混流式水泵水輪的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種混流式水泵水輪機，包括蝸殼、固定導葉、活動導葉、轉輪和尾水管，所述轉輪位于蝸殼內(nèi)中部，所述固定導葉和活動導葉分布在蝸殼內(nèi)靠近轉輪處，所述尾水管上接蝸殼底面中部，所述轉輪主要由上冠、下環(huán)及葉片組成，所述葉片位于上冠和下環(huán)之間，所述葉片成組沿下環(huán)的圓周分布，每組葉片由一個長葉片、一個中長葉片和兩個短葉片組成，其中一個短葉片作為第一短葉片位于該組葉片的長葉片與中長葉片之間，另一個短葉片作為第二短葉片位于該組葉片的中長葉片與相鄰組葉片的長葉片之間。本發(fā)明“S”區(qū)曲線的彎曲程度明顯減輕，二次流損失更小，流場的流動性能得到改善，保證了機組運行的穩(wěn)定性，降低了機組發(fā)生振動的可能性。
【專利說明】混流式水泵水輪機
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水泵水輪機，特別涉及一種混流式水泵水輪機。
【背景技術】
[0002]抽水蓄能電站是利用電網(wǎng)中負荷低谷時的電力，由下水庫抽水到上水庫蓄能，待電網(wǎng)高峰負荷時，放水回到下水庫發(fā)電的水電站，又稱蓄能式水電站。它不僅能夠調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相，還承擔緊急事故備用，保證電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運行，同時還能夠改善能源結構、緩解用水矛盾。
[0003]目前，隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，對抽水蓄能電站的要求也越來越高，抽水蓄能機組作為電站機組的核心部件，其安全穩(wěn)定高效運行極為重要。抽水蓄能機組中的水泵水輪機既要滿足在水泵工況下運行，又要在水輪機工況下運行。與常規(guī)的機組相比，工況更加復雜多變。然而，現(xiàn)有的水泵水輪機還存在以下缺陷:(1)水泵水輪機的轉輪葉片一般為7個或9個，轉輪出口的空間較小，水力損失及二次流損失很大，嚴重影響了水泵水輪機的運行效率；⑵由于抽水蓄能電站的特殊用途，使機組不可避免地運行在偏離設計工況點，比如在部分負荷區(qū)，水輪機的轉輪進口動靜干涉現(xiàn)象劇烈，尾水管壓力脈動也較大，尤其在S區(qū)，運行工況的不穩(wěn)定現(xiàn)象極為突出；(3)由于轉輪的葉片背面脫流情況嚴重，引起轉輪進口高強度的空化等一系列問題，嚴重影響著抽水蓄能電站的安全穩(wěn)定運行及經(jīng)濟效益。
[0004]中國發(fā)明專利申請(專利申請?zhí)?01110183170.4)公開了一種混流式水泵水輪機長短葉片轉輪，包括一個上冠、一個下環(huán)、若干個經(jīng)過優(yōu)化設計的長葉片和短葉片。通過對長葉片和短葉片的包角、葉片的進出口角、短葉片軸面流道的長度，短葉片到相鄰長葉片背面開口的大小等參數(shù)進行優(yōu)化，可以使水輪機工況部分負荷條件下尾水管壓力脈動大大降低，轉輪直徑減小，從而提高轉輪效率。但是，該長短葉片轉輪還存在以下缺點:由于水泵水輪機葉片間流道較長，在“S”區(qū)葉片間產(chǎn)生的流動漩渦十分嚴重，對流場穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響，機組運行穩(wěn)定性問題依然存在。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種可大大降低“S”區(qū)渦強度、提高流場穩(wěn)定性的混流式水泵水輪機。
[0006]本發(fā)明的上述目的是通過以下的技術措施來實現(xiàn)的:一種混流式水泵水輪機，包括蝸殼、固定導葉、活動導葉、轉輪和尾水管，所述轉輪位于蝸殼內(nèi)中部，所述固定導葉和活動導葉分布在蝸殼內(nèi)靠近轉輪處，所述尾水管上接蝸殼底面中部，所述轉輪主要由上冠、下環(huán)及葉片組成，所述葉片位于上冠和下環(huán)之間，其特征在于:所述葉片成組沿下環(huán)的圓周分布，每組葉片由一個長葉片、一個中長葉片和兩個短葉片組成，其中一個短葉片作為第一短葉片位于該組葉片的長葉片與中長葉片之間，另一個短葉片作為第二短葉片位于該組葉片的中長葉片與相鄰組葉片的長葉片之間。
[0007]本發(fā)明每組葉片由一個長葉片、一個中長葉片和兩個短葉片組成，在“S區(qū)”葉片間產(chǎn)生的漩渦可以被有力的分解，渦強度大大降低，且兩個短葉片產(chǎn)生的尾流漩渦可以相互作用，消除了其進一步發(fā)展成較大漩渦的可能性；s區(qū)曲線的彎曲程度明顯減輕，二次流損失更小，流場的流動性能得到改善，保證了機組運行的穩(wěn)定性，降低了機組發(fā)生振動的可能性。
[0008]作為本發(fā)明的一種改進，所述中長葉片的包角(pm與長葉片的包角爐/的關系為爐"7 = 0.4?0.5# ,所述第一短葉片、第二短葉片的包角—與長葉片的包角#的關系均為tps = 0_ 18 ?0_2\φΙο
[0009]作為本發(fā)明的進一步改進，所述中長葉片的葉片出口安放角β 2 = 6.8°?7.7°，所述第一短葉片、第二短葉片的出口安放角β3 = 14.2°?18.4°、長葉片的出口安放角 β I = 14.2。?18.4°。
[0010]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，每組葉片的中長葉片位于該組葉片的長葉片與相鄰組葉片的長葉片的中間位置，每組葉片的第一短葉片位于該組葉片的長葉片和中長葉片的中間位置，每組葉片的第二短葉片位于該組葉片的中長葉片和相鄰組葉片的長葉片的中間位置。
[0011]本發(fā)明所述長葉片的中間截面型線方程為:
[0012]y = -0.3696χ3-0.232χ2_0.02173χ_0.7814
[0013]y = -0.2821x3-0.08044x2+0.08556x_0.8003
[0014]所述中長葉片的中間截面型線方程為:
[0015]y = -0.02083χ3+0.2262χ2+0.1683χ_1.079
[0016]y = -0.05556x3+0.1652x2+0.2243x_1.057
[0017]第一短葉片的中間截面型線方程為:
[0018]y =-1.391χ2-5.572χ-5.431
[0019]y = -0.7052χ2-3.276χ_3.651
[0020]第二短葉片的中間截面型線方程為:
[0021]y = 0.1875χ2+0.1335χ_1.306
[0022]y = 0.45χ2+0.832χ_0.9219
[0023]優(yōu)選地，本發(fā)明所述的葉片為5組。在保證水輪機組流量和出力的情況下，大大改善了流場的流動性能。
[0024]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下顯著的效果:
[0025]本發(fā)明葉片間的漩渦可以被有力的分解，渦強度大大降低，而且兩個短葉片產(chǎn)生的尾流漩渦可以互相作用，消除了其進一步發(fā)展成較大漩渦的可能性；S區(qū)曲線的彎曲程度明顯減輕，二次流損失更小，流場的流動性能得到改善，保證了機組運行的穩(wěn)定性，降低了機組發(fā)生振動的可能性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0027]圖1為本發(fā)明的整體結構示意圖；
[0028]圖2為本發(fā)明轉輪的結構圖；[0029]圖3為本發(fā)明固定導葉與活動導葉的結構圖；
[0030]圖4為本發(fā)明長葉片、中長葉片中間截面示意圖；
[0031]圖5為本發(fā)明短葉片中間截面示意圖；
[0032]圖6為本發(fā)明長、中長、短葉片包角及葉片出口安放角示意圖；
[0033]圖7為本發(fā)明葉片在上冠上分布示意圖；
[0034]圖8為本發(fā)明葉片在下環(huán)上分布示意圖。
[0035]圖中:1_蝸殼；2-固定導葉；3-活動導葉；4-轉輪；5-尾水管;6_上冠;7_下環(huán)；8-葉片；9-長葉片；10-中長葉片；11-短葉片，12-第一短葉片，13-第二短葉片。
【具體實施方式】
[0036]如圖1?8所示，是本發(fā)明一種混流式水泵水輪機，包括蝸殼1、固定導葉2、活動導葉3、轉輪4和尾水管5，轉輪4位于蝸殼I內(nèi)中部，固定導葉2和活動導葉3分布在蝸殼I內(nèi)靠近轉輪4處，尾水管5上接蝸殼I底面中部，轉輪5主要由上冠6、下環(huán)7及葉片8組成，葉片8位于上冠6和下環(huán)7之間，葉片8成組沿下環(huán)7的圓周分布，在本實施例中，葉片為5組，每組葉片由長葉片9、中長葉片10和兩個短葉片11組成，其中一個短葉片作為第一短葉片12位于長葉片9與中長葉片10之間，另一個短葉片作為第二短葉片13位于中長葉片10與相鄰組葉片的長葉片9之間。每組葉片的中長葉片10位于該組葉片的長葉片9與相鄰組葉片的長葉片9的中間位置，每組葉片的第一短葉片12位于該組葉片的長葉片9和中長葉片10的中間位置，每組葉片的第二短葉片13位于該組葉片的中長葉片10和相鄰組葉片的長葉片9的中間位置。
[0037]中長葉片10的包角是長葉片9的包角#的0.4倍，第一短葉片12、第二短
葉片13的包角界均是長葉片9的包角#的0.20倍。中長葉片10的葉片出口安放角β 2=7.0°，第一短葉片12、第二短葉片13的出口安放角β3=16.5°，長葉片9的出口安放角β:=16.0°，參見圖6。
[0038]如圖4、5所不,長葉片9、中長葉片10和短葉片11的中間截面設計成兩段首尾相接的曲線組成的閉合曲線，從長葉片9中間截面型線上取22個點，各點在直角坐標系中的坐標點如下:
【權利要求】
1.一種混流式水泵水輪機，包括蝸殼、固定導葉、活動導葉、轉輪和尾水管，所述轉輪位于蝸殼內(nèi)中部，所述固定導葉和活動導葉分布在蝸殼內(nèi)靠近轉輪處，所述尾水管上接蝸殼底面中部，所述轉輪主要由上冠、下環(huán)及葉片組成，所述葉片位于上冠和下環(huán)之間，其特征在于:所述葉片成組沿下環(huán)的圓周分布，每組葉片由一個長葉片、一個中長葉片和兩個短葉片組成，其中一個短葉片作為第一短葉片位于該組葉片的長葉片與中長葉片之間，另一個短葉片作為第二短葉片位于該組葉片的中長葉片與相鄰組葉片的長葉片之間。
2.根據(jù)權利要求1所述的混流式水泵水輪機，其特征在于:所述中長葉片的包角心〃是長葉片的包角#的0.4~0.5倍,所述第一短葉片、第二短葉片的包角—均是長葉片的包角#的0.18~0.21倍。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的混流式水泵水輪機，其特征在于:所述中長葉片的葉片出口安放角β2 = 6.8°~7.7°，所述第一短葉片、第二短葉片的出口安放角β3 =14.2°~18.4°，長葉片的出口安放角β I = 14.2°~18.4°。
4.根據(jù)權利要求3所述的混流式水泵水輪機，其特征在于:每組葉片的中長葉片位于該組葉片的長葉片與相鄰組葉片的長葉片的中間位置，每組葉片的第一短葉片位于該組葉片的長葉片和中長葉片的中間位置，每組葉片的第二短葉片位于該組葉片的中長葉片和相鄰組葉片的長葉片的中間位置。
5.根據(jù)權利要求4所述的混流式水泵水輪機，其特征在于:所述長葉片的中間截面型線方程分別為:
y = -0.3696χ3-0.232χ2-0.02173χ-0.7814
y = -0.2821x3-0.08044x2+0.08556x_0.8003
6.根據(jù)權利要求5所述的混流式水泵水輪機，其特征在于:所述中長葉片的中間截面型線方程分別為:
y = -0.02083χ3+0.2262χ2+0.1683χ-1.079
y = -0.05556x3+0.1652x2+0.2243x_1.057
7.根據(jù)權利要求6所述的混流式水泵水輪機，其特征在于:第一短葉片的中間截面型線方程分別為: y = -1.391χ2-5.572χ_5.431
y = -0.7052χ2-3.276χ_3.651
8.根據(jù)權利要求7所述的混流式水泵水輪機，其特征在于:第二短葉片的中間截面型線方程分別為:
y = 0.1875χ2+0.1335χ-1.306
y = 0.45x2+0.832x-0.9219
9.根據(jù)權利要求8所述的混流式水泵水輪機，其特征在于:所述葉片為5組。
【文檔編號】F03B3/12GK103696895SQ201310704054
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月19日 優(yōu)先權日:2013年12月19日
【發(fā)明者】姚澤, 王正偉, 閻宗國, 支發(fā)林, 黃青松, 楊靜, 徐廣文, 李璽 申請人:廣東電網(wǎng)公司電力科學研究院, 清華大學