(2)直径的1～5％，所述潮流能转轮b(4)与过水流道(1)侧壁的间隙为潮流能转轮b(4)直径的1～5％，各所述潮流能转轮b(4)沿水流方向依次设置，距所述贯流式转轮(6)最近的潮流能转轮b(4)与贯流式转轮(6)之间的距离大于2倍的贯流式转轮(6)直径。
2.根据权利要求1所述的一种布置了潮流能转轮的竖井贯流式水轮机，其特征在于：所述发电机a(3)和发电机c(8)均布置在混凝土竖井(9)内，发电机b(5)布置在过水流道(1)的外侧。
3.根据权利要求1所述的一种布置了潮流能转轮的竖井贯流式水轮机，其特征在于：所述混凝土竖井(9)两侧的各潮流能转轮a(2)沿水流方向依次设置。
4.根据权利要求1所述的一种布置了潮流能转轮的竖井贯流式水轮机，其特征在于：所述发电机c(8)的磁极对数小于10对。
5.根据权利要求1所述的一种布置了潮流能转轮的竖井贯流式水轮机，其特征在于：所述潮流能转轮a(2)和潮流能转轮b(4)均设置有至少三片叶片，且潮流能转轮a(2)和潮流能转轮b(4)的叶片结构相同。
6.根据权利要求5所述的一种布置了潮流能转轮的竖井贯流式水轮机，其特征在于：所述潮流能转轮a(2)和潮流能转轮b(4)的叶片结构为：叶片前缘直径为叶片长度的6～8％，叶片翼型的最大相对厚度位于距离叶片头部30％叶片长度的位置，叶片的最大扭角为12°～15°，叶片材料采用玻璃钢环氧树脂，叶片内部结构为三向铺层的铺设形式。
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