CN110017239A - 一种小水头水轮机叶型 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水轮机组成部件技术领域，尤其是一种小水头水轮机叶型,包括整流罩，整流罩内侧的一端设置有中筒，中筒的外侧壁上设置有若干直杆，直杆环绕着中筒均匀分布，直杆均固定安装在中筒上，直杆远离中筒的一端均固定安装在整流罩的内壁上，中筒的内部设置有发电机，发电机固定安装在中筒内，发电机的输出端固定安装有电机轴，电机轴贯穿中筒，且与中筒转动连接，电机轴远离发电机的一端固定连接有轮毂，轮毂设置在整流罩内，轮毂的外侧壁上设置有若干叶片，叶片环绕着轮毂均匀分布，叶片与轮毂为一体结构。本发明以叶片进口角、叶片出口角，叶片弦长为主要控制参数，合理设置参数，从而提高叶片的性能，提高了能源的利用率。

Description

一种小水头水轮机叶型
技术领域
本发明涉及水轮机组成部件技术领域，尤其涉及一种小水头水轮机叶型。
背景技术
水力发电作为一种清洁可再生能源，受到国家的高度重视。目前，大多数水力发电所使用的叶轮是基于高水头设计，对水资源及地理环境要求严苛，需要进行大规模的投资，而针对小水头的运用环境，目前所使用的叶轮普遍存在效率低的问题，对能源的利用率低，叶片作为水轮机的重要组成部件，对水轮机效率的影响起决定性作用，因此一款高效叶型对于水轮机高效利用水能具有重要意义和实际价值。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在能源利用率低的缺点，而提出的一种小水头水轮机叶型。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
设计一种小水头水轮机叶型，包括整流罩，所述整流罩内侧的一端设置有中筒，所述中筒的外侧壁上设置有若干直杆，所述直杆环绕着中筒均匀分布，所述直杆均固定安装在中筒上，所述直杆远离中筒的一端均固定安装在整流罩的内壁上，所述中筒的内部设置有发电机，所述发电机固定安装在中筒内，所述发电机的输出端固定安装有电机轴，所述电机轴贯穿中筒，且与中筒转动连接，所述电机轴远离发电机的一端固定连接有轮毂，所述轮毂设置在整流罩内，所述轮毂的外侧壁上设置有若干叶片，所述叶片环绕着轮毂均匀分布，所述叶片与轮毂为一体结构。
优选的，所述整流罩的位于轮毂的一端设置有进水口，所述整流罩远离轮毂的一端设置有出水口。
优选的，所述直杆的数量为三个，且相邻两个直杆之间的夹角均为度。
优选的，所述叶片为三维空间曲面结构。
优选的，所述叶片(6)前缘的进口角为β，所述进口角β沿叶片高度百分比变化曲线为非均匀有理B样条曲线，曲线有5个控制点，从叶片根部到叶片顶部，5个控制点参数依次为:
A、控制点位于叶片高度0％处，角度变化范围为-53.00°～-33.00°；
B、控制点位于叶片高度25％处，角度变化范围为-14.90°～5.10°；
C、控制点位于叶片高度50％处，角度变化范围为12.90～32.90°；
D、控制点位于叶片高度75％处，角度变化范围为30.30°～50.30°；
E、控制点位于叶片高度100％处，角度变化范围为40.50°～60.50°。
优选的，所述叶片(6)的后缘的出口角为α，所述出口角α沿叶片高度百分比变化曲线为非均匀有理B样条曲线，曲线有5个控制点，从叶片根部到叶片顶部，5个控制点参数依次为:
a、控制点位于叶片高度0％处，角度变化范围为69.24°～48.46°；
b、控制点位于叶片高度25％处，角度变化范围为57.84°～38.56°；
c、控制点位于叶片高度50％处，角度变化范围为49.08°～32.72°；
d、控制点位于叶片高度75％处，角度变化范围为42.36°～28.24°；
e、控制点位于叶片高度100％处，角度变化范围为37.08°～24.72°。
优选的，所述叶片(6)的弦长为d，所述弦长d沿叶片高度百分比变化曲线为非均匀有理B样条曲线，曲线有5个控制点，从叶片根部到叶片顶部，5个控制点参数依次为:
f、控制点位于叶片高度0％处，弦长变化范围为33.80mm～22.54mm；
g、控制点位于叶片高度25％处，弦长变化范围为35.21mm～23.47mm；
h、控制点位于叶片高度50％处，弦长变化范围为38.69mm～25.79mm；
i、控制点位于叶片高度75％处，弦长变化范围为43.03mm～28.69mm；
j、控制点位于叶片高度100％处，弦长变化范围为48.34mm～32.22mm。
本发明提出的一种小水头水轮机叶型，有益效果在于：
1、本发明的整流罩的设计，作用在于，当水流从进水口进入后，水流被集中在叶片上，从而使得水流与叶片充分接触，从而充分利用水流的势能，将这部分势能转化成机械能和电能，提高水流利用率；
2、本发明中的流体从叶片前缘进入，后缘流出，受到叶片与流体相互作用的惯性力而获得能量，在相同转速下，叶片弦长的大小表征了流体与叶片的接触时长，决定了流体获能的大小，而进口角的大小决定了流体进入叶片时的流畅程度，合理的进口角能够使得流体进入叶片最为平顺，没有冲击损失，此时为无冲击进口，合理的出口角使得法向出口时流体的速度最小，带走的动能最小，从而使得叶轮具有较高的效率。
附图说明
图1为本发明提出的一种小水头水轮机叶型的结构示意图；
图2为本发明提出的一种小水头水轮机叶型的部分剖视图；
图中：整流罩1、中筒2、直杆3、电机轴4、轮毂5、叶片6、进水口7、出水口8、发电机9。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1：
参照图1-2，一种小水头水轮机叶型，包括整流罩1，整流罩1的位于轮毂5的一端设置有进水口7，整流罩1远离轮毂5的一端设置有出水口8，整流罩1内侧的一端设置有中筒2，中筒2的外侧壁上设置有若干直杆3，直杆3环绕着中筒2均匀分布，直杆3均固定安装在中筒2上，直杆3的数量为三个，且相邻两个直杆3之间的夹角均为120度，直杆3远离中筒2的一端均固定安装在整流罩1的内壁上，中筒2的内部设置有发电机9，发电机9固定安装在中筒2内，发电机9的输出端固定安装有电机轴4，电机轴4贯穿中筒2，且与中筒2转动连接，电机轴4远离发电机9的一端固定连接有轮毂5，轮毂5设置在整流罩1内，轮毂5的外侧壁上设置有若干叶片6，叶片6环绕着轮毂5均匀分布，叶片6与轮毂5为一体结构，叶片6为三维空间曲面结构，整流罩1的设计，作用在于，当水流从进水口7进入后，水流被集中在叶片6上，从而使得水流与叶片6充分接触，从而充分利用水流的势能，将这部分势能转化成机械能和电能，提高水流利用率。
叶轮直径为150mm，轮毂比0.4，叶片数9叶，叶片进口角非均匀有理B样条曲线的5个控制点位置坐标，其中，坐标形式为(叶片高度百分比，叶片进口角))依次为：(0％，-43.00°)、(25％，-4.90°)、(50％，22.90°)、(75％，40.30°)、(100％，50.50°)；叶片出口角非均匀有理B样条曲线的5个控制点位置坐标，其中，坐标形式为(叶片高度百分比，叶片出口角)依次为：(0％，57.70°)、(25％，48.20°)、(50％，40.90°)、(75％，35.30°)、(100％，30.90°)；叶片弦长非均匀有理B样条曲线的5个控制点位置坐标，其中，坐标形式为(叶片高度百分比，叶片弦长)依次为：(0％，28.17mm)、(25％，29.34mm)、(50％，32.24mm)(75％，35.86mm)、(100％，40.28mm)。
实施例2：
作为本发明的另一优选实施例，与上一实施例唯一的区别在于，叶轮直径为150mm，轮毂比0.4，叶片数9叶，叶片进口角非均匀有理B样条曲线的5个控制点位置坐标，其中，坐标形式为(叶片高度百分比，叶片进口角)依次为：(0％，-40.50°)、(25％，-2.40°)、(50％，25.40°)、(75％，42.80°)、(100％，53.00°)；叶片出口角非均匀有理B样条曲线的5个控制点位置坐标，其中，坐标形式为(叶片高度百分比，叶片出口角)依次为：(0％，60.59°)、(25％，50.61°)、(50％，42.95°)、(75％，37.07°)、(100％，32.45°)；叶片弦长非均匀有理B样条曲线的5个控制点位置坐标，其中，坐标形式为(叶片高度百分比，叶片弦长)依次为：(0％，29.58mm)、(25％，30.81mm)、(50％，33.85mm)(75％，37.65mm)、(100％，42.29mm)。
实施例3：
作为本发明的另一优选实施例，与上一实施例唯一的区别在于，叶轮直径为150mm，轮毂比0.4，叶片数9叶。叶片进口角非均匀有理B样条曲线的5个控制点位置坐标，其中，坐标形式为(叶片高度百分比，叶片进口角)依次为：(0％，-45.50°)、(25％，-7.40°)、(50％，20.40°)、(75％，37.80°)、(100％，48.00°)；叶片出口角非均匀有理B样条曲线的5个控制点位置坐标，其中，坐标形式为(叶片高度百分比，叶片出口角)依次为：(0％，54.82°)、(25％，45.79°)、(50％，38.86°)、(75％，33.54°)、(100％，29.36°)；叶片弦长非均匀有理B样条曲线的5个控制点位置坐标，其中，坐标形式为(叶片高度百分比，叶片弦长)依次为：(0％，26.76mm)、(25％，27.87mm)、(50％，30.63mm)(75％，34.07mm)、(100％，38.27mm)。
实施例4：
作为本发明的另一优选实施例，与上一实施例唯一的区别在于，叶轮直径为200mm，轮毂比0.38，叶片数9叶，叶片进口角非均匀有理B样条曲线的5个控制点位置坐标，其中，坐标形式为(叶片高度百分比，叶片进口角)依次为：(0％，-38.00°)、(25％，0.10°)、(50％，27.90°)、(75％，45.30°)、(100％，55.50°)；叶片出口角非均匀有理B样条曲线的5个控制点位置坐标，其中，坐标形式为(叶片高度百分比，叶片出口角)依次为：(0％，63.47°)、(25％，53.02°)、(50％，44.99°)、(75％，38.83°)、(100％，33.99°)；叶片弦长非均匀有理B样条曲线的5个控制点位置坐标，其中，坐标形式为(叶片高度百分比，叶片弦长)依次为：(0％，41.32mm)、(25％，43.03mm)、(50％，47.29mm)(75％，52.59mm)、(100％，59.08mm)。
实施例5：
作为本发明的另一优选实施例，与上一实施例唯一的区别在于，叶轮直径为200mm，轮毂比0.38，叶片数9叶，叶片进口角非均匀有理B样条曲线的5个控制点位置坐标，其中，坐标形式为(叶片高度百分比，叶片进口角)依次为：(0％，-48.00°)、(25％，-9.90°)、(50％，17.90°)、(75％，35.30°)、(100％，45.50°)；叶片出口角非均匀有理B样条曲线的5个控制点位置坐标，其中，坐标形式为(叶片高度百分比，叶片出口角)依次为：(0％，51.39°)、(25％，43.38°)、(50％，36.81°)、(75％，31.77°)、(100％，27.81°)；叶片弦长非均匀有理B样条曲线的5个控制点位置坐标，其中，坐标形式为(叶片高度百分比，叶片弦长)依次为：(0％，33.80mm)、(25％，35.21mm)、(50％，38.69mm)(75％，43.03mm)、(100％，48.34mm)。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种小水头水轮机叶型，包括整流罩(1)，其特征在于，所述整流罩(1)内侧的一端设置有中筒(2)，所述中筒(2)的外侧壁上设置有若干直杆(3)，所述直杆(3)环绕着中筒(2)均匀分布，所述直杆(3)均固定安装在中筒(2)上，所述直杆(3)远离中筒(2)的一端均固定安装在整流罩(1)的内壁上，所述中筒(2)的内部设置有发电机(9)，所述发电机(9)固定安装在中筒(2)内，所述发电机(9)的输出端固定安装有电机轴(4)，所述电机轴(4)贯穿中筒(2)，且与中筒(2)转动连接，所述电机轴(4)远离发电机(9)的一端固定连接有轮毂(5)，所述轮毂(5)设置在整流罩(1)内，所述轮毂(5)的外侧壁上设置有若干叶片(6)，所述叶片(6)环绕着轮毂(5)均匀分布，所述叶片(6)与轮毂(5)为一体结构。
2.根据权利要求1所述的一种小水头水轮机叶型，其特征在于，所述整流罩(1)的位于轮毂(5)的一端设置有进水口(7)，所述整流罩(1)远离轮毂(5)的一端设置有出水口(8)。
3.根据权利要求1所述的一种小水头水轮机叶型，其特征在于，所述直杆(3)的数量为三个，且相邻两个直杆(3)之间的夹角均为120度。
4.根据权利要求1所述的一种小水头水轮机叶型，其特征在于，所述叶片(6)为三维空间曲面结构。
5.根据权利要求1所述的一种小水头水轮机叶型，其特征在于，所述叶片(6)前缘的进口角为β，所述进口角β沿叶片高度百分比变化曲线为非均匀有理B样条曲线，曲线有5个控制点，从叶片根部到叶片顶部，5个控制点参数依次为:
A、控制点位于叶片高度0％处，角度变化范围为-53.00°～-33.00°；
B、控制点位于叶片高度25％处，角度变化范围为-14.90°～5.10°；
C、控制点位于叶片高度50％处，角度变化范围为12.90～32.90°；
D、控制点位于叶片高度75％处，角度变化范围为30.30°～50.30°；
E、控制点位于叶片高度100％处，角度变化范围为40.50°～60.50°。
6.根据权利要求1所述的一种小水头水轮机叶型，其特征在于，所述叶片(6)的后缘的出口角为α，所述出口角α沿叶片高度百分比变化曲线为非均匀有理B样条曲线，曲线有5个控制点，从叶片根部到叶片顶部，5个控制点参数依次为:
a、控制点位于叶片高度0％处，角度变化范围为69.24°～48.46°；
b、控制点位于叶片高度25％处，角度变化范围为57.84°～38.56°；
c、控制点位于叶片高度50％处，角度变化范围为49.08°～32.72°；
d、控制点位于叶片高度75％处，角度变化范围为42.36°～28.24°；
e、控制点位于叶片高度100％处，角度变化范围为37.08°～24.72°。
7.根据权利要求1所述的一种小水头水轮机叶型，其特征在于，所述叶片(6)的弦长为d，所述弦长d沿叶片高度百分比变化曲线为非均匀有理B样条曲线，曲线有5个控制点，从叶片根部到叶片顶部，5个控制点参数依次为:
f、控制点位于叶片高度0％处，弦长变化范围为33.80mm～22.54mm；
g、控制点位于叶片高度25％处，弦长变化范围为35.21mm～23.47mm；
h、控制点位于叶片高度50％处，弦长变化范围为38.69mm～25.79mm；
i、控制点位于叶片高度75％处，弦长变化范围为43.03mm～28.69mm；
j、控制点位于叶片高度100％处，弦长变化范围为48.34mm～32.22mm。
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