CN1584323A - 混流式水轮机l型叶片转轮 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种混流式水轮机L型叶片转轮。本发明所涉及的部位为叶片出水边，通过叶片出水边几何形状及尺寸的变化，达到改善水轮机水力性能的目的。本发明主要包括：上冠1、下环2及若干连接在上冠1与下环2间的曲面叶片3；转轮高压侧，即水流径向流入侧，为叶片进水边4，转轮低压侧，即水流轴向流出侧，为叶片出水边5；叶片出水边5与下环2的连接点为A，叶片出水边5与上冠1的连接点为B，出水边5形线中点为M，G为出水边5形线上A与M之间的任意一点，转轮的转动中心为O，转动方向为n向，其特征在于：在转轮俯视图上，叶片出水边形线A与M之间至少存在一个拐点。

Description

混流式水轮机L型叶片转轮
技术领域：
本发明涉及水轮机的转轮，确切的说是涉及轮转中各单元叶片的改进。
技术背景：
经过长期技术发展，混流式水轮机已基本定型，但是转轮的叶片翼型的微小改进可能对水轮机效率产生较大影响，寻求更为合理翼型结构仍然是设计者不断追求目标，而且随着水轮机比转速的提高，水头变幅的增大，水轮机运行稳定性定性问题日益突出，近30年来国内外一些大型机组，有相当数量的水轮机相继出现不同程度的振动问题，水轮机运行的稳定性问题是一个世界难题。随着水轮发电机组单机容量不断提高，水轮机尺寸随之增加，转轮刚强度相对减弱，中国专利ZL97195388.0提出一种改进后的弗郎西斯型水轮机的叶轮，其气蚀和水流特性得到改善，但就上述几方面指标仍不太理想。现有的混流式水轮机叶片出水边有以下两种情况：
1.如图3左所示，在转轮俯视图上A、M两点及其之间任意一点G在同一直线上，即出水边位于同一轴截面。
2.如图3右所示，在转轮俯视图上，对于A与M之间的任意一点G，沿转动方向G位于直线AM的下方或直线AM上。
总之，对于现有的叶片在转轮俯视方向，直线AM总在叶片区。
发明内容：
本发明目的是公开一种混流式水轮机L型叶片转轮。本发明所涉及的部位为叶片出水边，通过叶片出水边几何形状及尺寸的变化，达到改善水轮机水力性能的目的。
本发明主要包括：上冠1、下环2及若干连接在上冠1与下环2间的曲面叶片3；转轮高压侧，即水流径向流入侧，为叶片进水边4，转轮低压侧，即水流轴向流出侧，为叶片出水边5；叶片出水边5与下环2的连接点为A，叶片出水边5与上冠1的连接点为B，出水边5形线中点为M，，G为出水边5形线上A与M之间的任意一点，转轮的转动中心为O，转动方向为n向，其特征在于：在转轮俯视图上，叶片出水边形线A与M之间至少存在一个拐点。
本发明在转轮俯视图上，对于A与M之间的点，沿转动方向n总存在点G位于直线AM的上方，即直线AM不完全在叶片(3)区内。
本发明出水边端点A、B与转动中心O的夹角(α)较小，不大于20度。
本发明直线AG延长线与该处下环切线的夹角(θ)不小于90度。
本发明叶片在下环处的骨线长度大于叶片在上冠处的骨线长度，且其比值大于1.1。
附图说明
图1为本发明实施例立体图；
图2为本发明实施例另一角度立体图；
图3现有叶片平面图(转轮俯视)示例图；
图4本发明实施例叶片平面图示例(左为角过渡，右为圆过渡)图；
图5为本发明实施例叶片俯视图；
图6现有叶片下环处出水边应力图；
图7本发明实施例叶片下环处出水边应力图；
具体实施方式
经过长期发展混流式水轮机已基本定型，转轮结构主要包括：上冠、下环及若干连接在上冠与下环间的曲面叶片，如图1所示。转轮高压侧，即水流径向流入侧为叶片进水边，转轮低压侧，即水流轴向流出侧为叶片出水边。如图3所示，混流式水轮机叶片出水边与下环的连接点为A，出水边形线中点为M，G为出水边形线上A与M之间的任意一点，本专利转轮叶片的显著特点在于：对于出水边形线A与M间的点，总存在点G沿转动方向n位于直线AM的上方，即在转轮俯视方向，直线AM没有完全在叶片区内，如图4所示。
按照本发明，合理外展下环处出水边的L型叶片，可以使混流式水轮机在以下方面获益。
1.水轮机效率
转轮下环附近翼型对水轮机效率有较大影响，叶片下环出水边局部外展，既减小了因出水边整体外展造成的水力摩擦损失，又增加了下环附近叶片压力面与吸力面的压差，利于转轮效率的提高。水轮机模型试验亦表明：合理的下环出水边局部外展的L型叶片，可使水轮机最优提高(2-5)‰。
2.水轮机稳定性
随着水轮机比转速的提高、水头变幅的增大，水轮机运行稳定性问题日益突出。近30年来国内外一些大型机组，有相当数量的水轮机相继出现不同程度的振动问题，水轮机的运行稳定性问题是一个世界性的难题。
实践表明：部分负荷时的压力脉动是造成水轮机组振动的主要根源。转轮出口环量与尾水管压力脉动，这是衡量水轮机稳定性的重要指标，有着直接的联系。叶片下环出水边局部外展，可以改变转轮叶片出水边的环量分布，降低转轮出口环量，从而降低尾水管内的压力脉动幅值，提高水轮机运行稳定性。
3.转轮强度
现代水轮发电机组单机容量不断提高，水轮机尺寸随之增加，转轮刚强度相对减弱。L型叶片在改善水轮机水力性能的同时，还可以提高转轮刚强度，降低叶片应力，提高水轮机组运行可靠性。
对比图6与图7的应力数值计算结果，叶片下环处出水边局部外展后，叶片下环处的应力值从105MPa降至68.4MPa，最大应力值亦有所下降。L型叶片较大程度的提高了转轮刚强度。
通过以上分析可以看出：L型叶片转轮，不仅可以改善水轮机水力性能提高效率及水轮机运行稳定性，还可以提高转轮刚强度，在工程上具有较高的使用价值。

Claims (5)

1.一种混流式水轮机L型叶片转轮，主要包括：上冠(1)、下环(2)及若干连接在上冠(1)与下环(2)间的曲面叶片(3)；转轮高压侧，即水流径向流入侧，为叶片进水边(4)，转轮低压侧，即水流轴向流出侧，为叶片出水边(5)；叶片出水边(5)与下环(2)的连接点为A，叶片出水边(5)与上冠(1)的连接点为B，出水边(5)形线中点为M，，G为出水边(5)形线上A与M之间的任意一点，转轮的转动中心为0，转动方向为n向，其特征在于：在转轮俯视图上，叶片出水边形线A与M之间至少存在一个拐点。
2.按权力要求1所述的混流式水轮机L型叶片转轮，其特征在于：在转轮俯视图上，对于A与M之间的点，沿转动方向n总存在点G位于直线AM的上方，即直线AM不完全在叶片(3)区内。
3.按权力要求1、2所述的混流式水轮机L型叶片转轮，其特征在于：出水边端点A、B与转动中心O的夹角(α)较小，不大于20度。
4.按权力要求1、2、3所述的混流式水轮机L型叶片转轮，其特征在于：直线AG延长线与该处下环切线的夹角(θ)不小于90度。
5.按权力要求1、2、3、4所述的混流式水轮机L型叶片转轮，叶片在下环处的骨线长度大于叶片在上冠处的骨线长度，且其比值大于1.1。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103114953A (zh) * 2012-12-07 2013-05-22 哈尔滨电机厂有限责任公司 混流式水轮机反向s型长短叶片转轮
CN110439724A (zh) * 2019-08-07 2019-11-12 东方电气集团东方电机有限公司 一种用于水力机械的混流式转轮

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