[实用新型]小上冠出口混流式水轮机转轮

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种水力发电采用的水轮机转轮，主要涉及一种改进了转轮叶片位置和形状的混流式水轮机转轮。

背景技术

现有技术中，混流式水轮机转轮主要采用的是固定叶片加泄水锥结构，最优运行区很窄。混流式水轮机在最优运行区运行时，上冠附近叶片的出口水流近似为法向流出转轮，上冠附近叶片出口水流的环量近似为零，尾水管内无涡带。但是当运行工况偏离最优运行区，转轮出口环量增大，水流的环量定义为圆周速度与半径的积即Γ＝2πV_u×r，旋转水流进入具有减速作用的尾水管后形成极不稳定的涡带，它将产生周期性的压力脉动。特别是当混流式水轮机运行在部分负荷区时，尾水管后会形成旋转方向与转轮转动方向相同但旋转频率仅为1/4～1/3转轮转动频率的不稳定螺旋形偏心涡带，其产生的尾水管压力脉动要大得多。这种周期性的压力脉动通常会使水轮机的机械振动增加，失效或破坏水轮机部件，严重时将造成水轮发电机组功率摆动，对水轮机的稳定运行危害很大。特别是对于那些水头变幅较大并需要频繁调节负荷的水电站，尤其影响水轮发电机组的正常工作。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述技术缺陷，提供一种适应性更广的小上冠出口混流式水轮机转轮。本实用新型能有效降低尾水管涡带产生的压力脉动，大大提高了水轮机运行的水力稳定性，增加了水轮机的工作效率，而且整体结构更为稳固。

为实现上述发明目的，本实用新型采用的技术方案是：

小上冠混流式水轮机转轮，包括位于转轮上部支撑叶片的上冠、连接叶片的下环和多个设置于上冠和下环之间的叶片，叶片包括叶片与上冠交接的边为上冠边、叶片与下环交接的边为下环边、叶片进水部分的边为进水边，叶片出水部分的边为出水边，由这四条边确定了叶片的基本位置和形状，其特征在于：所述上冠的下端低于下环上沿，所述上冠下端有一上冠出水口，所述上冠边和出水边的交点低于进水边和下环边的交点，且上冠边和出水边交点、进水边和下环边交点的垂直轴向距离与出水边和下环边交点、进水边和下环边交点的垂直轴向距离的比值为0.25-0.3，所述上冠边和出水边的交点靠近转轮的旋转轴线，且上冠边和出水边交点到转轮旋转轴线的距离与下环边的最小半径的比值为0.15-0.2。

所述上冠边的轴面长度远大于下环边的轴面长度，且上冠边的轴面长度与下环边的轴面长度的比值为1.75-2。

所述上冠边的截面翼型空间长度大于下环边的截面翼型空间长度，且上冠边的截面翼型空间长度与下环边的截面翼型空间长度的比值为1.15-1.2。

本实用新型小上冠出口混流式水轮机转轮，上冠出水口更靠近转轮旋转轴线，上冠区叶片出口半径减小，当在水轮机流量小于最优运行区流量的部分负荷运行时，靠近叶片上冠出口区水流的圆周速度V_u减小，叶片出口半径减小和水流圆周速度V_u减小大大降低了靠近叶片上冠出口区水流的环量Γ＝2πV_u×r，使进入尾水管的流动旋转性降低，流动更稳定，尾水管压力脉动降低；由于上冠出水口更靠近水轮机的下游，使得上冠区叶片型线明显变长，水流流过较长的上冠区叶片流道使水流得到均匀稳定加速，沿叶片水流的速度分布和压力分布更加均匀，且叶片出口区水流的轴向速度增加，从而使流出转轮的水流更加稳定，这也降低了尾水管压力脉动；小上冠出口混流式水轮机转轮，由于部分负荷运行时尾水管螺旋形涡带的直径及涡带的旋转偏心距均小于传统混流式转轮，从而使部分负荷运行时尾水管压力脉动大大降低。

使用本实用新型小上冠出口混流式水轮机转轮，当水轮机运行在水轮机流量大于最优运行区流量的大负荷时，小上冠出口混流式水轮机转轮的叶片由于转轮上冠与叶片出口的交点更靠近转轮的旋转轴线，上冠区叶片出口半径减小，与传统混流式转轮相比，此时，靠近上冠叶片出口区水流的反向圆周速度V_u并不增加，由于叶片出口半径的减小，使靠上冠叶片出口区水流的环量Γ＝2πV_u×r的绝对值减小，从而使进入尾水管的流动更稳定，直形涡带直径减小，尾水管压力脉动降低；此外，由于水轮机运行在水轮机流量大于最优运行区流量的大负荷时，靠上冠区叶片出口水流具有较大的轴向速度，因此按照本实用新型设计的小上冠出口混流式水轮机转轮，大负荷运行时由于直形涡带直径的减小将使尾水管内的流动更加稳定，尾水管压力脉动更小。