CN113623118B - 一种适用于小型抽水蓄能电站的水泵水轮机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于小型抽水蓄能电站的水泵水轮机，蜗壳、固定导叶、活动导叶、转轮和尾水管的外壳各自通过螺栓相连成一个整体；2个轴承分别安装在固定导叶和活动导叶适配处,以提供旋转轴的支撑；转轮叶片调节机构处于机组转轮内部，活动导叶叶片调节机构处于机组外部。本发明在水轮机工况，经压力管道有压水体流过蜗壳、导叶区流道、经导叶叶片以一定角度进入转轮区，冲击转轮并带动轴系旋转，将水流的能量转变成旋转的机械能；水泵工况相反；本发明的水泵水轮机结构独特、紧凑、体积小，占用空间较小，能实现正向发电、反向抽水的功能，正反向效率均在84%以上。
Description
技术领域
本发明涉及水泵水轮机领域，具体为一种适用于小型抽水蓄能电站的水泵水轮机。
背景技术
由于当前能源紧缺，对可再生能源资源利用加大，但风电、光电的不稳定性制约其发展，因此急需提升对稳定式能源的开发利用；我国分布式能源的大规模开发利用，可经济开发的大型水能资源越来越少，我国抽蓄电站虽站址分布不均，但总量巨大；大型抽蓄电站因建设周期长，初期投资大，地理环境要求高等原因造成开发建设的困难。
发明内容
针对现有技术的不足，为了克服以上困难，对小型抽蓄电站的投入急需加大，而水泵水轮机作为小型抽蓄电站的核心，其性能与电站运行及收益直接相关。因此，本申请对小型抽蓄电站用水泵水轮机进行开发，设计了一种针对小型抽蓄的蜗壳水轮机工况轴向出流、水泵工况轴向入流的变转速可逆式水泵水轮机，其主轴与电机通过联轴器相联，通过设计得到水力性能良好、正反向工况效率均较高的水泵水轮机。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种适用于小型抽水蓄能电站的水泵水轮机，包括蜗壳、固定导叶、活动导叶、转轮、尾水管以及旋转轴，其特征在于：所述蜗壳、固定导叶、活动导叶、转轮、尾水管自上而下依次固定连接；所述活动导叶包括活动导叶外壳、活动导叶内壳以及带活动导叶旋转轴的活动导叶叶片，所述活动导叶叶片通过活动导叶旋转轴活动连接在活动导叶外壳上，所述活动导叶旋转轴一端与活动导叶内壳活动连接，另一端自活动导叶外壳穿出；所述转轮包括转轮外壳、带有转轮叶片旋转轴的转轮叶片以及转轮内壳，所述转轮叶片通过转轮叶片旋转轴活动连接在转轮内壳上；所述旋转轴自上而下依次穿过蜗壳、固定导叶、活动导叶，且下端与转轮内壳固定连接。
进一步地，还包括调节机构，所述调节机构包括与活动导叶叶片活动连接且用于调节活动导叶叶片开度的调节杆和与转轮叶片活动连接并用于调节转轮叶片开度的转轮叶片调节机构。
进一步地，还包括锁紧螺母，所述转轮内壳通过键与旋转轴固定连接，所述旋转轴下端部依次通过轴端轴套、锁紧螺母与转轮上下定位。
进一步地，在所述固定导叶和活动导叶适配处分别安装有第一轴承和第二轴承，用于支撑旋转轴。
进一步地，所述蜗壳内侧与固定导叶的内侧上部固定连接，所述固定导叶的内侧下部与活动导叶内壳固定连接，所述蜗壳外侧与固定导叶的外侧上部固定连接，所述固定导叶的外侧下部与活动导叶外壳上部固定连接，所述活动导叶外壳下部与转轮外壳上部固定连接，所述转轮外壳下部与尾水管的外侧固定连接。
进一步地，所述固定导叶和尾水管皆为喇叭形结构，除蜗壳外，所述水泵水轮机的外形呈梭形；固定导叶的渐缩型喇叭进口能够将流速提高；尾水管为喇叭型扩散管，水流在尾水管将速度降下来，使水流的动能转换为势能，充分利用水流的能量以提高水泵水轮机水轮机工况的效率。
进一步地，所述调节杆设置于活动导叶外壳的外部，所述转轮叶片调节机构为通过三根与旋转轴平行的螺杆连接旋转构件的机构，以达到调节转轮开度的目的。
进一步地，所述固定导叶的叶片为三维扭曲翼型，位于固定导叶出口轮毂圆柱面处的翼型断面，翼型入口安放角32°～38°，翼型出口安放角34°～40°；位于固定导叶出口的几何中间圆柱面处的翼型断面，翼型入口安放角36°～42°，翼型出口安放角39°～45°；位于固定导叶出口外侧圆柱面的翼型断面，翼型入口安放角39°～45°，翼型出口安放角42°～48°。
进一步地，所述活动导叶叶片为三维扭曲的翼型，位于活动导叶出口内侧圆柱面处的翼型断面，翼型入口安放角23°～29°，翼型出口安放角37°～43°；位于活动导叶出口中心圆柱面处的翼型断面，翼型入口安放角25°～31°，翼型出口安放角39°～45°；位于活动导叶出口外侧圆柱面处的翼型断面，翼型入口安放角26°～32°，翼型出口安放角40°～46°；位于活动导叶进口中间圆柱面处的翼型断面，翼型入口安放角27°～33°，翼型出口安放角41°～47°；位于活动导叶进口外侧圆柱面处的翼型断面，翼型入口安放角29°～35°，翼型出口安放角43°～49°。
进一步地，所述的转轮叶片是一种三维扭曲的翼型，位于转轮进口内侧圆柱面处的翼型断面，翼型入口安放角14°～30°，翼型出口安放角50°～56°；位于转轮进口中心圆柱面处的翼型断面，翼型入口安放角13°～19°，翼型出口安放角41°～47°；位于转轮出口内侧圆柱面处的翼型断面，翼型入口安放角12°～18°，翼型出口安放角36°～42°；位于转轮出口中间圆柱面处的翼型断面，翼型入口安放角11°～17°，翼型出口安放角31°～37°；位于转轮出口外侧圆柱面处的翼型断面，翼型入口安放角11°～17°，翼型出口安放角26°～32°。
进一步地，所述蜗壳是一种椭圆截面-圆截面相互顺滑过渡、底部开孔轴向出水的型式，通过各断面流量均布原则按速度矩相等定律设计；水轮机工况下水流自蜗壳直管段进入，断面形状由圆断面过渡到椭圆截面，再过渡到圆断面；水流自蜗壳直管段流入，底部孔轴向流出；水泵工况相反，水流自蜗壳底部孔轴向流入，直管段流出。
优选地，固定导叶一周采用8片固定导叶叶片均匀布置；活动导叶一周采用9片活动导叶叶片均匀布置；转轮一周采用11片转轮叶片均匀布置。
优选地，所述固定导叶的叶片为三维扭曲翼型，位于固定导叶出口轮毂圆柱面处的翼型断面，翼弦长107.47毫米，翼型最大厚度8毫米，翼型入口安放角35.1°（与轴线方向夹角），翼型出口安放角37.83°（与轴线方向夹角），翼型进口前缘采用刃型进口，翼型后缘直径为7毫米的圆头；位于固定导叶出口的几何中间圆柱面处的翼型断面，翼型弦长88.76毫米，翼型最大厚度8毫米，翼型入口安放角39.4°（与轴线方向夹角），翼型出口安放角42.11°（与轴线方向夹角），翼型进口前缘采用刃型进口，翼型后缘直径为7毫米的圆头；位于固定导叶出口外侧圆柱面的翼型断面，翼弦长74.52毫米，翼型最大厚度8毫米，翼型入口安放角42.95°（与轴线方向夹角），翼型出口安放角45.61°（与轴线方向夹角），翼型进口前缘采用刃型进口，翼型后缘直径为7毫米的圆头；固定导叶叶片的前缘翼展宽度为12.647毫米，后缘宽度为25.6毫米；固定导叶叶片前缘的安装内半径为36毫米，后缘的安装内半径为30毫米；前缘的安装外半径为130毫米，后缘的安装外半径为150毫米。此设计优点在于：水泵工况下，配合活动导叶继续对转轮出口水流进行转向及增压减速，以使蜗壳尺寸及性能更为优良；水轮机工况下，对蜗壳出水进行加速，使其更为流畅进入活动导叶，以减小活动导叶与固定导叶在轴向的尺寸。
优选地，所述活动导叶叶片为三维扭曲的翼型，位于活动导叶出口内侧圆柱面处的翼型断面，翼弦长79.08毫米，翼型最大厚度7.395毫米，翼型入口安放角26.89°（与轴线方向夹角），翼型出口安放角40.51°（与轴线方向夹角），翼型进口前缘采用刃型进口，翼型后缘直径为4.67毫米的圆头；位于活动导叶出口中心圆柱面处的翼型断面，翼弦长81.654毫米，翼型最大厚度7.837毫米，翼型入口安放角28.26°（与轴线方向夹角），翼型出口安放角42.08°（与轴线方向夹角），翼型进口前缘采用刃型进口，翼型后缘直径为4.454毫米的圆头；位于活动导叶出口外侧圆柱面处的翼型断面，翼弦长84.01毫米，翼型最大厚度8.28毫米，翼型入口安放角29.54°（与轴线方向夹角），翼型出口安放角43.57°（与轴线方向夹角），翼型进口前缘采用刃型进口，翼型后缘直径为4.706毫米的圆头。位于活动导叶进口中间圆柱面处的翼型断面，翼弦长85.111毫米，翼型最大厚度8.68毫米，翼型入口安放角30.77°（与轴线方向夹角），翼型出口安放角44.86°（与轴线方向夹角），翼型进口前缘采用刃型进口，翼型后缘直径为4.933毫米的圆头；位于活动导叶进口外侧圆柱面处的翼型断面，翼弦长87.519毫米，翼型最大厚度9.17毫米，翼型入口安放角32.17°（与轴线方向夹角），翼型出口安放角46.36°（与轴线方向夹角），翼型进口前缘采用刃型进口，翼型后缘直径为5.79毫米的圆头；活动导叶叶片前缘的安装内直径为36毫米；前缘的安装外直径为144毫米，后缘的安装外直径为130毫米。此种设计的优点在于配合固定导叶及转轮，致使转轮能得到更好的水流入流或出流角，减少间隙及导叶内部能量的损失，在不同工况下配合转轮，使其运行在最优协联关系下。
优选地，所述的转轮叶片是一种三维扭曲的翼型，位于转轮进口内侧圆柱面处的翼型断面，翼弦长78毫米，翼型最大厚度11.1毫米，翼型入口安放角17.31°（与轴线方向夹角），翼型出口安放角53.16°（与轴线方向夹角），翼型进口前缘采用刃型进口，翼型后缘直径为2.75毫米的圆头；位于转轮进口中心圆柱面处的翼型断面，翼弦长93.8毫米，翼型最大厚度10.5毫米，翼型入口安放角16.38°（与轴线方向夹角），翼型出口安放角44.65°（与轴线方向夹角），翼型进口前缘采用刃型进口，翼型后缘直径为2.92毫米的圆头；位于转轮出口内侧圆柱面处的翼型断面，翼弦长106.9毫米，翼型最大厚度10.5毫米，翼型入口安放角15.71°（与轴线方向夹角），翼型出口安放角39.48°（与轴线方向夹角），翼型进口前缘采用刃型进口，翼型后缘直径为3毫米的圆头。位于转轮出口中间圆柱面处的翼型断面，翼弦长126.4毫米，翼型最大厚度9.5毫米，翼型入口安放角14.87°（与轴线方向夹角），翼型出口安放角34°（与轴线方向夹角），翼型进口前缘采用刃型进口，翼型后缘直径为3.2毫米的圆头。位于转轮出口外侧圆柱面处的翼型断面，翼弦长148.1毫米，翼型最大厚度9毫米，翼型入口安放角14.1°（与轴线方向夹角），翼型出口安放角29.87°（与轴线方向夹角），翼型进口前缘采用刃型进口，翼型后缘直径为3.4毫米的圆头。转轮前缘的安装外直径为128.5毫米，后缘的安装外直径为144毫米。此种设计优点在于配合活动导叶及尾水管，使水流更好的被转轮所用，并在不同工况下与活动导叶协联，使其效率更优。
与现有技术相比，本发明提供了一种适用于小型抽水蓄能电站的水泵水轮机，具备以下有益效果：
（1）本发明采用水轮机工况轴向出流、水泵工况轴向入流的蜗壳型式，大大减小了安装空间，活动导叶、转轮采用球型结构、可调的三维扭曲翼型叶片，使水泵水轮机始终保持最佳状态。与其他同类产品相比：按水头看，在此设计水头下通常选用轴流式水泵水轮机机型，与本发明相比，传统轴流式机型轴向距离必然大于本发明机型高度；按比转速看，在同一比转速下通常选用混流式水泵水轮机机型，与本发明相比，传统混流式机型蜗壳一般为内侧出水，则其径向距离必然大于本发明机型径向距离。本发明的水泵水轮机工况多变，采用可调节开度的活动导叶、转轮及使用无级变速电机以保证效率一直处于较高，使设备处于最优工作区间，具有较为广阔的应用前景和推广价值。
（2）本发明在水轮机工况，经压力管道有压水体流过蜗壳、导叶区流道、经导叶叶片以一定角度进入转轮区，冲击转轮并带动轴系旋转，将水流的能量转变成旋转的机械能；水泵工况相反。本水泵水轮机结构独特、紧凑、体积小，占用空间较小，能实现正向发电、反向抽水的功能，正反向效率均在80%以上。
附图说明
图1为本发明的剖视结构示意图；
图2为本发明蜗壳1的结构示意图；
图3为本发明固定导叶2的结构示意图；
图4为本发明活动导叶3的结构示意图；
图5为本发明转轮4的结构示意图；
图6为本发明尾水管5的结构示意图；
图7为本发明旋转轴6的结构示意图；
图8为本发明锁紧螺母7的结构示意图；
图9为本发明固定导叶2的叶片的叶形断面结构示意图；
图10为本发明活动导叶叶片10的叶形断面结构示意图；
图11为本发明转轮叶片14的叶形断面结构示意图。
图中附图标记的含义为：1、蜗壳；2、固定导叶；3、活动导叶；4、转轮；5、尾水管；6、旋转轴；7、锁紧螺母；8、转轮叶片调节机构；9、活动导叶外壳；10、活动导叶叶片；11、活动导叶旋转轴；12、活动导叶内壳；13、转轮外壳；14、转轮叶片；15、转轮叶片旋转轴；16、转轮内壳；17、第一轴承；18、第二轴承；19、轴端轴套；20、第一橡胶圈；21、第二橡胶圈；22、第一内侧盲孔；23、第二内侧盲孔；24、固定导叶叶片；25、调节杆。
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明的一种适用于小型抽蓄电站的蜗壳水轮机工况轴向出流、水泵工况轴向入流的变转速水泵水轮机利用流体机械、流体力学、计算模拟等理论制作的；利用小型抽蓄电站不同工况对应的水头（扬程）进行设计的。
如图1至图8所示， 本发明的水泵水轮机包括蜗壳1、固定导叶2、活动导叶3、转轮4、尾水管5以及旋转轴6，蜗壳1、固定导叶2、活动导叶3、转轮4、尾水管5自上而下依次固定连接；活动导叶3包括活动导叶外壳9、活动导叶内壳12以及带有活动导叶旋转轴11的活动导叶叶片10，活动导叶叶片10通过活动导叶旋转轴11活动连接在活动导叶外壳9上，活动导叶旋转轴11一端与活动导叶内壳12活动连接，另一端自活动导叶外壳9穿出；转轮4包括转轮外壳13、转轮叶片14以及带有转轮叶片旋转轴15的转轮内壳16，转轮叶片14通过转轮叶片旋转轴15活动连接在转轮内壳16上；旋转轴6自上而下依次穿过蜗壳1、固定导叶2、活动导叶3，且下端与转轮内壳16固定连接。
在本实施例的一种具体实施方式中，还包括调节机构，调节机构包括与活动导叶叶片10活动连接且用于调节活动导叶叶片10开度的调节杆25和与转轮叶片14活动连接并用于调节转轮叶片14开度的转轮叶片调节机构8。
在本实施例的一种具体实施方式中，还包括锁紧螺母7，转轮内壳16通过键与旋转轴6固定连接，旋转轴6下端部依次通过轴端轴套19、锁紧螺母7与转轮4上下定位。
在本实施例的一种具体实施方式中，在固定导叶2和活动导叶3适配处分别安装有第一轴承17和第二轴承18，用于支撑旋转轴6。
在本实施例的一种具体实施方式中，蜗壳1内侧与固定导叶2的内侧上部固定连接，固定导叶2的内侧下部与活动导叶内壳12固定连接，蜗壳1外侧与固定导叶2的外侧上部固定连接，固定导叶2的外侧下部与活动导叶外壳9上部固定连接，活动导叶外壳9下部与转轮外壳13上部固定连接，转轮外壳13下部与尾水管5的外侧固定连接。
在本实施例的一种具体实施方式中，固定导叶2和尾水管5皆为喇叭形结构，除蜗壳1外，本发明的水泵水轮机的外形呈梭形；固定导叶2的渐缩型喇叭进口能够将流速提高；尾水管5为喇叭型扩散管，水流在尾水管5将速度降下来，使水流的动能转换为势能，充分利用水流的能量以提高水泵水轮机水轮机工况的效率。
在本实施例的一种具体实施方式中，调节杆25设置于活动导叶外壳9的外部，转轮叶片调节机构8为通过三根与旋转轴6平行的螺杆连接旋转构件的机构，以达到调节转轮4开度的目的。
在本实施例的一种具体实施方式中，固定导叶2的叶片为三维扭曲翼型，位于固定导叶2出口轮毂圆柱面处的翼型断面，翼型入口安放角32°～38°，翼型出口安放角34°～40°；位于固定导叶2出口的几何中间圆柱面处的翼型断面，翼型入口安放角36°～42°，翼型出口安放角39°～45°；位于固定导叶2出口外侧圆柱面的翼型断面，翼型入口安放角39°～45°，翼型出口安放角42°～48°。
在本实施例的一种具体实施方式中，活动导叶叶片10为三维扭曲的翼型，位于活动导叶3出口内侧圆柱面处的翼型断面，翼型入口安放角23°～29°，翼型出口安放角37°～43°；位于活动导叶3出口中心圆柱面处的翼型断面，翼型入口安放角25°～31°，翼型出口安放角39°～45°；位于活动导叶3出口外侧圆柱面处的翼型断面，翼型入口安放角26°～32°，翼型出口安放角40°～46°；位于活动导叶3进口中间圆柱面处的翼型断面，翼型入口安放角27°～33°，翼型出口安放角41°～47°；位于活动导叶3进口外侧圆柱面处的翼型断面，翼型入口安放角29°～35°，翼型出口安放角43°～49°。
在本实施例的一种具体实施方式中，转轮叶片14是一种三维扭曲的翼型，位于转轮4进口内侧圆柱面处的翼型断面，翼型入口安放角14°～30°，翼型出口安放角50°～56°；位于转轮4进口中心圆柱面处的翼型断面，翼型入口安放角13°～19°，翼型出口安放角41°～47°；位于转轮4出口内侧圆柱面处的翼型断面，翼型入口安放角12°～18°，翼型出口安放角36°～42°；位于转轮4出口中间圆柱面处的翼型断面，翼型入口安放角11°～17°，翼型出口安放角31°～37°；位于转轮4出口外侧圆柱面处的翼型断面，翼型入口安放角11°～17°，翼型出口安放角26°～32°。
在本实施例的一种具体实施方式中，蜗壳1是一种椭圆截面-圆截面相互顺滑过渡、底部开孔轴向出水的型式，通过各断面流量均布原则按速度矩相等定律设计；水轮机工况下水流自蜗壳直管段进入，断面形状由圆断面过渡到椭圆截面，再过渡到圆断面；水流自蜗壳1直管段流入，底部孔轴向流出；水泵工况相反，水流自蜗壳底部孔轴向流入，直管段流出。
在本实施例的一种具体实施方式中，本发明的水泵水轮机内部经固定导叶2内侧与旋转轴6上部通过轴肩对第一轴承17定位，活动导叶内壳12与轴旋转6下部通过轴肩对第二轴承18定位，转轮内壳16通过轴端轴套19、键和锁紧螺母7进行定位。
在本实施例的一种具体实施方式中，转轮叶片调节机构8通过三根与旋转轴6平行的螺杆连接旋转构件，与11片转轮叶片14进行相连，以达到调节转轮4开度的目的。
在本实施例的一种具体实施方式中，第一轴承17和第二轴承18皆为角接触球轴承。
本实施例的工作原理：在水轮机工况时，上游水库或河道水流经有压管道流入蜗壳1进口直管段，经各断面水流均匀自蜗壳下断面出口流入固定导叶2，经固定导叶2渐缩型喇叭进口将流速提高，并与活动导叶3一起作用产生圆周方向的分量，使水流在活动导叶3出口处产生足够的环量，流出活动导叶3的水流切向进入转轮4，在三维扭曲的叶片14中推动转轮4旋转，完成能量的转换，并改变流速方向和大小，以一定流速进入尾水管5，尾水管5是一个喇叭型扩散管，水流在尾水管5将速度降下来，使水流的动能转换为势能，充分利用水流的能量以提高水泵水轮机水轮机工况的效率。转轮4中叶片14通过转轮内壳16通过键与旋转轴6相连，将旋转机械能传递给旋转轴6，完成机械能的输出。水泵工况时方向相反，水流经尾水管5水轮机工况下的出口进入水泵水轮机，经尾水管5加速和叶片导流以一定角度进入转轮4，电机通过旋转轴6与转轮内壳16经转轮叶片14对水流施加作用力使水流加速，将机械能转换为水流势能，水流经活动导叶3和固定导叶2减速、增压后由水轮机工况下蜗壳出口流入蜗壳，经蜗壳直管段流出蜗壳。旋转轴6通过键经转轮内壳16和转轮叶片14将电机机械能转换为水流的动能。当工况转变时，通过调节机构8带动转轮叶片14和活动导叶叶片10改变开度，同时根据需要改变电机转速，使水泵水轮机始终保持在最佳工作状态。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于：
针对于150吨每小时、水轮机工况12米水头、水泵工况12米扬程、转速1500转每分钟的小型抽蓄电站设计的蜗壳轴向出流式变转速水泵水轮机，其正反向工况效率均达到80%以上，尤其水轮机工况效率更优，完全满足电站各工况的转变需求。
本发明的安装过程：将图2的蜗壳1下端开口成水轮机工况水流出口，外侧通过12个
10mm的螺栓与固定导叶2外侧相连，内侧由6个
10*22mm的螺栓与固定导叶2的第一内侧盲孔22相连；将第一橡胶圈20置于固定导叶2内侧与旋转轴6接触的凹槽内。
进一步的，将第一轴承17置于旋转轴6两个轴肩处，将旋转轴6插入固定导叶2的轴孔内。
进一步的，将活动导叶外壳9上部与固定导叶2下部通过12个
10mm的螺栓相连；将第二橡胶圈21置于活动导叶内壳12与旋转轴6接触的凹槽内；活动导叶内壳12与固定导叶2的第二内侧盲孔23通过8个
6*18mm螺栓相连。
进一步的，将活动导叶外壳9下部与转轮外壳13上部通过12个
10mm的螺栓相连；将轴端轴套19通过锁紧螺母7顶到转轮4处进行定位；转轮外壳13下部与尾水管5通过12个
10mm的螺栓相连。
通过上述技术方案，轴承及轴的固定，可使转轮4转动保持稳定。
在本实施例的一种具体实施方式中，图2的蜗壳1、图3的固定导叶2和图5的尾水管5均采用球墨铸铁整铸而成，图4的活动导叶3和图5的转轮4分瓣采用铸钢件铸造。
实施例3
本实施例与实施例2的区别在于：
如图9所示，固定导叶2的叶片为三维扭曲翼型，位于固定导叶2出口轮毂圆柱面处的翼型断面，翼弦长107.47毫米，翼型最大厚度8毫米，翼型入口安放角35.1°（与轴线方向夹角），翼型出口安放角37.83°（与轴线方向夹角），翼型进口前缘采用刃型进口，翼型后缘直径为7毫米的圆头；位于固定导叶出口的几何中间圆柱面处的翼型断面，翼型弦长88.76毫米，翼型最大厚度8毫米，翼型入口安放角39.4°（与轴线方向夹角），翼型出口安放角42.11°（与轴线方向夹角），翼型进口前缘采用刃型进口，翼型后缘直径为7毫米的圆头；位于固定导叶2出口外侧圆柱面的翼型断面，翼弦长74.52毫米，翼型最大厚度8毫米，翼型入口安放角42.95°（与轴线方向夹角），翼型出口安放角45.61°（与轴线方向夹角），翼型进口前缘采用刃型进口，翼型后缘直径为7毫米的圆头；固定导叶2叶片的前缘翼展宽度为12.647毫米，后缘宽度为25.6毫米；固定导叶2叶片前缘的安装内半径为36毫米，后缘的安装内半径为30毫米；前缘的安装外半径为130毫米，后缘的安装外半径为150毫米，一周采用8片固定导叶2叶片均匀布置。
如图10所示，活动导叶叶片10为三维扭曲的翼型，位于活动导叶3出口内侧圆柱面处的翼型断面，翼弦长79.08毫米，翼型最大厚度7.395毫米，翼型入口安放角26.89°（与轴线方向夹角），翼型出口安放角40.51°（与轴线方向夹角），翼型进口前缘采用刃型进口，翼型后缘直径为4.67毫米的圆头；位于活动导叶3出口中心圆柱面处的翼型断面，翼弦长81.654毫米，翼型最大厚度7.837毫米，翼型入口安放角28.26°（与轴线方向夹角），翼型出口安放角42.08°（与轴线方向夹角），翼型进口前缘采用刃型进口，翼型后缘直径为4.454毫米的圆头；位于活动导叶3出口外侧圆柱面处的翼型断面，翼弦长84.01毫米，翼型最大厚度8.28毫米，翼型入口安放角29.54°（与轴线方向夹角），翼型出口安放角43.57°（与轴线方向夹角），翼型进口前缘采用刃型进口，翼型后缘直径为4.706毫米的圆头；位于活动导叶3进口中间圆柱面处的翼型断面，翼弦长85.111毫米，翼型最大厚度8.68毫米，翼型入口安放角30.77°（与轴线方向夹角），翼型出口安放角44.86°（与轴线方向夹角），翼型进口前缘采用刃型进口，翼型后缘直径为4.933毫米的圆头；位于活动导叶3进口外侧圆柱面处的翼型断面，翼弦长87.519毫米，翼型最大厚度9.17毫米，翼型入口安放角32.17°（与轴线方向夹角），翼型出口安放角46.36°（与轴线方向夹角），翼型进口前缘采用刃型进口，翼型后缘直径为5.79毫米的圆头；活动导叶叶片前缘的安装内直径为36毫米；前缘的安装外直径为144毫米，后缘的安装外直径为130毫米，一周采用9片活动导叶叶片10均匀布置。
如图11所示，转轮叶片14是一种三维扭曲的翼型，位于转轮4进口内侧圆柱面处的翼型断面，翼弦长78毫米，翼型最大厚度11.1毫米，翼型入口安放角17.31°（与轴线方向夹角），翼型出口安放角53.16°（与轴线方向夹角），翼型进口前缘采用刃型进口，翼型后缘直径为2.75毫米的圆头；位于转轮4进口中心圆柱面处的翼型断面，翼弦长93.8毫米，翼型最大厚度10.5毫米，翼型入口安放角16.38°（与轴线方向夹角），翼型出口安放角44.65°（与轴线方向夹角），翼型进口前缘采用刃型进口，翼型后缘直径为2.92毫米的圆头；位于转轮4出口内侧圆柱面处的翼型断面，翼弦长106.9毫米，翼型最大厚度10.5毫米，翼型入口安放角15.71°（与轴线方向夹角），翼型出口安放角39.48°（与轴线方向夹角），翼型进口前缘采用刃型进口，翼型后缘直径为3毫米的圆头；位于转轮4出口中间圆柱面处的翼型断面，翼弦长126.4毫米，翼型最大厚度9.5毫米，翼型入口安放角14.87°（与轴线方向夹角），翼型出口安放角34°（与轴线方向夹角），翼型进口前缘采用刃型进口，翼型后缘直径为3.2毫米的圆头；位于转轮4出口外侧圆柱面处的翼型断面，翼弦长148.1毫米，翼型最大厚度9毫米，翼型入口安放角14.1°（与轴线方向夹角），翼型出口安放角29.87°（与轴线方向夹角），翼型进口前缘采用刃型进口，翼型后缘直径为3.4毫米的圆头；转轮4前缘的安装外直径为128.5毫米，后缘的安装外直径为144毫米，一周采用11片转轮叶片14均匀布置。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种适用于小型抽水蓄能电站的水泵水轮机， 包括蜗壳、固定导叶、活动导叶、转轮、尾水管以及旋转轴，其特征在于：所述蜗壳、固定导叶、活动导叶、转轮、尾水管自上而下依次固定连接；所述活动导叶包括活动导叶外壳、活动导叶内壳以及带有活动导叶旋转轴的活动导叶叶片，所述活动导叶叶片通过活动导叶旋转轴活动连接在活动导叶外壳上，所述活动导叶旋转轴一端与活动导叶内壳活动连接，另一端自活动导叶外壳穿出；所述转轮包括转轮外壳、带有转轮叶片旋转轴的转轮叶片以及转轮内壳，所述转轮叶片通过转轮叶片旋转轴活动连接在转轮内壳上；所述旋转轴自上而下依次穿过蜗壳、固定导叶、活动导叶，且下端与转轮内壳固定连接；所述蜗壳为底部开孔轴向出水的型式；所述蜗壳内侧与固定导叶的内侧上部固定连接，所述固定导叶的内侧下部与活动导叶内壳固定连接，所述蜗壳外侧与固定导叶的外侧上部固定连接，所述固定导叶的外侧下部与活动导叶外壳上部固定连接，所述活动导叶外壳下部与转轮外壳上部固定连接，所述转轮外壳下部与尾水管的外侧固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种适用于小型抽水蓄能电站的水泵水轮机，其特征在于：还包括调节机构，所述调节机构包括与活动导叶叶片活动连接且用于调节活动导叶叶片开度的调节杆和与转轮叶片活动连接并用于调节转轮叶片开度的转轮叶片调节机构。
3.根据权利要求1或2所述的一种适用于小型抽水蓄能电站的水泵水轮机，其特征在于：还包括锁紧螺母，所述转轮内壳通过键与旋转轴固定连接，所述旋转轴下端部依次通过轴端轴套、锁紧螺母与转轮上下定位。
4.根据权利要求1所述的一种适用于小型抽水蓄能电站的水泵水轮机，其特征在于：在所述固定导叶和活动导叶适配处分别安装有第一轴承和第二轴承，用于支撑旋转轴。
5.根据权利要求1所述的一种适用于小型抽水蓄能电站的水泵水轮机，其特征在于：所述固定导叶和尾水管皆为喇叭形结构，除蜗壳外，所述水泵水轮机的外形呈梭形。
6.根据权利要求2所述的一种适用于小型抽水蓄能电站的水泵水轮机，其特征在于：所述调节杆设置于活动导叶外壳的外部，所述转轮叶片调节机构为通过三根与旋转轴平行的螺杆连接旋转构件的机构。
7.根据权利要求1所述的一种适用于小型抽水蓄能电站的水泵水轮机，其特征在于：所述固定导叶的叶片为三维扭曲翼型，位于固定导叶出口轮毂圆柱面处的翼型断面，翼型入口安放角32°～38°，翼型出口安放角34°～40°；位于固定导叶出口的几何中间圆柱面处的翼型断面，翼型入口安放角36°～42°，翼型出口安放角39°～45°；位于固定导叶出口外侧圆柱面的翼型断面，翼型入口安放角39°～45°，翼型出口安放角42°～48°。
8.根据权利要求1所述的一种适用于小型抽水蓄能电站的水泵水轮机，其特征在于：所述活动导叶叶片为三维扭曲的翼型，位于活动导叶出口内侧圆柱面处的翼型断面，翼型入口安放角23°～29°，翼型出口安放角37°～43°；位于活动导叶出口中心圆柱面处的翼型断面，翼型入口安放角25°～31°，翼型出口安放角39°～45°；位于活动导叶出口外侧圆柱面处的翼型断面，翼型入口安放角26°～32°，翼型出口安放角40°～46°；位于活动导叶进口中间圆柱面处的翼型断面，翼型入口安放角27°～33°，翼型出口安放角41°～47°；位于活动导叶进口外侧圆柱面处的翼型断面，翼型入口安放角29°～35°，翼型出口安放角43°～49°。
9.根据权利要求1所述的一种适用于小型抽水蓄能电站的水泵水轮机，其特征在于：所述转轮叶片是一种三维扭曲的翼型，位于转轮进口内侧圆柱面处的翼型断面，翼型入口安放角14°～30°，翼型出口安放角50°～56°；位于转轮进口中心圆柱面处的翼型断面，翼型入口安放角13°～19°，翼型出口安放角41°～47°；位于转轮出口内侧圆柱面处的翼型断面，翼型入口安放角12°～18°，翼型出口安放角36°～42°；位于转轮出口中间圆柱面处的翼型断面，翼型入口安放角11°～17°，翼型出口安放角31°～37°；位于转轮出口外侧圆柱面处的翼型断面，翼型入口安放角11°～17°，翼型出口安放角26°～32°。
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