[发明专利]一体化整体型多压点桨轮式水轮机

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用多压点方式共同推动桨轮转轮旋转的多压点桨轮式水轮机，尤其是使其形成一体化整体型的结构设计。

背景技术

水轮机是水电站的核心设备，水轮机的性能优劣对合理高效开发利用水能资源、保证电网稳定可靠安全运行有着巨大的影响，水轮机的振动、空化、磨蚀的形成与否及形成程度的大小主要取决于水轮机的结构形态与出力方式的设计。

目前常用的水轮机有混流式、轴流式、斜流式、切击式和贯流式。在混流式水轮机的运行中水流径向进入导水机构，轴向流出转轮；在轴流式水轮机中水流径向进入导叶，轴向进入和流出转轮；切击式水轮机是依靠高压水的冲击力切向冲击其转轮周边的叶片，其形成的出力能力不大；在贯流式水轮机中，水流沿轴向流进导叶和转轮，其在低水头下采用。

目前，大型水电站以混流式水轮机应用最多，轴流式次之。混流式应用水头较高，但叶片固定，当负荷变化较大时效率显著下降；而轴流式转桨机尽管一定程度上能够适应水头与负荷的变化，高效率区宽，但空蚀系数较大，可转动的悬臂桨叶强度有限，故应用水头一般在60米以下，上述机型在中小水电站中均少采用。

当前，小型水电站普遍采用轴流式定桨机，其自身无调控能力，水轮机直径也较小，当水流流经转轮中心位置时因旋转力臂小难于形成有效旋转出力，而水流流经转轮边沿部位时又会出现较多的无形成出力或完全形成出力即过流的水流，因此其理论最大效率值只有60％，实际还低。

此外，当前河流泥沙含量普遍较高，因该出力方式形成的磨蚀现象也较严重，叶轮的耐损力低，在气蚀、磨蚀破损及部分负荷运行时实际有效功率值一般只有45％-50％左右，因为负荷与水头的变化等因素影响其还易形成因水力不平衡产生的振动。

目前在世界范围内均还没有更理想的适合于中小水电站采用的高效能水轮机的机型应用与选择，而多压点桨轮式水轮机发明技术可根本解决上述多重难题，并适合绝大多数水电站采用。

解决上述问题的创新技术是由两项专利的发展完善后形成。其一是中国发明专利“桨轮机发电方法及桨轮机法电站”(发明专利号：03153720.0)，其采用的桨轮式水轮机(或简称：桨轮转轮)的诸多性能优势可总体描述如下：

(1)其最大形成优势是将电站水能集中垂直压在桨轮转轮的边沿最大力矩处，全部水流是以轮切向方式出力，其出力方式基本是以水压为主，因此形成效力巨大，出力稳定。

(2)其在出力的过程中，机内水流与桨轮转轮的桨轮板是以同向、同速、同位、缓动的方式运动，无剧烈冲击性摩擦与叶轮横向搅动，无水流急转弯、漩涡等负压区形成的条件和因其造成的水能损失，从设计结构和作用原理上消除了现有水轮机存在的空蚀、磨蚀、振动、漏损、效率区、效率低等诸多固有难题生成的根源，可使出力效率大幅提高，建设与维护费用大幅降低。

(3)其结构与出力方式还可导致没有任何未形成出力或未完全形成出力即过流流失的水流，使无效水能消耗基本消除，因此可将其出力方式称为“计量式”，即在某一水头高度下，多少体积的下泻水量能够发出多少电量大致可以精确计算出来。

而中国发明专利(200410004451.9)提出的“立、卧轴多压点型桨轮式水轮机及其电站辅助设施”(名称后修改为：多压点桨轮式水轮机及其电站辅助设施)是对其进行的结构优化与性能完善设计，通过该专利形成的新增优势性能可总体描述如下：

①其通过在桨轮转轮周边均布设置并且与其形成封闭滑动配合的2个至多个压水结构体的独特设计结构与其安置位置的共同作用，可形成多压点水流以轮切向方式叠加形成共同推力的效果，其压水结构体的出力原理与出力方式与前面描述的桨轮机发电方法相同。

②通过多压点设计，可使其方便采用“在部分负荷时段下通过完全关闭几个压水结构体的压水点水流，并使其它1-2个压水点全力出力”的全新运行调控方式，这将实现在部分负荷时段成倍乃至成数倍地节省水能的独特优势效果，因此其尤其适宜在出力能力大幅度变化与水头与电力负荷大幅度变化的水电站采用，当然平稳状况的水电站更宜适用。

③通过多压点设计还可使其在形成相同出力能力下的设备体积与建设面积成倍减小。

④通过多压点设计可充分有效利用2-5米的超低水头水能，并使过流能力成倍增加。

⑤通过转轮直径和高长双向拓展与压点数量的不同设置可使其出力能力设计范围巨大，并且方便形成立、卧轴设计。