CN201802542U - 低水头水力发电用冲击式水轮机组 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种低水头水力发电用冲击式水轮机,包括转轮室(1),转轮室(1)下部宽度(3)为上部宽度(2)的1.5倍以上。所述低水头是使用水头为10~100m。所述转轮(5)的最低点距停机时尾水水面(8)的高度为无效水头6Hinv,减小无效水头6Hinv,使得无因次无效水头Hinv/D为0.5,其中D为转轮直径。本实用新型实现将冲击式水轮机应用在较低水头的电站,可以充分利用其高效率区域宽、变化缓,发挥其结构简单、下游开敞,开挖量少、环境友好的优点,在投资少的情况下也能代替水头在10m~100m的混流式水轮机、轴流水轮机使用,因而扩宽了冲击式水轮机的使用范围。
Description
技术领域
本实用新型属于水力发电设备机械技术领域,具体涉及到低水头水力发电用冲击式水轮机组,将冲击式水轮机使用水头扩大至低落差范围。
背景技术
冲击式水轮机一般应用于高落差、小流量发电机组使用。传统的冲击式水轮机包括转轮室、喷嘴及喷针和转轮。传统冲击式水轮机工作过程:高水头水流由引水管进入,经由喷嘴射入至转轮水斗内,流体能量由转轮及轴变换成机械能传给发电机转子继而转换成电能,做功后的水流由转轮流出至转轮室下方尾水部,尾水部与大气压下游连通。
高水头使用时,做功后的水流由转轮流出至转轮室下方时,带有动能的水扰动尾水面形成了激烈的波浪,为了避免运行工况时水面的激烈波动碰到转轮的下端,冲击式水轮机转轮最低点距停机时转轮室内水面需要一个Hinv高度,但是此Hinv是无效水头,由此引起的效率下降为ηE=(H-Hinv)/H,无效水头所占的比例在高水头时是可以忍受的,但在低水头下使用,所占比例会大大增高,实际效率下降明显,这是冲击式水轮机很难推广在低水头下使用的重要原因之一。
冲击式水轮机具有高效率区域宽、变化缓,其结构简单、下游开敞,开挖量少、环境友好的优点,因此冲击式水轮机所需的土木工程规模远比轴流式水轮机、混流式水轮机要小得多,因而成为当代选型热点,近年来市场要求非常旺盛。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种水头在10~100m的发电用冲击式水轮机,它是通过扩大转轮室下部尾水平面面积、降低水轮机的安装高度来实现的。扩大转轮室下部尾水平面面积,是为了减少水轮机运行时尾水表面波浪高度,进而减少对转轮的影响;降低水轮机安装高度目的在于减少水轮机的无效使用水头,进而提高低水头时冲击式水轮机的水力效率。
本实用新型目的通过以下方案来实现:
低水头水力发电用冲击式水轮机,包括转轮室1,转轮室1的下部宽度3Wlow为上部宽度2W0的1.5倍以上。
所述低水头是使用水头为10~100m。
所述转轮5的最低点距停机时尾水水面8的高度为无效水头6Hinv,减小无效水头6Hinv,使得无因次无效水头Hinv/D为0.5,其中D为转轮直径。适用于不同直径的冲击式水轮机。
转轮5最低点距停机时尾水水面8的高度为无效水头6Hinv。水的能量中含有压能、动能、位能(与位置高度有关),无效水头Hinv是指这部分位能的浪费。方案实施要求无因次无效水头Hinv/D为0.5,其中D为水轮机直径,考虑不同转轮直径的使用要求采用无因次无效水头Hinv/D。
转轮室下部宽度的增加减少了尾水池波浪高度、无效水头的减小实际上是增加了这部分位置水头的利用,两者的结合结果会促成水力效率的上升。
但是必须注意无因次无效水头Hinv/D下降至0.5以下是危险的,当无因次无效水头Hinv/D下降至0.5以下时,此时转轮下部除了有对性能影响不大的低密度气泡,转轮下部还会有可能浸入到尾水波浪的高度中,引起振动进而引起性能急剧下降。且需要注意喷嘴喷射流不能接触到水面加重尾水面的波动。
高落差用冲击式水轮机转轮中心下降安装会引起效率的下降,10~100m低落差冲击式水轮机转轮中心下降安装效率反而会上升。
在进行10~100m低水头冲击式水轮机设计时,扩大转轮室下部宽度3增加尾水面积,以减少水轮机运行时的尾水波浪高度;转轮下降安装至离水面最小的距离以减小无效水头6,两者的结合结果会促成水轮机水力效率的上升。
附图说明
图1为冲击式水轮机主视图;
图1中转轮室1,喷嘴4,转轮5,无效水头6,尾水水面8,转轮直径7;
图2为冲击式水轮机转轮室1左视图;
图2中转轮室1上部宽度2亦即W0、下部宽度3亦即Wlow。
具体实施方式
本实用新型用于低水头水力发电用冲击式水轮机,水头在10~100m。
如图1所示,低水头水力发电用冲击式水轮机,包括转轮室1,其中转轮5的最低点距停机时尾水水面8的高度为无效水头6Hinv,降低冲击式水轮机的安装高程,减小无效水头6Hinv,使得无因次无效水头Hinv/D为0.5,其中D为转轮直径7。图2为冲击式水轮机转轮室1左视图,现有的冲击式水轮机转轮室1左视图为长方形,本实用新型将转轮室1下部宽度3Wlow增加至上部宽度2Wo的1.5倍以上,有压水流由喷嘴4射至转轮5做功,做功后由转轮出流至尾水水面8,流出至下游。
本实用新型用于低水头冲击式水轮机组实施过程:水轮机的转轮室的下部宽度3为上部宽度2的1.5倍以上、无因次无效水头Hinv/D由原来的1.5下降至0.5。此时的无效水头Hinv水波浪高度含有的为大量密度较低的气泡,由于气泡密度低即便浸涉到转轮也不会对转轮性能产生影响;无效水头Hinv/D下降至0.5以下是危险的,转轮下部会有可能浸入到尾水波浪的高度中,引起振动进而引起效率急剧下降。
由无效水头Hinv引起的效率下降为ηE=(H-Hinv)/H,H为使用水头。由上式可以看出H为高水头时即使改变无效水头Hinv效率变化也不会太大,如果使用水头H为100m以下时,水头越低改变无效水头Hinv时效率变化越大。
降低无效使用水头Hinv实施例的水力效率上升计算为以下结果:
使用水头H=50m,转轮直径D=5m,原设计无次元无效水头Hinv/D为1.5,得到的无效水头Hinv,old=7.5m,水轮机水力效率ηE=(H-Hinvold)/H=85%;现使用无因次无效水头Hinv/D由原来的1.5下降至0.5,无效水头Hinv=2.5m,得到的水轮机水力效率ηE=(H-Hinv)/H=95%;经比较水力效率上升ηEup=10%。
Claims (3)
1.低水头水力发电用冲击式水轮机组,包括转轮室(1)和转轮,其特征在于,转轮室(1)下部宽度Wlow(3)为上部宽度W0 (2)的1.5倍以上。
2.根据权利要求1所述的低水头水力发电用冲击式水轮机组,其特征在于,所述低水头是使用水头为10~100m。
3.根据权利要求1所述的低水头水力发电用冲击式水轮机组,其特征在于,所述转轮(5)的最低点距停机时尾水水面(8)的高度为无效水头6Hinv,减小无效水头6Hinv,使得无因次无效水头Hinv/D为0.5,其中D为转轮直径。
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CN2010205020028U CN201802542U (zh) | 2010-08-20 | 2010-08-20 | 低水头水力发电用冲击式水轮机组 |
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CN101915195A (zh) * | 2010-08-20 | 2010-12-15 | 华南理工大学 | 低水头水力发电用冲击式水轮机组 |
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