專利名稱：應(yīng)用于冷卻塔的超低比轉(zhuǎn)速長短型葉片轉(zhuǎn)輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水輪機的轉(zhuǎn)輪，確切的說是涉及轉(zhuǎn)輪中各單元葉片的改進。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的提高和社會生產(chǎn)力的發(fā)展，水輪機除了與發(fā)電機配套發(fā)電外，在其他領(lǐng)域也得到越來越多的應(yīng)用。與常規(guī)水輪機相比，非發(fā)電用的水輪機在比轉(zhuǎn)速、結(jié)構(gòu)、 工作參數(shù)等方面有較大的差異。經(jīng)過長期技術(shù)發(fā)展，混流式水輪機已基本定型，但是轉(zhuǎn)輪的葉片翼型的微小改進可能對水輪機效率產(chǎn)生較大影響，尋求更為合理翼型結(jié)構(gòu)仍然是設(shè)計者不斷追求目標(biāo)。長短葉片轉(zhuǎn)輪以其運行穩(wěn)定，抗磨蝕性能好、效率高的特點，得到較普遍的認可。
用于代替冷卻塔風(fēng)扇電動機的節(jié)能水輪機工作在特殊的場合，所以必須考慮冷卻塔的特點水能回收裝置帶動的是減速器或風(fēng)機，不存在水輪機中甩或減負荷的情況，所以不必考慮飛逸情況。由于冷卻塔供水由專設(shè)的水泵來滿足，可利用的進塔水頭和流量常年穩(wěn)定，這是一個非常好的情況。水輪機中需要根據(jù)負荷以及水庫水位的變化，調(diào)整水輪機的運行方式，以保證水輪機在高效率區(qū)間運行。風(fēng)扇一般安裝在冷卻塔頂部，所以水能回收裝置也是安裝在冷卻塔頂部，安裝環(huán)境比較復(fù)雜，橫向和軸向尺寸受到一定的限制。
目前已有的應(yīng)用于冷卻塔的水輪機，由于比轉(zhuǎn)速低，轉(zhuǎn)輪的葉片較長，進口處與出口處半徑相差較大。在低比轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)輪中，輻流成分是主要的，在哥氏力的作用下，兩葉片之間的水流流速分布很不均勻，特別是在低負荷工況運行時，可能在葉片正面的某些部位水流速度為零，甚至出現(xiàn)負流而形成一個渦流區(qū)，這將大大降低水輪機的效率，并引起振動。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就是設(shè)計出一種轉(zhuǎn)輪，使轉(zhuǎn)輪出水速度均勻，減少水力損失，具有較好的水力條件，避免流道中產(chǎn)生回流的現(xiàn)象，從而降低振動，使水力效率得到提聞。
本發(fā)明所使用的技術(shù)方案本發(fā)明所涉及的部位為葉片進出水邊、轉(zhuǎn)輪的上冠和下環(huán)，通過葉片出水邊及上冠、下環(huán)幾何形狀及尺寸的變化，達到改善水輪機水力性能的目的。具體而言，本發(fā)明一種混流式水輪機長短型葉片轉(zhuǎn)輪，主要包括上冠、下環(huán)及若干連接在上冠與下環(huán)間的曲面葉片；轉(zhuǎn)輪高壓側(cè)，即水流流入側(cè)，為長葉片進水邊和短葉片進水邊；轉(zhuǎn)輪低壓側(cè)，即水流流出側(cè)，為長葉片出水邊和短葉片出水邊；所述短葉片布置在所述兩長葉片之間，所述短葉片長度小于所述長葉片長度，且靠近所述長葉片出水邊所在的一端布置。
本發(fā)明所述短葉片長度小于所述長葉片長度的一半時，有更佳的效果。
本發(fā)明的低比轉(zhuǎn)速水輪機轉(zhuǎn)輪高度與低比轉(zhuǎn)速水輪機轉(zhuǎn)輪進水口直徑的比值為0.8 I。低比轉(zhuǎn)速水輪機轉(zhuǎn)輪的出水口直徑與低比轉(zhuǎn)速水輪機轉(zhuǎn)輪進水口直徑的比值為2.5 2. 7 o
本發(fā)明的低比轉(zhuǎn)速水輪機轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)為14 17。
本發(fā)明長葉片出水邊延長線與轉(zhuǎn)動中心軸相交，長葉片進水邊延長線與轉(zhuǎn)動中心軸相交，所述長葉片進水邊與所述長葉片出水邊夾角在120° 130°之間。
本發(fā)明葉片在上冠處的翼型斷面的中線長度與葉片在下環(huán)處的翼型斷面的中線長度比值在I 1.1之間。
本發(fā)明所涉及的部位為葉片進出水邊、轉(zhuǎn)輪的上冠和下環(huán)，通過葉片出水邊及上冠、下環(huán)幾何形狀及尺寸的變化，達到改善水輪機水力性能的目的。
有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明解決了上述所述的現(xiàn)有技術(shù)中應(yīng)用于冷卻塔的低比轉(zhuǎn)速混流式水輪機效率低，振動，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的技術(shù)問題。
具體而言，長短葉片轉(zhuǎn)輪設(shè)計具有以下優(yōu)點(I)有了短葉片可使轉(zhuǎn)輪出水速度均勻，減少水力損失，具有較好的水力條件，避免了流道中產(chǎn)生回流的現(xiàn)象，從而降低振動，使水力效率得到提高。
目前已有的應(yīng)用于冷卻塔的水輪機，由于比轉(zhuǎn)速低，轉(zhuǎn)輪的葉片較長，進口處與出口處半徑相差較大。在低比轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)輪中，輻流成分是主要的，在哥氏力的作用下，兩葉片之間的水流流速分布很不均勻，特別是在低負荷工況運行時，可能在葉片正面的某些部位水流速度為零，甚至出現(xiàn)負流而形成一個渦流區(qū)，這將大大降低水輪機的效率，并引起振動。
(2)部分負荷效率提高，即具有較寬的高效率區(qū)，從而也提高了水輪機的加權(quán)平均效率。
(3)長短葉片型轉(zhuǎn)輪的葉片較薄，簡化了厚度變化，便于采用鋼板模壓，從而降低了成本，且質(zhì)量輕，高處作業(yè)難度降低，增加了冷卻塔的運行環(huán)境安全性。
水輪機結(jié)構(gòu)簡單，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，因此只要達到材料設(shè)計強度和密封，其壽命是長期的。一旦出現(xiàn)故障，維修也極為簡單，更換一些標(biāo)準件即可，比電機減速器的維修要省卻許多麻煩。


圖I為本發(fā)明水輪機的正視圖；圖2為本發(fā)明水輪機的俯視圖；圖3為本發(fā)明的長葉片示意圖；圖4為本發(fā)明實施例示意圖。
附圖標(biāo)記說明0、轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動中心，I、上冠，2、下環(huán)，3、曲面葉片，4、長葉片進水邊，5、短葉片進水邊，6、長葉片出水邊，7、短葉片出水邊，9、風(fēng)筒，10、風(fēng)葉，11、水輪機，12、 布水管，13、填料，14、塔體，15、進水口，16、出水口 ；B0、轉(zhuǎn)輪高度，D1、轉(zhuǎn)輪進水口直徑，D2、 轉(zhuǎn)輪出水口直徑，0、長葉片進水邊與出水邊夾角。
具體實施方式
下面結(jié)合各附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行說明。如圖4所示為本發(fā)明應(yīng)用于冷卻塔的具體示意圖，本發(fā)明的基礎(chǔ)轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)如圖I所示，主要包括上冠I、下環(huán)2及若干連接在上冠與下環(huán)間的曲面葉片3，轉(zhuǎn)輪高壓側(cè)，即水流流入側(cè)為葉片進水邊，轉(zhuǎn)輪低壓側(cè)，即水流流出側(cè)為葉片出水邊，在兩長葉片之間布置有短葉片，短葉片長度小于所述長葉片長度的一半，且靠近所述長葉片出水邊所在的一端布置。
本發(fā)明長葉片出水邊延長線與轉(zhuǎn)動中心0相交,長葉片進水邊延長線與轉(zhuǎn)動中心 0相交，長葉片葉片進水邊與出水邊夾角0在120° 130°之間，如圖3所示。
本發(fā)明的低比轉(zhuǎn)速水輪機轉(zhuǎn)輪高度BO與低比轉(zhuǎn)速水輪機轉(zhuǎn)輪進水口直徑Dl的比值為0. 8 1，低比轉(zhuǎn)速水輪機轉(zhuǎn)輪的出水口直徑D2與低比轉(zhuǎn)速水輪機轉(zhuǎn)輪進水口直徑Dl 的比值為2. 5 2. 7。低比轉(zhuǎn)速水輪機轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)為14 17。
本發(fā)明葉片在上冠處的翼型斷面的中線長度與葉片在下環(huán)處的翼型斷面的中線長度比值在I I. I之間。
本發(fā)明的工作原理利用冷卻塔中循環(huán)冷卻水所具有的富余能量推動水輪機轉(zhuǎn)動，水流在經(jīng)過水輪機轉(zhuǎn)輪時，一方面沿葉片之間的流道運行，另一方面又隨著轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動而旋轉(zhuǎn)，因而水流質(zhì)點的運動是一種復(fù)合運動，其流動是一種復(fù)雜的三維流動。轉(zhuǎn)輪之所以能夠轉(zhuǎn)動，是因為轉(zhuǎn)輪葉片上的作用力，葉片的形狀在空間是一個扭曲面。水輪機葉型的凹面構(gòu)成葉片的正面，凸面構(gòu)成葉片的背面，流道對水流產(chǎn)生約束，使水流不斷地改變其運動的速度大小和方向，在這個過程中，葉片凹面壓強大于凸面壓強，因而在葉型上受到一個從凹面指向凸面的作用力，這個作用力就是葉型的升力。水輪機轉(zhuǎn)輪葉片上的作用力就是依靠正面與背面的壓力差而形成的，轉(zhuǎn)輪正是在這個力的作用下被“推”著旋轉(zhuǎn)。在冷卻塔中， 水輪機的轉(zhuǎn)動會帶動安裝在水輪機上方的風(fēng)機旋轉(zhuǎn)，從而達到制冷的目的。水輪機軸直接輸出風(fēng)機，不需再通過其它減速器等，且隨著水流量的變化而風(fēng)量相應(yīng)變化，始終穩(wěn)定在較好的氣水比。
權(quán)利要求
1.一種混流式水輪機長短型葉片轉(zhuǎn)輪，主要包括上冠(I)、下環(huán)(2)及若干連接在所述上冠(I)與所述下環(huán)(2)間的曲面葉片(3)，其特征在于曲面葉片包括長葉片和短葉片， 轉(zhuǎn)輪高壓側(cè)為長葉片進水邊(4)和短葉片進水邊(5)，轉(zhuǎn)輪低壓側(cè)為長葉片出水邊(6)和短葉片出水邊(7)，所述短葉片布置在所述兩長葉片之間，所述短葉片長度小于所述長葉片長度，且靠近所述長葉片出水邊(6 )所在的一端布置。
2.如權(quán)利要求I所述的混流式水輪機長短型葉片轉(zhuǎn)輪，其特征在于所述短葉片長度小于所述長葉片長度的一半。
3.如權(quán)利要求I所述的混流式水輪機長短型葉片轉(zhuǎn)輪，其特征在于所述長葉片出水邊(6)延長線與轉(zhuǎn)動中心軸(0)相交，所述長葉片進水邊(4)延長線與轉(zhuǎn)動中心軸(0)相交， 所述長葉片進水邊(4)與所述長葉片出水邊(6)夾角(0 )在120° 130°之間。
4.如權(quán)利要求I所述的混流式水輪機長短型葉片轉(zhuǎn)輪，其特征在于轉(zhuǎn)輪高度(BO)與轉(zhuǎn)輪進水口直徑(DI)的比值為0. 8 I，轉(zhuǎn)輪的出水口直徑(D2 )與轉(zhuǎn)輪進水口直徑(DI)的比值為2. 5 2. 7。
5.如權(quán)利要求I所述的混流式水輪機長短型葉片轉(zhuǎn)輪，其特征在于所述轉(zhuǎn)輪的葉片數(shù)為14 17。
6.如權(quán)利要求I所述的混流式水輪機長短型葉片轉(zhuǎn)輪，其特征在于葉片在上冠處的翼型斷面的中線長度與葉片在下環(huán)處的翼型斷面的中線長度比值在I I. I之間。
全文摘要
本發(fā)明公開一種應(yīng)用于冷卻塔的超低比轉(zhuǎn)速混流式水輪機長短型葉片轉(zhuǎn)輪。本發(fā)明的混流式水輪機長短型葉片轉(zhuǎn)輪主要包括上冠、下環(huán)及若干連接在上冠與下環(huán)間的曲面葉片，轉(zhuǎn)輪高壓側(cè)，為長葉片進水邊和短葉片進水邊；轉(zhuǎn)輪低壓側(cè)，為長葉片出水邊和短葉片出水邊，在兩長葉片之間布置有短葉片，短葉片長度小于長葉片長度，且靠近長葉片出水邊所在的一端布置。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有了短葉片可使轉(zhuǎn)輪出水速度均勻，減少水力損失，具有較好的水力條件，避免了流道中產(chǎn)生回流的現(xiàn)象，從而降低振動，使水力效率得到提高。
文檔編號F03B3/12GK102536593SQ20111044406
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者楊春霞, 鄭源 申請人:河海大學(xué)