CN111535973A - 一种适用于冷却塔的低比转速双进口蜗壳混流式水轮机 - Google Patents

一种适用于冷却塔的低比转速双进口蜗壳混流式水轮机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于冷却塔的低比转速双进口蜗壳混流式水轮机，所述双进口式蜗壳内侧环形开口处套接有座环，座环内设置有一周活动导叶，座环内环处套接有转轮，转轮内环处套接有泄水锥；所述转轮底部设置有尾水管。所述转轮的叶片采用非等厚扭曲结构，叶片的正面与反面从上至下由不同曲率的曲面平滑连接。本发明提供的一种适用于冷却塔的低比转速双进口蜗壳混流式水轮机，两个进水口分别连通冷却塔进水管实现了双向进水，提高了蜗壳中圆周方向上水流的均匀性，增强了水流在圆周方向上的速度分量，进而有效增大来流的水流环量，改善进入导水机构的水流条件，减小导水机构的水力损失，具有水力性能好、运行效率高等优点。

Description

一种适用于冷却塔的低比转速双进口蜗壳混流式水轮机
技术领域
本发明涉及一种适用于冷却塔的低比转速双进口蜗壳混流式水轮机，属于水轮机技术领域。
背景技术
近年来，水轮机除了与发电机配套发电外，也越来越多地应用于冷却塔。取代电机，冷却塔水轮机由循环冷却水的余能驱动进而带动风机运行，具有低耗、环保节能等优势。混流式水轮机是目前应用最广泛的一种水轮机，其主要组成部件有引水室、座环、导水机构、转轮和尾水管，可适用低比转速工况。市场上也多采用混流式水轮机作为冷却塔水轮机。
蜗壳作为水轮机的引水部件，从水力观点上看，其作用是使水流形成环量，以保证水流能以较小的冲角进入座环和活动导叶，减小导水机构的水力损失。
现有技术中一种水轮机通过将蜗壳蜗状结构段的所有断面均设置为椭圆形，有效增大转轮直径，以增大机组出力。但其仅改变了蜗壳断面形状，并未对进水条件作优化。现有蜗壳均为单向进水口设计，蜗状结构段的断面逐渐减小以在导水机构前形成必要的环量。水流经由蜗壳进口断面至鼻端断面时，水流的切向分速度变化受断面尺寸影响较大，并不能理想地形成轴对称有势流动。
因此，如何克服现有技术的不足已成为当今混流式水轮机技术领域中亟待解决的重点难题之一。
发明内容
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种适用于冷却塔的低比转速双进口蜗壳混流式水轮机。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种适用于冷却塔的低比转速双进口蜗壳混流式水轮机，包括双进口式蜗壳，所述双进口式蜗壳内侧环形开口处套接有座环，座环内设置有一周活动导叶，座环内环处套接有转轮，转轮内环处套接有泄水锥；所述转轮底部设置有尾水管。所述转轮的叶片采用非等厚扭曲结构，叶片的正面与反面从上至下由不同曲率的曲面平滑连接，叶片正面与反面从上至下的曲面的截面翼型曲线设置如下：所述叶片正面与反面从上至下的曲面的截面翼型曲线设置如下：
距离泄水锥下边缘横轴向100mm处，叶片正面的曲面的截面翼型曲线公式如下：
y＝0.00182x2-1.44945x+388.21209
叶片反面的曲面的截面翼型曲线公式如下：
y＝0.00188x2-1.50243x+395.82457
距离泄水锥下边缘横轴向150mm处，叶片正面的曲面的截面翼型曲线公式如下：
y＝3.92327×10-6x3-0.00209x2-0.09806x+211.41735
叶片反面的曲面的截面翼型曲线公式如下：
y＝3.18953×10-6x3-0.00133x2-0.37582x+241.91281
距离泄水锥下边缘横轴向200mm处，叶片正面的曲面的截面翼型曲线公式如下：
y＝2.14504×10-6x3-9.22669×10-5x2-0.76402x+268.45882
叶片反面的曲面的截面翼型曲线公式如下：
y＝3.6615×10-6x3-0.00201x2-0.01266x+169.75198
距离泄水锥下边缘横轴向250mm处，叶片正面的曲面的截面翼型曲线公式如下：
y＝4.71175×10-7x3+0.0021x2-1.681x+389.4708
叶片反面的曲面的截面翼型曲线公式如下：
y＝7.67116×10-6x3-0.00778x2+2.75353x-271.3183。
作为优选方案，所述叶片数量为14～19个。
作为优选方案，所述双进口蜗壳包括：蜗状结构段，蜗状结构段圆周方向分别设置有两个鼻端直管段，蜗状结构段的进口截面均为椭圆形断面。
作为优选方案，所述椭圆形断面长半轴与短半轴长度之比为1.05～1.5：1。
作为优选方案，所述双进口式蜗壳、座环、转轮、尾水管的中心在同一竖直轴线上。
作为优选方案，所述尾水管采用直锥形结构。
作为优选方案，所述两个鼻端直管段关于蜗状结构段呈中心对称设置。
有益效果：本发明提供的一种适用于冷却塔的低比转速双进口蜗壳混流式水轮机，本发明的水轮机应用双进口式蜗壳，两个进水口分别连通冷却塔进水管实现了双向进水，提高了蜗壳中圆周方向上水流的均匀性，增强了水流在圆周方向上的速度分量，进而有效增大来流的水流环量，改善进入导水机构的水流条件，减小导水机构的水力损失，具有水力性能好、运行效率高等优点。
附图说明
图1是本发明提出的一种适用于冷却塔的低比转速双进口蜗壳混流式水轮机的结构示意图。
图2是本发明提出的一种适用于冷却塔的低比转速双进口蜗壳混流式水轮机的剖面示意图。
图3是本发明提出的叶片正向示意图。
图4是本发明提出的叶片俯视示意图。
图5是本发明提出的叶片上距泄水锥下边缘不同横轴向距离处的翼型曲线示意图。
图6是本发明提出的双进口式蜗壳的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1-2所示，一种适用于冷却塔的低比转速双进口蜗壳混流式水轮机，按进水方向依次包括双进口式蜗壳1、座环2、活动导叶3、转轮4、尾水管5，所述双进口式蜗壳1内侧环形开口处套接有座环2，座环2内设置有一周活动导叶3，座环2内环处套接有转轮4，转轮4内环处套接有泄水锥6；所述转轮4底部设置有尾水管5。
所述转轮4采用混流式转轮，所述转轮4的叶片401采用非等厚扭曲结构，叶片数量为14～19个。如图3-4所示，叶片的正面与反面从上至下由不同曲率的曲面平滑连接，叶片正面与反面从上至下的曲面的截面翼型曲线设置如下：
如图5所示，距离泄水锥下边缘横轴向100mm处，叶片正面与反面截面翼型曲线上的点坐标的数值参见表1。
表1
Figure BDA0002486359230000031
拟合的两条曲线分别表示为：
叶片正面：y＝0.00182x2-1.44945x+388.21209
叶片背面：y＝0.00188x2-1.50243x+395.82457
距离泄水锥下边缘横轴向150mm处，叶片正面与反面截面翼型曲线上的点坐标的数值参见表2。
表2
拟合的两条曲线分别表示为：
叶片正面：y＝3.92327×10-6x3-0.00209x2-0.09806x+211.41735
叶片背面：y＝3.18953×10-6x3-0.00133x2-0.37582x+241.91281
距离泄水锥下边缘横轴向200mm处，叶片正面与反面截面翼型曲线上的点坐标的数值参见表3。
表3
拟合的两条曲线分别表示为：
叶片正面：y＝2.14504×10-6x3-9.22669×10-5x2-0.76402x+268.45882
叶片背面：y＝3.6615×10-6x3-0.00201x2-0.01266x+169.75198
距离泄水锥下边缘横轴向250mm处，叶片正面与反面截面翼型曲线上的点坐标的数值参见表4。
表4
Figure BDA0002486359230000052
拟合的两条曲线分别表示为：
叶片正面：y＝4.71175×10-7x3+0.0021x2-1.681x+389.4708
叶片背面：y＝7.67116×10-6x3-0.00778x2+2.75353x-271.3183
如图6所示，所述双进口蜗壳1包括：蜗状结构段101，蜗状结构段101圆周方向分别设置有两个鼻端直管段102，蜗状结构段101的进口截面均为椭圆形断面，椭圆形断面长半轴与短半轴长度之比为1.05～1.5：1。两个鼻端直管段102分别用于连通于冷却塔的进水管。
所述双进口式蜗壳、座环、转轮、尾水管的中心在同一竖直轴线上。
所述两个鼻端直管段关于蜗状结构段呈中心对称设置。
所述尾水管采用直锥形结构，尾水管的出水口用于连通冷却塔循环水系统的水管。
实施例1：
以在某冷却塔应用本发明提出的低比转速双进口蜗壳混流式水轮机为例，该冷却塔的风机额定轴功率为110kW，循环冷却水富余水头为11m，比转速为90。
本发明优化的参数为：蜗状结构段圆周方向的两个鼻端直管段关于蜗状结构段呈中心对称设置，蜗壳蜗状结构段的进口截面均为椭圆形断面，椭圆形截面的长短轴之比为1.05：1；活动导叶数量为16；混流式转轮进口处、出口处直径分别为1150mm、700mm；叶片采用非等厚扭曲结构，数量为19片；尾水管采用锥角为12°的直锥形尾水管。
实施例2：
本发明优化的参数为：：蜗状结构段圆周方向的两个鼻端直管段关于蜗状结构段呈中心对称设置，蜗壳蜗状结构段的进口截面均为椭圆形断面，椭圆形截面的长短轴之比为1.12：1；活动导叶数量为18；混流式转轮进口处、出口处直径分别为1200mm、800mm；叶片采用非等厚扭曲结构，数量为16片；尾水管采用锥角为14°的直锥形尾水管。
实施例3：
本发明的具体应用过程为：双进口式蜗壳的两个鼻端直管段直接连通冷却塔进水管，水流经导水机构进入转轮，驱动转轮转动，将水的势能转变为机械能，驱动水轮机机运行，尾水管直接连通冷却塔循环水系统的水管。
本发明的具体实施方式中未涉及的说明属于本领域公知技术，可参考公知技术加以实施。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种适用于冷却塔的低比转速双进口蜗壳混流式水轮机，其特征在于：包括双进口式蜗壳，所述双进口式蜗壳内侧环形开口处套接有座环，座环内设置有一周活动导叶，座环内环处套接有转轮，转轮内环处套接有泄水锥；所述转轮底部设置有尾水管。所述转轮的叶片采用非等厚扭曲结构，叶片的正面与反面从上至下由不同曲率的曲面平滑连接，叶片正面与反面从上至下的曲面的截面翼型曲线设置如下：所述叶片正面与反面从上至下的曲面的截面翼型曲线设置如下：
距离泄水锥下边缘横轴向100mm处，叶片正面的曲面的截面翼型曲线公式如下：
y＝0.00182x2-1.44945x+388.21209
叶片反面的曲面的截面翼型曲线公式如下：
y＝0.00188x2-1.50243x+395.82457
距离泄水锥下边缘横轴向150mm处，叶片正面的曲面的截面翼型曲线公式如下：
y＝3.92327×10-6x3-0.00209x2-0.09806x+211.41735
叶片反面的曲面的截面翼型曲线公式如下：
y＝3.18953×10-6x3-0.00133x2-0.37582x+241.91281
距离泄水锥下边缘横轴向200mm处，叶片正面的曲面的截面翼型曲线公式如下：
y＝2.14504×10-6x3-9.22669×10-5x2-0.76402x+268.45882
叶片反面的曲面的截面翼型曲线公式如下：
y＝3.6615×10-6x3-0.00201x2-0.01266x+169.75198
距离泄水锥下边缘横轴向250mm处，叶片正面的曲面的截面翼型曲线公式如下：
y＝4.71175×10-7x3+0.0021x2-1.681x+389.4708
叶片反面的曲面的截面翼型曲线公式如下：
y＝7.67116×10-6x3-0.00778x2+2.75353x-271.3183。
2.根据权利要求1所述的一种适用于冷却塔的低比转速双进口蜗壳混流式水轮机，其特征在于：所述叶片数量为14～19个。
3.根据权利要求1所述的一种适用于冷却塔的低比转速双进口蜗壳混流式水轮机，其特征在于：所述双进口蜗壳包括：蜗状结构段，蜗状结构段圆周方向分别设置有两个鼻端直管段，蜗状结构段的进口截面均为椭圆形断面。
4.根据权利要求1所述的一种适用于冷却塔的低比转速双进口蜗壳混流式水轮机，其特征在于：所述椭圆形断面长半轴与短半轴长度之比为1.05～1.5：1。
5.根据权利要求1所述的一种适用于冷却塔的低比转速双进口蜗壳混流式水轮机，其特征在于：所述双进口式蜗壳、座环、转轮、尾水管的中心在同一竖直轴线上。
6.根据权利要求1所述的一种适用于冷却塔的低比转速双进口蜗壳混流式水轮机，其特征在于：所述尾水管采用直锥形结构。
7.根据权利要求3所述的一种适用于冷却塔的低比转速双进口蜗壳混流式水轮机，其特征在于：所述两个鼻端直管段关于蜗状结构段呈中心对称设置。
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