CN2038957U

CN2038957U - 新型双击式水轮机装置

Info

Publication number: CN2038957U
Application number: CN88218880U
Authority: CN
Inventors: 涂建炎
Original assignee: Chengdu University of Science and Technology
Current assignee: Chengdu University of Science and Technology
Priority date: 1988-08-29
Filing date: 1988-08-29
Publication date: 1989-06-07

Abstract

一种利用中、低水头作为落差发电的新型双击式水轮机装置，该机在传统的单导叶开度区内增设了固定小导叶，并对轮叶、喷嘴、轴端密封和自动补气方面作了改进和创新，使各股射流从最佳方式导流，大幅度降低喷嘴水力损失，促使射流的动能转换，实现了在开度a₀＝0-100％a_0max的全部运行范围内均保持高效运行。消除了传统双击式水轮机的“出流受顶托”效应和“逆向流”因素。该机还具有结构简单、易于加工制造和维修，有显著的经济效益。

Description

本实用新型属于水力机械技术领域，改善双击式水轮机的综合性能，以适应节省农村迳流式水电站投资和提高其运行经济效益。

80年代以来，美国、联邦德国和日本等发达国家对双击式水轮机的研究极为重视，其中以联邦德国奥斯伯杰（OSSBERGER）工厂的专利产品性能较好，已有15家制造厂获得许可生产，日本公开特许公报昭59－574、和昭59－119071和JP59－77081对双击式水轮机的新结构均有报导。但是，这些传统的双击式水轮机都存在着二种流动。一为“逆向流”（又称反转流），该水流不流向转轮中心空间，它不仅不参与第二次有效冲击，却反向冲击轮叶背面，构成反向的阻力矩，试验表明，它以一股强大的喷流从轮缘外冲向机壳边壁，为了防止逆向流从机壳边壁反射到转轮，阻凝转轮旋转作功，因此，这类传统的双击式水轮机被迫加大机壳长度尺寸。日本也设计偏流板，使转轮避开反射流，但这类结构亦属被动的防范措施。二为“横向流”，因其带有出口环量（＋V_u2），故在转轮腔内呈弧形流动，并偏向轮腔的一侧。经研究发现，横向流的汇集与相互排挤会阻凝第一次射流的出流，导致喷咀压能难以充分转换为射流动能。传统的现有通轴转轮将横向流压缩在狭小的轴颈空间，不仅使第二次冲击的入水角撞击损失加大，而且必然会诱发逆向流与阻力矩的形成，其出口损失的动能与位能均大。这就是目前国内外双击式水轮机效率低的主要原因。其次是叶道内受逆向流的作用会出现急剧的动量变化，这也是传统的双击式水轮机汽蚀、振动和噪声的发源地之一。现有的双击式处于部分开度α₀≤35％α_0max，效率（η＜50％）很低，联邦德国和日本的专利产品被迫采用两套导叶操作来弥补小开度效率低的缺陷。

本实用新型的目的是针对上述双击式水轮机的不足而提供一种高效率双击式水轮机装置，其转轮与喷咀新结构能大幅度降低喷咀水力损失，促使射流的动能转换，实现了在开α₀＝0－100％α_0max的全部运行范围内仅用一套导叶操作装置就保持高效运行。

图1为双击式水轮机的结构示意图

（1）短轮叶，（2）长轮叶，（3）固定小导叶，（4）喷咀，（5）活动单导叶，（6）机壳，（7）尾水管。

图2为主轴密封装置示意图

（8）滚动轴承，（9）主轴，（10）螺纹调节块，（11）圆盖板，（12）“O”型密封圈，（13）蝶型甩水圈，（14）转轮。

图3为转轮腔补气示意图

（15）自动补气阀，（16）中间隔板，（17）筋板，（18）转轮进气孔。

本实用新型是利用中、低水头作为落差发电的双击式水轮机装置，如图1、图2、图3所示，转轮由短轮叶（1）和长轮叶（2）组成，导叶分为固定小导叶（3）和活动单导叶（5），固定小导叶间形成喷咀（4），轮叶通过二侧圆盘焊接在主轴的转轮上，在轴上设有密封系统，如图2所示。机壳上装有自动补气阀（15）直通转轮腔内的气孔（18），该机具有以下特点：

1.在传统的活动单导叶开度区内增设3个或3个以上的固定小导叶，小导叶呈流线型，它使各股射流以最佳方式导流，从而杜绝了单导叶在部分开度时二侧射流相互顶撞和存在于全包角范围内的扩散脱流与涡流能耗。

2.喷咀包角采用沿y轴对称分布，转轮采用对称间隔的长短多圆弧曲线组成弧形轮叶，改善转轮射流的进、出口方位，间隔的长短轮叶将整股“横向流”加以分割，制止其迭加汇合，消除了传统双击式的不良的“出流受顶托”效应。长轮叶有效利用短轮叶的出口环量，将各股射流分散导入第二次冲击，故在此过程中有冲击的轮叶数目增多，出口动能损失相应减少，在射流二次冲击的过程中，使机组效率与单批出力和比转速提高，从根本上消除“逆向流”出现的因素，故机壳尺寸变小。

3.主轴密封系统用可调节的弹性密封，由“O”型橡胶密封圈、蝶形甩水圈与螺纹调节的端盖等相互配合，其端面间隙可在0～0.5mm范围内调节，无论机组安装吸出高度H_S正、负值均可通用。

4.为了防止高水头运行时汽蚀对轮叶的危害，而将空气由自动补气阀直接引入轮腔内的进气孔。对短宽度的转轮可以通过主轴端钻孔引入空气，对长宽度转轮可采用中间隔板分别向两侧轮腔补气。

本实用新型具有如下优点：

1.采用固定小导叶结构，从而杜绝了单导叶在部分开度时两侧射流相互顶撞和存在于全包角范围内的扩散脱流与涡流能耗，大幅度降低喷咀水力损失促使射流的动能转换，实现了在开度α₀＝0－100％α_max的全运行范围内均保持高效运行。

2.喷咀包角采用沿y轴对称分布，转轮采用对称间隔的长短多圆弧曲线组成弧形轮叶，改善转轮射流的进、出口方位，消除了传统双击式不良的“出流受顶托”效应，有效冲击的轮叶数目增多，出口动能相应减少，因此，机组效率与单机出力和比转速提高，从根本上消除“逆向流”出现的因素，故机壳尺寸变小。

3.本机型转轮模型最高效率η_max＞85％，虽然其比转速比较低，但在迳流式农村水电站运行条件下，其平均效率比小型混流式及定桨式高5％～8％。

4.本实用新型采用无轴颈结构，机组结构简单，易于加工制造、安装、操作和维修，适应性广，在高原气压下不易出现振动和气蚀破坏，对山区和贫困地区经济建设有积极的推动作用。

5.根据国内外实践统计资料表明，双击式水轮机平均效率比其他小型混流式与定桨式高5％～8％，单位瓩造价约低21.4元，若我国西南地区每年新建农村电站中有1％采用新型双击式水轮机，则每年可节约小水电设备投资214万元，可多发电能8千万度，按0.05元／度计，新建电站增加经济效益400万元，由此可见，该项技术具有推广应用的实施前景和显著的经济效益。

实施例：

本实用新型的双击式水轮机装置如图1、图2、图3所示，它的结构简单，制造方便。该机为卧轴滚动轴承，二支点的钢板焊接结构，在喷咀口内焊上固定小导叶，转轮整体均为焊接构件，其中轮叶毛坯采用钢板热压成型或无缝钢管剖切，并用一般机床加工，转轮组焊后，轮叶头部型线由人工打磨及样板控制。其余零部件可在市场上购买，所属技术领域的专业技术人员均能按图加工制造、安装、操作和维护检修。

Claims

1、一种双击式水轮机装置含有轮叶转轴和机壳其特征在于转轮由短轮叶(1)长轮叶(2)组成，导叶分为固定小导叶片(3)和活动单导叶(5)，固定小导叶间形成喷咀(4)，轮叶通过二侧圆盘焊接在主轴上，在轴上设有密封系统[2]，机壳(6)上装有自动补气阀(15)，空气直接引入轮腔内的气孔(18)。

2、按照权利要求1所述水轮机装置其特征在于该装置内在传统的活动单导叶开度区内增设三个或三个以上的固定小导叶。

3、按照权利要求1、2所述水轮机装置其特征在于该装置的喷咀包角采用沿y轴对称分布，转轮采用对称间隔的长短多圆弧曲线组成的弧形轮叶。

4、按照权利要求1，2或3所述水轮机装置其特征在于该装置的主轴密封采用可调节的弹性密封，由“O”型橡胶密封圈、蝶形甩水圈与螺纹调节相互配合，其端面间隙可在0－0.5mm范围内调节。