CN206957856U - 一种亲鱼型轴流式水轮机的转轮系统 - Google Patents
一种亲鱼型轴流式水轮机的转轮系统 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开一种亲鱼型轴流式水轮机的转轮系统，它包括螺旋叶片和与螺旋叶片无缝隙连接的轮毂，轮毂为上宽下窄的圆台形结构，螺旋叶片为空间螺旋结构，由上至下沿着轮毂表面环绕；本实用新型对传统轴流式水轮机易对鱼体造成机械及压力损伤的转轮结构进行优化设计，提高了水利工程生态效益，实现了水电能源与鱼类资源的协调发展。
Description
技术领域
本实用新型涉及水轮机结构设计及水生态交叉技术领域，具体地指一种亲鱼型轴流式水轮机的转轮系统。
背景技术
为缓解大坝对洄游鱼类的阻隔效应，保护鱼类生物的多样性，大型水利工程在规划、设计、施工及其运行过程中均采取了相应的补偿措施。比如，美国哥伦比亚河流域的邦纳维尔、约翰代等10多座水电站新建的鱼道，成功地解决了鲑科鱼类通过20～34m较高水头枢纽的洄游问题。我国于1960年建成了第一座鱼道，至20世纪末已建成有30余座。同时建设仿自然鱼道、升鱼机和鱼闸等，帮助洄游鱼类上行过坝。对于帮助鱼类下行过坝的措施，国内外通常采用表面鱼道、溢流坝、旁通鱼道等帮助鱼类下行过坝，同时在水轮机进口前端设置物理阻隔设施及行为阻隔设施以防止鱼体进入水轮机流道。
上述措施虽然具有一定的成效，但是建设费用高、效率低，而且仍然会有大量的鱼通过水轮机时受到伤害，达不到预期的效果，同时还会造成水流能量的消耗。水轮机流道作为大坝最经济的泄水通道不但保持大坝上下游水体的连续性又带来了巨大的发电效益，然而由于传统水轮机流道及其水力特性的复杂性，鱼类借助水轮机流道下行过坝将遭受机械、压力、剪切、空蚀等多重损伤，导致水轮机流道过鱼效率较低。为提高水轮机流道过鱼效率，减小鱼体通过水轮机下行的损伤概率，有必要在保证水轮机发电效益的同时对传统水轮机流道结构及水力特性进行优化，提高水利工程生态效益，实现水电能源与鱼类资源的协调发展。
传统轴流式水轮机转轮桨叶及桨叶与轮毂的间隙是造成鱼体在转轮室受撞击及摩擦损伤的主要原因，同时转轮进出口急剧的压力突降和转轮出口的负压是致使鱼体遭受压力损伤关键因子。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种亲鱼型轴流式水轮机的转轮系统，对传统轴流式水轮机易对鱼体造成机械及压力损伤的转轮结构进行优化设计，提高水利工程生态效益，实现水电能源与鱼类资源的协调发展。
本实用新型为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种亲鱼型轴流式水轮机的转轮系统，它包括螺旋叶片和与螺旋叶片无缝隙连接的轮毂，所述轮毂为上宽下窄的圆台形结构，所述螺旋叶片为空间螺旋结构，由上至下沿着轮毂表面环绕。
优选地，所述螺旋叶片的叶片进口安放角度为49-69°，其中叶片进口安放角度指叶片进口端的叶片骨线与水平线的夹角。
优选地，所述螺旋叶片的叶片进口安放角度为54°。
优选地，所述螺旋叶片的数量为三个，螺旋叶片旋转周数为轮毂顶部端面圆周的3/5，
优选地，所述螺旋叶片叶片外缘处与转轮室内壁间隙为螺旋叶片宽度的1/10。
优选地，所述轮毂底部与泄水锥连接。
本实用新型的有益效果：
1、对传统轴流式水轮机的转轮结构进行了优化改进，消除传统轴流式水轮机桨叶与轮毂间隙，改变转轮叶片结构形式，优化转轮叶片压力分布状态，减小了过机鱼体在转轮区域遭受机械及压力损伤。
2、过机鱼体顺螺旋叶片“滑”下去，减小了过机鱼体遭受撞击、剪切力、压力等伤害。
3、减小转轮室内壁与叶片边缘间隙，消除了通常出现在叶片外缘附近的低压涡流阻力，减少对过机鱼体的伤害。
4、螺旋叶片与轮毂为无缝隙连接，减小水轮机运行时产生紊流和气泡等不利水力条件的概率。
5、使得水轮机在满足发电效率的同时成为鱼体下行过坝的过鱼设施，既满足了传统水利水电的工程要求，又能满足现如今水生态水利设施过鱼要求。实现传统水轮机组向“环境友好型”、“资源节约型”方向发展的革新。
6、转轮系统的设计相较于传统轴流式叶片(尤其是轴流转桨式)的设计具有施工操作简单、运行后维护方便、技术实现更轻松等优点。
附图说明
图1为一种亲鱼型轴流式水轮机的转轮系统的结构示意图；
图2为一种亲鱼型轴流式水轮机的转轮系统的安装结构示意图；
图3为轮毂与泄水锥的连接结构示意图；
图4为叶片进口安放角度为69°和68°时的转轮体压力云图；
图5为叶片进口安放角度为64°和59°时的转轮体压力云图；
图6为叶片进口安放角度为54°和49°时的转轮体压力云图；
图中，螺旋叶片1、轮毂2、泄水锥3、尾水管4。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述。
如图1至6所示，一种亲鱼型轴流式水轮机的转轮系统，它包括螺旋叶片1和与螺旋叶片1无缝隙连接的轮毂2，所述轮毂2为上宽下窄的圆台形结构，所述螺旋叶片1为空间螺旋结构，由上至下沿着轮毂2表面环绕。轮毂2设计采用圆台体进行结构改良，相较于传统轮毂，其目的在于牵引蜗壳辐向水流顺畅通过转轮室，降低转轮室内部因产生较大空蚀负压对过机鱼体造成致命损伤的可能。
优选地，所述螺旋叶片1的叶片进口安放角度为49-69°，其中叶片进口安放角度指叶片进口端的叶片骨线与水平线的夹角。叶片进口安放角度的选择过程见下述试验表格及图。
优选地，所述螺旋叶片1的叶片进口安放角度为54°。
优选地，所述螺旋叶片1的数量为三个，螺旋叶片1旋转周数为轮毂2顶部端面圆周的3/5。因为叶片数量和叶片大小是成反比的，叶片数量越多，单片叶片的表面积相应越小，三个螺旋叶片1在转轮室内创造出3条可供鱼“下滑”通过的“滑梯”通道。
优选地，所述螺旋叶片1叶片外缘处与转轮室内壁间隙为螺旋叶片1宽度的1/10。这样设计的目的在于减小过机鱼体受结构间隙造成的剪切力及压力梯度变化等带来的损伤。
优选地，所述轮毂2底部与泄水锥3连接。这样水出来时可以通过泄水锥3进入到尾水管4内。
本实施例工作原理如下：
亲鱼型转轮系统独有的空间螺旋叶片实现了鱼体沿螺旋“滑梯”通过转轮室时可以低碰撞，小阻力，低剪切，更安全。既保证了水轮机组的高效有序运行，又实现了鱼体高效安全过坝的水生态保护的目的。
传统轴流式水轮机转轮桨叶及桨叶与轮毂的间隙是造成鱼体在转轮室受撞击及摩擦损伤的主要原因，同时转轮进出口急剧的压力突降和转轮出口的负压是致使鱼体遭受压力损伤关键因子。为减小过机鱼体通过水轮机转轮区域遭受的机械损伤及压力损伤，本实用新型转轮采用螺旋形转轮叶片无缝连接轮毂，同时叶片倾斜角度与其上导流板曲率一致，以减小过机鱼体遭受桨叶撞击及桨叶与轮毂间隙摩擦损伤，让鱼体顺叶片螺旋而下。为优化转轮的螺旋叶片的数目及倾斜角度，本设计采用数值模拟方法对6种不同螺旋叶片安放角进行优化设计，结果得出螺旋叶片进口安放角为54°时叶片压力梯度最小，压力分布均匀，负压值最小，同时水轮机工作力矩最大即水轮机获得最大出力。其各种叶片布置形式下压力分布情况见下表。另外，本试验中不同叶片进口安放角度的转轮体压力云图见图4、5、6。
上述的实施例仅为本实用新型的优选技术方案，而不应视为对于本实用新型的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本实用新型的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种亲鱼型轴流式水轮机的转轮系统，其特征在于：它包括螺旋叶片（1）和与螺旋叶片（1）无缝隙连接的轮毂（2），所述轮毂（2）为上宽下窄的圆台形结构，所述螺旋叶片（1）为空间螺旋结构，由上至下沿着轮毂（2）表面环绕。
2.根据权利要求1所述的一种亲鱼型轴流式水轮机的转轮系统，其特征在于：所述螺旋叶片（1）的叶片进口安放角度为49-69°，其中叶片进口安放角度指叶片进口端的叶片骨线与水平线的夹角。
3.根据权利要求1所述的一种亲鱼型轴流式水轮机的转轮系统，其特征在于：所述螺旋叶片（1）的叶片进口安放角度为54°。
4.根据权利要求1所述的一种亲鱼型轴流式水轮机的转轮系统，其特征在于：所述螺旋叶片（1）的数量为三个，螺旋叶片（1）旋转周数为轮毂（2）顶部端面圆周的3/5。
5.根据权利要求1所述的一种亲鱼型轴流式水轮机的转轮系统，其特征在于：所述螺旋叶片（1）叶片外缘处与转轮室内壁间隙为螺旋叶片（1）宽度的1/10。
6.根据权利要求1所述的一种亲鱼型轴流式水轮机的转轮系统，其特征在于：所述轮毂（2）底部与泄水锥（3）连接。
Priority Applications (1)
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| CN201720884631.3U CN206957856U (zh) | 2017-07-20 | 2017-07-20 | 一种亲鱼型轴流式水轮机的转轮系统 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109469511A (zh) * | 2018-12-19 | 2019-03-15 | 江苏大学 | 一种轴流式对旋双转子多工况透平 |
| CN109505724A (zh) * | 2018-12-19 | 2019-03-22 | 江苏大学 | 一种轴流式对旋鱼友好型透平装置 |
| CN113175406A (zh) * | 2021-04-23 | 2021-07-27 | 西北农林科技大学 | 一种亲鱼型贯流式水轮机 |
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