混流式水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種混流式水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，上冠(1)，所述上冠(1)為曲面，所述曲面的母線為四段不同曲率的圓弧形成；下環(huán)(2)，其環(huán)中心設(shè)有出口，下環(huán)(2)為曲面，所述曲面的母線為三段不同曲率的圓弧形成；多個(gè)葉片(3)，夾設(shè)于所述上冠(1)與所述下環(huán)(2)之間，所述多個(gè)葉片(3)呈空間扭曲狀，且沿下環(huán)的呈圓周分布。采用本發(fā)明轉(zhuǎn)輪可提高揚(yáng)程，水輪機(jī)和水泵工況得到優(yōu)化，且其能量轉(zhuǎn)換效率高。
【專利說明】混流式水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，具體地說涉及一種混流式水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科技的進(jìn)步，單級可逆式蓄能機(jī)組正向大容量發(fā)展，近來，我國各大電網(wǎng)迅速 發(fā)展，大批大容量燃煤機(jī)組的投運(yùn)以及沿海缺能源地區(qū)核電站的建設(shè)，相應(yīng)需要建設(shè)一些 調(diào)峰畜能電站。
[0003] 轉(zhuǎn)輪承擔(dān)著能量轉(zhuǎn)化的任務(wù)，是水力機(jī)械的核心部件，轉(zhuǎn)輪的水力性能直接影響 水泵水輪機(jī)組的特性。轉(zhuǎn)輪的水力開發(fā)是水泵水輪機(jī)研發(fā)的關(guān)鍵。
[0004] 目前，現(xiàn)有的混流式水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的水流沿徑向進(jìn)入轉(zhuǎn)輪，然后基本上沿軸向 自轉(zhuǎn)輪流出的水泵水輪機(jī)。轉(zhuǎn)輪形狀類似水泵，適用水頭一般100?600m，超過600m水頭 時(shí)一般采用兩只或兩只以上轉(zhuǎn)輪串聯(lián)組成多級式?，F(xiàn)有技術(shù)中，沒有考慮到流道參數(shù)與葉 片參數(shù)影響轉(zhuǎn)輪及其性能。
[0005] 而本發(fā)明提供的混流式水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，采用單轉(zhuǎn)輪可以提高揚(yáng)程超過600m以 上，且利用簡單的結(jié)構(gòu)可使水輪機(jī)和水泵工況性能優(yōu)化，且其能量轉(zhuǎn)換效率高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種混流式水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，采用 本發(fā)明轉(zhuǎn)輪可提高揚(yáng)程，水輪機(jī)和水泵工況得到優(yōu)化，且其能量轉(zhuǎn)換效率高。
[0007] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種混流式水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，其包括：上冠 (1)，所述上冠（1)為曲面，所述曲面的母線由四段不同曲率的圓弧形成；下環(huán)（2)，所述下 環(huán)（2)為曲面，所述曲面的母線由三段不同曲率的圓弧形成；多個(gè)葉片（3)，夾設(shè)于所述上 冠（1)與所述下環(huán)（2)之間，所述多個(gè)葉片（3)呈空間扭曲狀，且沿下環(huán)的呈圓周分布。
[0008] 作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述葉片還包括進(jìn)水邊（4)和出水邊（5)，所述下環(huán)中心 設(shè)有出口，其中，所述出水邊（5)與上冠（1)具有第一連接點(diǎn)，所述出水邊（5)與下環(huán)（2) 具有第二連接點(diǎn)，所述進(jìn)水邊（4)的直徑為Di，所述出口直徑為D 2，D2與Di比值為0. 452? 0. 456,所述進(jìn)水邊（4)的高度為h，h與Di比值為0. 068?0. 072,轉(zhuǎn)輪出口到所述進(jìn)水邊 (4)中點(diǎn)垂直距離為比與Di比值為0. 183?0. 187,所述第一連接點(diǎn)的直徑為D4, D4與 Di比值為0. 114?0. 118,所述第二連接點(diǎn)的直徑為D5, D5與Di比值為0. 193?0. 197。
[0009] 作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述葉片（3)包角α為144°?148°。
[0010] 作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述葉片（3)的斷面形狀為翼型，所述翼型采用最大相 對厚度為6. 0%的NACA0006薄對稱翼型。
[0011] 作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述葉片（3)在所述上冠（1)處的斷面骨線長度U與01 比值為〇. 821?0. 825,所述下環(huán)（2)的斷面骨線長度L2與Di比值為0. 854?0. 858。
[0012] 作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述四段不同曲率的圓弧具體為第一圓弧、第二圓弧、 第三圓弧、第四圓弧，所述第一圓弧的曲率中心坐標(biāo)為（0. 231Di，-0. 152DJ，且曲率半徑為 0. WlDi ;所述第二圓弧的曲率中心坐標(biāo)為（0. 276DP -o. 193D)，且曲率半徑為0. 222Di ;所 述第三圓弧的曲率中心坐標(biāo)為（0.35(^, -0.645DJ，且曲率半徑為0.68(^ ;所述第四圓弧 的C4曲率中心坐標(biāo)為（0. 457D。-9. 683DJ，且曲率半徑為9. 718Dlt)
[0013] 作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述三段不同曲率的圓弧具體為第五圓弧、第六圓弧、第 七圓弧，所述第五圓弧的曲率中心坐標(biāo)為（〇. 36^^，-0. 23?)，且曲率半徑為0. WlDi ;所 述第六圓弧的曲率中心坐標(biāo)為（0. 399Dp -0. 327DJ，且曲率半徑為0. ZSgDi ;所述第七圓弧 的曲率中心坐標(biāo)為（0. 47(^,-1. 166D)，且曲率半徑為1. 13叫。
[0014] 作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，還包括在所述上冠（1)上分布的兩相鄰所述葉片（3)在 所述進(jìn)口邊相距L 3, L3與Di比值為0. 432?0. 436,其在所述出口邊相距L4, L4與Di比值為 0. 099?0. 103,在所述下環(huán)上分布的兩相鄰葉片（3)在所述進(jìn)口邊相距L5，L5與Di比值為 0· 432?0· 436,其在所述出口邊相距L6, L6與Di比值為0· 168?0· 172。
[0015] 作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述葉片的數(shù)量為7個(gè)。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的一種混流式水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪采 用7個(gè)帶有翼型的長彎曲葉片，結(jié)構(gòu)簡單，水泵工況下，揚(yáng)程可達(dá)600m以上，水輪機(jī)和水泵 工況達(dá)到雙優(yōu)，能量轉(zhuǎn)換效率高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1是本發(fā)明的轉(zhuǎn)輪整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖2是本發(fā)明的轉(zhuǎn)輪子午截面流道示意圖；
[0019] 圖3是本發(fā)明的轉(zhuǎn)輪葉片翼型示意圖；
[0020] 圖4是本發(fā)明的轉(zhuǎn)輪葉片上冠翼型彎度示意圖；
[0021] 圖5是本發(fā)明的轉(zhuǎn)輪葉片下環(huán)翼型彎度示意圖；
[0022] 圖6是本發(fā)明的轉(zhuǎn)輪葉片包角示意圖；
[0023] 圖7是本發(fā)明的轉(zhuǎn)輪葉片與上冠交接處截面圖；
[0024] 圖8是本發(fā)明的轉(zhuǎn)輪葉片與下環(huán)交接處截面圖；
[0025] 圖9是本發(fā)明的葉片三視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：
[0027] 圖1是本發(fā)明的轉(zhuǎn)輪整體結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明提供一種混流式水泵 水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，其包括上冠1，下環(huán)2,以及安裝在所述上冠1下環(huán)2之間的的空間扭曲葉片3， 優(yōu)選地，所述葉片3的數(shù)量為7個(gè)。
[0028] 圖2是本發(fā)明的轉(zhuǎn)輪子午截面流道示意圖。如圖1、圖2所示，葉片3兩端分別為進(jìn) 水邊4和出水邊5,水輪機(jī)工況下水流從進(jìn)水邊4徑向流入又從出水邊5軸向流出；出水邊 5與上冠1的連接點(diǎn)為A，與下環(huán)2的連接點(diǎn)為B，所述葉片3進(jìn)水邊4對應(yīng)直徑為Di，轉(zhuǎn)輪 出口直徑為D 2，其特征是D2與Di比值為0. 452?0. 456,進(jìn)水邊4高h(yuǎn)與Di比值為0. 068? 0. 072,轉(zhuǎn)輪出口到進(jìn)水邊4中點(diǎn)垂直距離h與Di比值為0. 183?0. 187, A處所對應(yīng)直徑 D4與Di比值為0. 114?0. 118, B處對應(yīng)直徑D5與Di比值為0. 193?0. 197。葉片3在上 冠1處的斷面骨線長度U與Di比值為0. 821?0. 825,在下環(huán)2處的斷面骨線長度L2與Di 比值為0. 854?0. 858。與上冠處連接的兩個(gè)相鄰葉片3之間的進(jìn)口處相距L3與Di比值 為0. 432?0. 436,出口處相距L4與Di比值為0. 099?0. 103,與下環(huán)處連接的兩個(gè)相鄰葉 片3之間的進(jìn)口處相距1^5與01比值為0. 432?0. 436,出口處相距1^6與01比值為0. 168? 0·172。
[0029] 圖3是本發(fā)明的轉(zhuǎn)輪葉片翼型示意圖。如圖3,葉片3斷面形狀為翼型，優(yōu)選地，翼 型可采用最大相對厚度為6. 0%的NACA0006薄對稱翼型，最大相對厚度的位置在29. 5%? 29. 9%弦長處，其上冠1處葉片3彎度即翼剖面曲線離弦線的最大距離與弦長度的比值L7/ L8為37. 4%?37. 8%，下環(huán)2處葉片3彎度Lg/Q。為33. 6%?34. 0%。
[0030] 圖4是本發(fā)明的轉(zhuǎn)輪葉片上冠翼型彎度示意圖。如圖4所示，上冠1為曲面， 其母線為四段不等的曲率圓弧，Q曲率中心坐標(biāo)為（0. 23HV -0. 152DJ，曲率半徑巧為 0. WlDi ;C2曲率中心坐標(biāo)為（0. 2760^-0. 193DJ，曲率半徑r2為0. ZZZDi ;C3曲率中心坐標(biāo) 為（0· 350DP -0· 645D)，曲率半徑 r3 為 0· 68(^ ;C4 曲率中心坐標(biāo)為（0· 457Dp -9. 683D)， 曲率半徑1*4為9. 718Di。
[0031] 圖5是本發(fā)明的轉(zhuǎn)輪葉片下環(huán)翼型彎度示意圖。如圖5所示，所述下環(huán)2也為曲 面，其母線為三段不等的曲率圓弧，c 5曲率中心坐標(biāo)為（0. 365Di，-0. 23?i)，曲率半徑r5為 0. 19叫；C6曲率中心坐標(biāo)為（0. 399Di，-0. 327D)，曲率半徑r6為0. 289Di ;C7曲率中心坐標(biāo) 為（0· 470DP -1. 166DJ，曲率半徑 r7 為 1. 131Dlt)
[0032] 圖6是本發(fā)明的轉(zhuǎn)輪葉片包角示意圖。如圖6所示，葉片3包角為144°?148°。
[0033] 圖7是本發(fā)明的轉(zhuǎn)輪葉片與上冠交接處截面圖。如圖7所示，還包括所述上冠1 上分布的兩相鄰所述葉片3在所述進(jìn)口邊相距L 3, L3與Di比值為0. 432?0. 436,在所述 上冠1上分布的兩相鄰所述葉片3在所述出口邊相距L4, L4與Di比值為0. 099?0. 103。
[0034] 圖8是本發(fā)明的轉(zhuǎn)輪葉片與下環(huán)交接處截面圖。如圖8所示，所述下環(huán)上分布的 兩相鄰葉片3在所述進(jìn)口邊相距L 5, L5與Di比值為0. 432?0. 436,所述下環(huán)上分布的兩相 鄰葉片3在所述出口邊相距L6, L6與Di比值為0. 168?0. 172。
[0035] 圖9是本發(fā)明的葉片三視圖。如圖9所示，所述葉片3在所述上冠1處的斷面骨 線長度U與Di比值為0. 821?0. 825,所述下環(huán)2的斷面骨線長度L2與Di比值為0. 854? 0.858。
[0036] 本發(fā)明的一種混流式水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪采用7個(gè)帶有翼型的長彎曲葉片，結(jié)構(gòu)簡 單，水泵工況下，揚(yáng)程可達(dá)600m以上，水輪機(jī)和水泵工況達(dá)到雙優(yōu)，能量轉(zhuǎn)換效率高。
[0037] 以下是幾個(gè)具體實(shí)施例：
[0038] 實(shí)施例1
[0039] 葉輪直徑D1為4. 270m，水輪機(jī)工況下，工作水頭為640. 0m，轉(zhuǎn)輪額定轉(zhuǎn)速為500r/ min，實(shí)測流量53. 665m3/s，軸功率312. 141MW，轉(zhuǎn)輪效率97. 69%。
[0040] 實(shí)施例2
[0041] 葉輪直徑D1為4. 270m，水輪機(jī)工況下，工作水頭為687. 7m，轉(zhuǎn)輪額定轉(zhuǎn)速為500r/ min，實(shí)測流量58. 030m3/s，軸功率355. 579MW，轉(zhuǎn)輪效率97. 57%。
[0042] 實(shí)施例3
[0043] 葉輪直徑D1為4. 270m，水輪機(jī)工況下，工作水頭為611. 6m，轉(zhuǎn)輪額定轉(zhuǎn)速為500r/ min，實(shí)測流量5L 600m3/s，軸功率284. 766MW，轉(zhuǎn)輪效率96. 64%。
[0044] 實(shí)施例4
[0045] 葉輪直徑D1為4. 270m，水泵工況下，工作流量為46. Im3/s，轉(zhuǎn)輪額定轉(zhuǎn)速為500r/ min，實(shí)測揚(yáng)程可達(dá)626. lm，所需輸入功率311. 185MW，轉(zhuǎn)輪效率96. 18%。
[0046] 實(shí)施例5
[0047] 葉輪直徑D1為4. 270m，水泵工況下，工作流量為35. 6m3/s，轉(zhuǎn)輪額定轉(zhuǎn)速為500r/ min，實(shí)測揚(yáng)程可達(dá)618. 8m，所需輸入功率261. 966MW，轉(zhuǎn)輪效率91. 41 %。
[0048] 實(shí)施例6
[0049] 葉輪直徑D1為4. 270m，水泵工況下，工作流量為45. 33m3/s，轉(zhuǎn)輪額定轉(zhuǎn)速為 500r/min，實(shí)測揚(yáng)程可達(dá)615. 3m，所需輸入功率31L 215MW，轉(zhuǎn)輪效率95. 56%。
[0050] 本發(fā)明中涉及的未說明部份與現(xiàn)有技術(shù)相同或采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。應(yīng)當(dāng)指 出：對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn) 和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種混流式水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，其包括： 上冠（1)，所述上冠（1)為曲面，所述曲面的母線由四段不同曲率的圓弧形成；下環(huán) (2) ，所述下環(huán)（2)為曲面，所述曲面的母線由三段不同曲率的圓弧形成；多個(gè)葉片（3)，夾 設(shè)于所述上冠（1)與所述下環(huán)（2)之間，所述多個(gè)葉片（3)呈空間扭曲狀，且沿下環(huán)的呈圓 周分布。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混流式水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，其特征在于：所述葉片還包括 進(jìn)水邊（4)和出水邊（5)，所述下環(huán)中心設(shè)有出口，其中，所述出水邊（5)與上冠（1)具有 第一連接點(diǎn)，所述出水邊（5)與下環(huán)（2)具有第二連接點(diǎn)，所述進(jìn)水邊（4)的直徑SDi，所 述出口直徑為D 2, D2與Di比值為0. 452?0. 456,所述進(jìn)水邊（4)的高度為h，h與Di比值 為0.068?0.072，轉(zhuǎn)輪出口到所述進(jìn)水邊（4)中點(diǎn)垂直距離為11 1，111與01比值為0.183? 〇. 187,所述第一連接點(diǎn)的直徑為04,04與01比值為0. 114?0. 118,所述第二連接點(diǎn)的直徑 為D5, D5與Di比值為0· 193?0· 197。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種混流式水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，其特征在于：所述葉片（3) 包角α為144°?148°。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混流式水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，其特征在于：所述葉片（3) 的斷面形狀為翼型，所述翼型采用最大相對厚度為6. 0%的NACA0006薄對稱翼型。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混流式水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，其特征在于：所述葉片（3)在 所述上冠（1)處的斷面骨線長度U與Di比值為0. 821?0. 825,所述下環(huán)（2)的斷面骨線 長度L2與Di比值為0. 854?0. 858。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混流式水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，其特征在于：所述四段不 同曲率的圓弧具體為第一圓弧、第二圓弧、第三圓弧、第四圓弧，所述第一圓弧的曲率 中心坐標(biāo)為（0. 2310^ -0. 152D)，且曲率半徑為0. WlDi ;所述第二圓弧的曲率中心 坐標(biāo)為（0. ZieDi，-0. 193DJ，且曲率半徑為0. ZZZDi ;所述第三圓弧的曲率中心坐標(biāo) 為（0.35(^, -0.645DJ，且曲率半徑為0.68(^ ;所述第四圓弧的C4曲率中心坐標(biāo)為 (0· 457Di，-9. 683D)，且曲率半徑為 9. 718D!。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混流式水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，其特征在于：所述三段不同 曲率的圓弧具體為第五圓弧、第六圓弧、第七圓弧，所述第五圓弧的曲率中心坐 標(biāo)為（0. 36^^，-0. 23OTJ，且曲率半徑為0. 19叫；所述第六圓弧的曲率中心坐標(biāo) 為（0. 399Dp -0. 327DJ，且曲率半徑為0. ZSgDi ;所述第七圓弧的曲率中心坐標(biāo)為 (0· 47(^，-1. 166DJ，且曲率半徑為 1. 131Dlt)
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種混流式水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，其特征在于：還包括在所述上 冠（1)上分布的兩相鄰所述葉片（3)在所述進(jìn)水邊相距L 3, L3與Di比值為0. 432?0. 436， 其在所述出水邊相距L4, L4與Di比值為0. 099?0. 103,在所述下環(huán)上分布的兩相鄰葉片 (3) 在所述進(jìn)水邊相距L5, L5與Di比值為0. 432?0. 436,其在所述出水邊相距L6, L6與Di 比值為〇· 168?0· 172。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混流式水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，其特征在于：所述葉片的數(shù)量 為7個(gè)。
【文檔編號】F03B3/02GK104100433SQ201410332158
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月11日
【發(fā)明者】周大慶, 陳洋, 張藍(lán)國 申請人:河海大學(xué), 南京河海科技有限公司