專利名稱：一體化整體型多壓點槳輪式水輪機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種采用多壓點方式共同推動槳輪轉輪旋轉的多壓點槳輪式水輪機，尤其是 使其形成一體化整體型的結構設計。
背景技術：
水輪機是水電站的核心設備，水輪機的性能優(yōu)劣對合理高效開發(fā)利用水能資源、保證電 網穩(wěn)定可靠安全運行有著巨大的影響，水輪機的振動、空化、磨蝕的形成與否及形成程度的 大小主要取決于水輪機的結構形態(tài)與出力方式的設計。
目前常用的水輪機有混流式、軸流式、斜流式、切擊式和貫流式。在混流式水輪機的運 行中水流徑向進入導水機構，軸向流出轉輪；在軸流式水輪機中水流徑向進入導葉，軸向進 入和流出轉輪；切擊式水輪機是依靠高壓水的沖擊力切向沖擊其轉輪周邊的葉片，其形成的 出力能力不大；在貫流式水輪機中，水流沿軸向流進導葉和轉輪，其在低水頭下采用。
目前，大型水電站以混流式水輪機應用最多，軸流式次之?；炝魇綉盟^較高，但葉 片固定，當負荷變化較大時效率顯著下降；而軸流式轉槳機盡管一定程度上能夠適應水頭與 負荷的變化，高效率區(qū)寬，但空蝕系數較大，可轉動的懸臂槳葉強度有限，故應用水頭一般 在60米以下，上述機型在中小水電站中均少采用。
當前，小型水電站普遍采用軸流式定槳機，其自身無調控能力，水輪機直徑也較小，當 水流流經轉輪中心位置時因旋轉力臂小難于形成有效旋轉出力，而水流流經轉輪邊沿部位時 又會出現(xiàn)較多的無形成出力或完全形成出力即過流的水流，因此其理論最大效率值只有60%, 實際還低。
此外，當前河流泥沙含量普遍較高，因該出力方式形成的磨蝕現(xiàn)象也較嚴重，葉輪的耐 損力低，在氣蝕、磨蝕破損及部分負荷運行時實際有效功率值一般只有45%_50%左右，因為 負荷與水頭的變化等因素影響其還易形成因水力不平衡產生的振動。
目前在世界范圍內均還沒有更理想的適合于中小水電站采用的高效能水輪機的機型應 用與選擇，而多壓點槳輪式水輪機發(fā)明技術可根本解決上述多重難題，并適合絕大多數水電
站采用o
解決上述問題的創(chuàng)新技術是由兩項專利的發(fā)展完善后形成。其一是中國發(fā)明專利"槳輪
機發(fā)電方法及槳輪機法電站"(發(fā)明專利號03153720.0)，其采用的槳輪式水輪機(或簡稱
槳輪轉輪)的諸多性能優(yōu)勢可總體描述如下
3(1) 其最大形成優(yōu)勢是將電站水能集中垂直壓在槳輪轉輪的邊沿最大力矩處，全部水流是
以輪切向方式出力，其出力方式基本是以水壓為主，因此形成效力巨大，出力穩(wěn)定。
(2) 其在出力的過程中，機內水流與槳輪轉輪的槳輪板是以同向、同速、同位、緩動的方 式運動，無劇烈沖擊性摩擦與葉輪橫向攪動，無水流急轉彎、漩渦等負壓區(qū)形成的條件和因 其造成的水能損失，從設計結構和作用原理上消除了現(xiàn)有水輪機存在的空蝕、磨蝕、振動、 漏損、效率區(qū)、效率低等諸多固有難題生成的根源，可使出力效率大幅提高，建設與維護費 用大幅降低。
(3) 其結構與出力方式還可導致沒有任何未形成出力或未完全形成出力即過流流失的水 流，使無效水能消耗基本消除，因此可將其出力方式稱為"計量式"，即在某一水頭高度下， 多少體積的下瀉水量能夠發(fā)出多少電量大致可以精確計算出來。
而中國發(fā)明專利(200410004451.9)提出的"立、臥軸多壓點型槳輪式水輪機及其電站 輔助設施"(名稱后修改為多壓點槳輪式水輪機及其電站輔助設施)是對其進行的結構優(yōu) 化與性能完善設計，通過該專利形成的新增優(yōu)勢性能可總體描述如下
① 其通過在槳輪轉輪周邊均布設置并且與其形成封閉滑動配合的2個至多個壓水結構體 的獨特設計結構與其安置位置的共同作用，可形成多壓點水流以輪切向方式疊加形成共同推 力的效果，其壓水結構體的出力原理與出力方式與前面描述的槳輪機發(fā)電方法相同。
② 通過多壓點設計，可使其方便采用"在部分負荷時段下通過完全關閉幾個圧水結構體 的壓水點水流，并使其它l-2個壓水點全力出力"的全新運行調控方式，這將實現(xiàn)在部分負 荷時段成倍乃至成數倍地節(jié)省水能的獨特優(yōu)勢效果，因此其尤其適宜在出力能力大幅度變化 與水頭與電力負荷大幅度變化的水電站采用，當然平穩(wěn)狀況的水電站更宜適用。
③ 通過多壓點設計還可使其在形成相同出力能力下的設備體積與建設面積成倍減小。
④ 通過多壓點設計可充分有效利用2-5米的超低水頭水能，并使過流能力成倍增加。
⑤ 通過轉輪直徑和高長雙向拓展與壓點數量的不同設置可使其出力能力設計范圍巨大， 并且方便形成立、臥軸設計。
由其圖示結構可見(注本發(fā)明圖示1的中心結構是其縮微圖示)，其是通過大型與較 大型圧水結構體與槳輪轉輪組成部件的分別制作與現(xiàn)場組合安裝方式完成多壓點槳輪式水 輪機的新建與改建，因此其尤其適合在較大型的水電站中采用。
由此可見，(200410004451.9)發(fā)明專利即是對多壓點槳輪式水輪機及其電站輔助設施 技術方案的基本原理提出，又可認為是對其"部件組合型"結構設計方案的具體提出。
上述兩項背景技術共同形成的8項綜合優(yōu)勢能力對于中小水電站更加具有重大效益價 值，其出現(xiàn)使中小水電站從此有了十分理想的水輪機機型選擇，而對于中、小型水電站與微型水電站的新建與改建，更宜采用"一體化整體型"的結構設計方案。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的旨在針對上述應用需求提出一種簡捷優(yōu)化結構的一體化整體型多壓點槳 輪式水輪機的設計方案，其可方便生產、運輸、安裝、使用，可使其結構性能更加緊湊完善 多樣，并使相同規(guī)格產品的質量與性能完全一致且形成標準化、系列化設計，從而可使投資 建設應用更加節(jié)省、快速、安全、方便。
本發(fā)明提出的一體化整體型多壓點槳輪式水輪機是通過以下主要結構特征實現(xiàn)的其有 立式、臥式兩種機型形態(tài)設計，立式機型在機殼內部中心設置立式槳輪轉輪，在其周邊分布
設置2個至4個圧水結構體，大直徑槳輪轉輪可設置4個至8個圧水結構體，其通過槳輪軸
與立式發(fā)電機配合連接，立式機型尤其適合槳輪轉輪向更大直徑的規(guī)格延伸發(fā)展，通過其實 現(xiàn)增加過流能力，充分利用有限水頭高度與實現(xiàn)超低水頭下的運行應用。
立式一體化整體型多壓點槳輪式水輪機通過上機殼、側機殼、下機殼的合并緊固形成立
式機殼；其各個進水口設置在上機殼上可方便實現(xiàn)與縱向設置的輸水管路配合連接，其進水 口與在其內部設置的圧水結構體的位置形成對應的封閉配合，其各個零壓瀉水口設在側機殼 上并與其內部的零壓瀉水口位置實現(xiàn)對應配合，其通過零壓瀉水口的管路向上彎曲實現(xiàn)零壓 瀉水口保留存水的狀態(tài)效果。
臥式機型與立式機型的結構設置大致相似但其有獨特的應用方式。
臥式機型在機殼內部中心設置臥式槳輪轉輪，在其周邊分布設置4個至2個圧水結構體； 通過前機殼、中機殼、后機殼的合并緊固形成臥式機殼，通過橫向傳動軸與臥式發(fā)電機配合； 臥式機型尤其適合轉輪規(guī)格向長度延伸方式發(fā)展，因此其適應出力能力的范圍更廣泛。
臥式機型的各個進水口設置在前機殼上可方便實現(xiàn)與橫向設置的輸水管路配合連接，其 進水口與在其內部設置的圧水結構體的位置形成封閉配合，其機殼上的各個零壓瀉水口設置 位置可多樣化，并使零壓瀉水口處保持存水狀態(tài)；上述進水口與零壓瀉水口的設置位置也可 根據具體實際要求確定。
此外，臥式一體化整體機型還能采用同軸并列設置的設計形態(tài)，即使兩個形態(tài)相同的 臥式主機并列設置，在其中部設置進水口管路并向兩側輸水，通過該設計可使臥式機型的設 計長度更長，并且方便進水口圧水輸水。
在與一個槳輪轉輪配合的2至多個壓水結構體上的各個壓力輸水管路可共同與一個總的
壓力輸水管相連接，通過總的壓力輸水管與電站水庫輸水管路連接，其通常是在其中的一個 輸水管道上安裝調控閥門，通過其實現(xiàn)該管路過流能力的逐步微型調控，而在其余的壓力輸 水管路上均安裝水流整體開閉閥門，通過其實現(xiàn)過流能力的整體開閉調控；而微型調控閥門管路是在其它若干個整體開閉閥門管路形成的梯級出力能力的階梯范圍內進行微型調控的， 從而使水輪機出力能力形成無階梯變化的運行銜接；其發(fā)電機通過加強結構加強固定。
槳輪轉輪與槳輪板的排列密度、設計形狀、規(guī)格尺寸、輪轂直徑可形成大小規(guī)格不等的 系列產品類型。
此外，在200-500-800-1000米等超高水頭情況下安裝一體化整體型多壓點槳輪式水輪 機，如建設地點有安裝條件更宜采用分段建設方式，即將全部水頭高度分為若干個水頭高段， 在其中梯級安裝建設一體化整體型多壓點槳輪式水輪機，通過上部下瀉水流再次發(fā)電使其形 成多級出力，這即可消除超高水頭形成的巨大沖擊破壞，又較一次性出力方式更多形成發(fā)電 能力，在非超高水壓條件下更加方便上述調控。
本發(fā)明提出的一體化整體型多壓點槳輪式水輪機的設計方案在繼承先前專利技術全部 優(yōu)勢功能的基礎上又實現(xiàn)了機型設計的多樣化，其可方便生產、建設、安裝、使用，并且適 應能力十分廣泛，其可使多壓點槳輪式水輪機的優(yōu)勢性能獲得快速廣泛方便的推廣應用，而 其普遍新建與改建應用的結果可以在相同數量水電站水能的情況下，憑空多增加接近一倍的 中小水電裝機容量與發(fā)電能力。
圖1是一體化整體型多壓點槳輪式水輪機立式、臥式兩種機型均采用的內部結構示意圖， 圖中表示的設計結構是由四個圧水結構體與中心的槳輪式水輪機配合構成。
圖2是與圖1形成配合的立式機型的上機殼或臥式機型的前機殼的外部結構示意圖。 圖3是立式一體化整體型多壓點槳輪式水輪機的側視結構示意圖。 圖4是臥式一體化整體型多壓點槳輪式水輪機的側視結構示意圖。
圖中標記總攬1.槳輪轉輪；2.壓水結構體；3.槳輪軸；4.發(fā)電機；5.上機 殼；6.側機殼；7.下機殼；8.進水口； 9.輸水管路；IO.零壓瀉水口； 11.前機 殼；12.中機殼；13.后機殼；14.調控闊門；15.開閉閥門；16.加強結構；
"X"表示管道中的水流順視線方向運動。" "表示管道中的水流反視線方向運動。 "★"表示極點位置。
具體實施例方式
見圖1:立式與臥式一體化整體型多壓點槳輪式水輪機的內部均設置槳輪轉輪1，其與在 周邊分布設置圧水結構體2形成滑動封閉式的運動配合，在其結合接觸的末端稱為極點，在
極點位置機殼形狀與槳輪轉輪旋轉弧線形成配合的結構；在極點的前面是零壓瀉水口 10，水
流經過極點換能后從零壓瀉水口自然流出，如零壓瀉水口設置在水平與下部時需要另外設置 零壓擋水物，使其中保持存留水。
6見示意圖l、圖2、圖3、圖4:電站高壓水流經過總壓力輸水管輸入各個壓力管道9 中，通過各個進水口8向槳輪轉輪1周邊設置的四個壓水結構體2內一同輸入高壓水，通過 壓水結構體的結構與位置作用使高壓水流與槳輪板一同向著零壓瀉水口 10處運動，當通過 極點后，由于后面的槳輪板與壓水結構體配合又形成新的封閉，因此運動到零壓瀉水口位置 的壓力水失去壓力從零壓瀉水口自然狀態(tài)流出，從而完成了水能向機械能轉換的過程，其產 生的動力由槳輪軸3輸出與發(fā)電機4連接轉動發(fā)電。
其通過對開閉閥門15的調控可實現(xiàn)完全關閉若干個圧水結構體水流，并使另外剩余的 1-多個圧水結構體全力出力，并且通過由水流調速器控制的調控閥門14實現(xiàn)因各進水口開 閉閥門整體截留或整體開放水流形成的出力階梯變化的連接調控，從而實現(xiàn)大幅度節(jié)省水能 與實現(xiàn)穩(wěn)定運行的優(yōu)勢調控作用方式。
艮卩當負荷減小或水頭增高時采用完全關閉1-幾個圧水結構體開閉閥門15輸水管路的 操作，其再延續(xù)上述增減發(fā)展，通過水流調速器控制的調控閥門14微型調減，如果其持續(xù) 發(fā)展程度超過微調管路能力范圍，即可再次增加關閉l個開閉閥門15控制的輸水管路，反 之，當負荷增加或水頭降低時通過開閉閥門15開啟1-幾個圧水結構體，其持續(xù)發(fā)展再通過 水流調速器控制的調控閥門14微型調增，如果其持續(xù)發(fā)展程度超過微調管路的能力范圍， 即再次增加開啟1個開閉閥門15的輸水管路。
多數情況下，立式機型的機殼外形采用正方形的規(guī)范化外形，因此其是通過4個圧水結 構體的設置形成對稱規(guī)范的外形，其微型設計一般采用長方形的形態(tài)，內部一般設置2個圧 水結構體即可；其更可根據不同出力能力與變化需求的具體情況安排圧水結構體的設置數量 與槳輪轉輪的直徑規(guī)格。
權利要求
1、一種一體化整體型多壓點槳輪式水輪機，其特征在于其有立式、臥式兩種一體化整體機型形態(tài)設計，立式機型在機殼內部中心設置立式槳輪轉輪(1)，在其周邊分布設置2個至4個水結構體(2)，大直徑轉輪4個至8個水結構體，其通過槳輪軸(3)與立式發(fā)電機(4)配合連接；其通過上機殼(5)、側機殼(6)、下機殼(7)的合并緊固形成立式機殼，其各個進水口(8)設置在上機殼上能夠方便實現(xiàn)與縱向設置的輸水管路(9)配合連接，其進水口與在其內部設置的壓水結構體(2)的位置形成對應封閉配合，其各個零壓瀉水口設在側機殼上并與在其內部的零壓瀉水口(10)位置對應配合，其通過零壓瀉水口的管路實現(xiàn)保留存水的狀態(tài)效果；臥式機型是在其內部中心設置臥式槳輪轉輪，在其周邊分布設置4個至2個水結構體，通過前機殼(11)、中機殼(12)、后機殼(13)的合并緊固形成臥式機殼，通過橫向傳動軸與臥式發(fā)電機配合，臥式機型的各個進水口(8)設置在前機殼上可方便實現(xiàn)與橫向設置的輸水管路(9)配合連接，其進水口與在其內部設置的壓水結構體的位置形成封閉配合，臥式機型還能采用同軸并列設置的設計形態(tài)；在與一個槳輪轉輪配合的2至多個壓水結構體上的各個壓力輸水管路共同與一個總的壓力輸水管相連接，其是在其中的一個壓力輸水管道上安裝調控閥門(14)，通過其實現(xiàn)該管路過流能力的逐步微型調控，而在其余的壓力輸水管路上均安裝水流整體開閉閥門(15)，通過其實現(xiàn)過流能力的整體開閉調控；而微型調控閥門管路是在其它若干個整體開閉閥門管路形成的梯級出力能力的階梯范圍內進行微型調控的，從而使水輪機出力能力形成無階梯變化的運行銜接。
全文摘要
一種一體化整體型多壓點槳輪式水輪機，其有立式、臥式兩種機型形態(tài)設計，其在機殼內部中心設置槳輪轉輪并在其周邊分布設置2-4個壓水結構體，通過槳輪軸與發(fā)電機配合連接；其通過上、側、下機殼或前、中、后機殼的緊固合并形成立、臥機殼，其能夠方便實現(xiàn)與橫、縱向設置的輸水管路配合連接，其通過調控閥門與開閉閥門的配合實現(xiàn)梯級出力能力與無階梯變化的運行銜接，其方便生產、建設、安裝使用，從而可是多壓點槳輪式水輪機的優(yōu)勢性能與巨大效益獲得快速、廣泛、方便的推廣應用，而其普遍獲得新建與改建應用的結果可以在相同水能情況下憑空多增加接近一倍的中小水電裝機容量與發(fā)電能力。
文檔編號F03B1/00GK101476531SQ20091007713
公開日2009年7月8日 申請日期2009年1月16日 優(yōu)先權日2009年1月16日
發(fā)明者陳曉通 申請人:陳曉通