專利名稱：水泵水輪機空間曲面導葉的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水力機械技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種水泵水輪機活動導葉。技術(shù)背景
水泵水輪機活動導葉有兩項作用水輪機工況承擔形成環(huán)量和控制流量的作用；水泵工況調(diào)整出口水流方向使之與蝸殼水流相適應(yīng)。以上兩種工況導葉都有切斷水流的作用。 可見水泵水輪機導葉是保證水泵水輪機具有良好水力性能和可靠性能的重要部件。經(jīng)過長期發(fā)展水輪機導葉已基本定型?，F(xiàn)有的水輪機導葉形式有以下兩種情況
1.如圖1-1所示，在導葉軸向方向上(此時0 0’為同一點)，導葉上端面直線OA與下端面直線0’ A’完全重合。2.如圖1-2所示，在導葉軸向方向上(此時0 0’為同一點)，導葉上端面直線OA與下端面直線0’A’共線。即傳統(tǒng)的水輪機活動導葉上端面直線OA與下端面直線0’ A’互為平行。隨著技術(shù)的進步和認知的提高對水輪機性能的要求與日俱增，由最初的單一追求水輪機組出力演變?yōu)閷λ啓C組效率、空化的要求。近些年來相當數(shù)量的水力發(fā)電站出現(xiàn)不同程度的水力振動現(xiàn)象，水輪機運行穩(wěn)定性問題逐漸顯露，并成為評價水輪機水力性能的主要指標。作為水泵水輪機的重要通流部件雙列葉柵的水力設(shè)計不僅影響水泵水輪機效率，而且直接關(guān)系機組的安全穩(wěn)定運行。實踐表明水輪機穩(wěn)定性問題絕不僅僅是轉(zhuǎn)輪擾動和尾水管壓力脈動問題，水輪機導水部件內(nèi)部水流的不穩(wěn)定流動同樣影響水輪機組的安全穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對背景技術(shù)的現(xiàn)狀，通過對導葉翼型進行改進，提供一種水泵水輪機空間曲面導葉，使其不僅具有與傳統(tǒng)導葉相同的截斷流量作用，而且能夠減小水力損失、提高水輪機效率及運行穩(wěn)定性。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種水泵水輪機空間曲面導葉，包括有上端面、下端面及上下端面之間由若干直線組成的的直紋面，其特征在于
所述上端面上的直線OA與下端面上直線0’A’不互為平行且不在同一平面內(nèi)，其中 A為水輪機工況水流流入側(cè)的導葉進水邊與上端面的連接點； A’為水輪機工況水流流入側(cè)的導葉進水邊與下端面的連接點； 0為導葉在上端面轉(zhuǎn)動中心； 0’為導葉在下端面轉(zhuǎn)動中心。為進一步提高本發(fā)明的效果1、本發(fā)明所述的OA和0’ A’在導葉軸向方向上的夾角α為0. 5度< α < 360/η度；其中η為導葉個數(shù)。2、以水泵水輪機轉(zhuǎn)動中心為基準， 本發(fā)明在全關(guān)位置的包角Φ = Φ。+Δ φ ；其中Φ。為同翼形常規(guī)導葉的包角，Δ φ >0.5度。按照本發(fā)明，水泵水輪機空間曲面活動導葉可以使水泵水輪機在以下方面獲益。
1.減小雙列葉柵水力損失，提高水輪機工況效率
水輪機工況活動導葉承擔形成環(huán)量和控制流量的作用，是水泵水輪機的重要通流部件，雙列葉柵的水力損失直接影響水輪機效率。應(yīng)用數(shù)值分析對雙列葉柵水力損失進行預估，計算結(jié)果表明本發(fā)明可以減小雙列葉柵水力損失，提高水輪機組效率。首先對傳統(tǒng)導葉進行優(yōu)化設(shè)計，調(diào)整導葉翼型及固定導葉與活動導葉匹配關(guān)系， 以使雙列葉柵的水力損失達到最小，以此導葉翼型為基準設(shè)計本發(fā)明導葉，計算本發(fā)明導葉水力損失。從計算的雙列葉柵水力損失比較可以看出應(yīng)用本發(fā)明導葉雙列葉柵水力損失可以明顯減小。2.改善轉(zhuǎn)輪進口環(huán)量分布，提高水泵水輪機運行穩(wěn)定性
隨著技術(shù)的進步和認知的提高對水輪機性能的要求與日俱增，由最初的單一追求水輪機組出力演變?yōu)閷λ啓C組效率、空化的要求。近些年來相當數(shù)量的水力發(fā)電站出現(xiàn)不同程度的水力振動現(xiàn)象，水輪機運行穩(wěn)定性問題逐漸顯露，并成為評價水輪機水力性能的主要指標。實踐表明水輪機穩(wěn)定性問題絕不僅僅是轉(zhuǎn)輪擾動和尾水管壓力脈動問題，水輪機導水部件內(nèi)部水流的不穩(wěn)定流動同樣影響水輪機組的安全穩(wěn)定。本發(fā)明導葉可以改變導葉出水邊即轉(zhuǎn)輪進口的環(huán)量分布，使其在軸線方向的分布更趨合理，從而消除導水部件不穩(wěn)定流動對下游尾水管的影響，提高水輪機組運行穩(wěn)定性。3.具有與傳統(tǒng)導葉相同的截斷水流的作用
與傳統(tǒng)水輪機的活動導葉相同，本發(fā)明導葉能夠完全關(guān)閉，具有與傳統(tǒng)導葉相同的截斷流量作用。


圖1為常規(guī)水輪機導葉示例。其中1-1為混流式水輪機導葉， 1-2為貫流式水輪機導葉。圖2為本發(fā)明導葉示例。其中2-1為導葉下端面在前，2-2為導葉上端面在前。圖3為本發(fā)明導葉結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明導葉與常規(guī)導葉的水力損失計算結(jié)果比較。圖中1-上端面，2-下端面，3-上下端面之間由若干直線組成的的直紋面，4-導葉進水邊，A-導葉進水邊與上端面的連接點，A’ -導葉進水邊與上端面的連接點，0-導葉在上端面的轉(zhuǎn)動中心，0’ -導葉在下端面的轉(zhuǎn)動中心。具體實施方法
如圖2和圖3所示，水泵水輪機空間曲面導葉，主要包括上端面(1)、下端面(2)及上下端面之間由若干直線組成的的直紋面(3)。由導葉進水邊(4)與上端面(1)的連接點A 和導葉在上端面的轉(zhuǎn)動中心0連成直線0A，由導葉進水邊(4)與下端面(2)的連接點A’和導葉在下端面的轉(zhuǎn)動中心0’連成直線0’ A’，直線OA與直線0’ A’不互為平行且不在同一平面內(nèi)。上述實施方法中，導葉進水邊(4 )為導葉高壓側(cè)，S卩水輪機工況水流流入側(cè)。在上述實施方法的基礎(chǔ)上，若單獨或同時選擇下列措施，則其效果更好。1、本發(fā)明所述的OA和0’A’在導葉軸向方向上的夾角α為0. 5度彡α < 360/
4η度；其中η為導葉個數(shù)；
2、以水泵水輪機轉(zhuǎn)動中心為基準，其在全關(guān)位置的包角Φ = (Κ+Δφ ；其中(K為同翼形常規(guī)導葉的包角，Δ φ > 0. 5度。 當本發(fā)明中選取α =2. 8度、φ=3. 1度時，其與常規(guī)導葉的水力損失計算結(jié)果比較見附圖4。
權(quán)利要求
1.一種水泵水輪機空間曲面導葉，包括有上端面、下端面及上下端面之間由若干直線組成的的直紋面，其特征在于所述上端面上的直線OA與下端面上的直線0’ A’不互為平行且不在同一面內(nèi)，其中A為水輪機工況水流流入側(cè)的導葉進水邊與上端面的連接點； A’為水輪機工況水流流入側(cè)的導葉進水邊與下端面的連接點； 0為導葉在上端面轉(zhuǎn)動中心； 0’為導葉在下端面轉(zhuǎn)動中心。
2.按權(quán)利要求1所述的一種水泵水輪機空間曲面導葉，其特征在于所述的直線OA和直線0’ A’在導葉軸向方向上的夾角α為 0. 5度< α < 360/η度；其中η為導葉個數(shù)。
3.按權(quán)利要求1或2所述的一種水泵水輪機空間曲面導葉，其特征在于以水泵水輪機轉(zhuǎn)動中心為基準，其在全關(guān)位置的包角φζ^Κ+Δφ ；其中(K為同翼形常規(guī)導葉的包角，Δ φ >0.5度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水泵水輪機空間曲面導葉，主要包括上端面、下端面及上下端面之間由若干直線組成的的直紋面。由導葉進水邊與上端面的連接點A和導葉在上端面的轉(zhuǎn)動中心O連成直線OA，由導葉進水邊與下端面的連接點A’和導葉在下端面的轉(zhuǎn)動中心O’連成直線O’A’，直線OA與直線O’A’不互為平行且不在同一平面內(nèi)。本發(fā)明在具有與傳統(tǒng)導葉相同的截斷水流的作用的基礎(chǔ)上，不僅可以減小雙列葉柵水力損失、提高水輪機工況效率，而且可以改善轉(zhuǎn)輪進口環(huán)量分布、提高水泵水輪機運行穩(wěn)定性。
文檔編號F03B3/18GK102287307SQ201110198019
公開日2011年12月21日 申請日期2011年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月15日
發(fā)明者紀興英, 賴弈, 賴旭 申請人:武漢大學