[发明专利]一种亲鱼型轴流式水轮机

说明书

本发明公开一种亲鱼型轴流式水轮机，包括蜗壳、亲鱼型导水系统、亲鱼型转轮系统和尾水管；亲鱼型导水系统包括与蜗壳内缘出水口连接的承压外壳、与承压外壳相嵌套的翼型导流板、及控制翼型导流板转动的传动机构；亲鱼型转轮系统包括螺旋叶片及与螺旋叶片无缝隙连接的轮毂；本发明对传统轴流式水轮机易对鱼体造成挤压或剪切力伤害的导水机构和易对鱼体造成机械、压力、剪切、空蚀等多重损伤的转轮结构进行优化设计，提高了水利工程生态效益，实现了水电能源与鱼类资源的协调发展。

技术领域

本发明涉及水轮机结构设计及水生态交叉技术领域，具体地指一种亲鱼型轴流式水轮机。

背景技术

为缓解大坝对洄游鱼类的阻隔效应，保护鱼类生物的多样性，大型水利工程在规划、设计、施工及其运行过程中均采取了相应的补偿措施。比如，美国哥伦比亚河流域的邦纳维尔、约翰代等10多座水电站新建的鱼道，成功地解决了鲑科鱼类通过20～34m较高水头枢纽的洄游问题。我国于1960年建成了第一座鱼道，至20世纪末已建成有30余座。同时建设仿自然鱼道、升鱼机和鱼闸等，帮助洄游鱼类上行过坝。对于帮助鱼类下行过坝的措施，国内外通常采用表面鱼道、溢流坝、旁通鱼道等帮助鱼类下行过坝，同时在水轮机进口前端设置物理阻隔设施及行为阻隔设施以防止鱼体进入水轮机流道。

上述措施虽然具有一定的成效，但是建设费用高、效率低，而且仍然会有大量的鱼通过水轮机时受到伤害，达不到预期的效果，同时还会造成水流能量的消耗。水轮机流道作为大坝最经济的泄水通道不但保持大坝上下游水体的连续性又带来了巨大的发电效益，然而由于传统水轮机流道及其水力特性的复杂性，鱼类借助水轮机流道下行过坝将遭受机械、压力、剪切、空蚀等多重损伤，导致水轮机流道过鱼效率较低。为提高水轮机流道过鱼效率，减小鱼体通过水轮机下行的损伤概率，有必要在保证水轮机发电效益的同时对传统水轮机流道结构及水力特性进行优化，提高水利工程生态效益，实现水电能源与鱼类资源的协调发展。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种亲鱼型轴流式水轮机，对传统轴流式水轮机易对鱼体造成挤压或剪切力伤害的导水机构和易对鱼体造成机械、压力、剪切、空蚀等多重损伤的转轮结构进行优化设计，提高水利工程生态效益，实现水电能源与鱼类资源的协调发展。

本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种亲鱼型轴流式水轮机，包括蜗壳、亲鱼型导水系统、亲鱼型转轮系统和尾水管；

所述亲鱼型导水系统包括与蜗壳内缘出水口连接的承压外壳、与承压外壳相嵌套的翼型导流板、及控制翼型导流板转动的传动机构；

所述亲鱼型转轮系统包括螺旋叶片及与螺旋叶片无缝隙连接的轮毂。

优选地，所述翼型导流板的数量为多个，且沿着蜗壳内缘出水口环向均匀布置。

优选地，所述翼型导流板的数量为8-24个。

优选地，所述翼型导流板的数量为12个。

优选地，所述传动机构包括传动轴，所述传动轴输出端与翼型导流板的输入端固定连接，所述传动轴下端设于底环上，上端与接力器连接。

优选地，所述承压外壳为弧形柱状结构，其开口面为弧面且包络翼型导流板的转轴区域。

优选地，所述蜗壳内缘出水口下侧与上侧分别与底环和顶环焊接，所述承压外壳安装于底环和顶环之间并且环向均匀布置。

优选地，所述轮毂为上宽下窄的圆台形结构，所述螺旋叶片为空间螺旋结构，由上至下沿着轮毂表面环绕。

优选地，所述螺旋叶片的叶片进口安放角度为49-69°，其中叶片进口安放角度指叶片进口端的叶片骨线与水平线的夹角。

优选地，所述螺旋叶片的数量为三个，每个螺旋叶片的叶片进口安放角度为54°。

本发明的有益效果：