[发明专利]一种混流式长短叶片水轮机

说明书

本发明公开了一种混流式长短叶片水轮机，该水轮机的过流域包括依次连接的蜗壳、导叶域、转轮和尾水管；其中，转轮叶片由若干长叶片和短叶片间隔组成，蜗壳椭圆截面长短比为黄金分割比，导叶型线为负曲率月牙形，转轮叶片由长、短叶片共同组成，且短叶片与长叶片进出口直径差比为0.859，锥形尾水管内设有整流板。本发明旨在实现高效利用水流能，提高水轮机工作效率的同时提升机组运行稳定性，有广阔的应用前景和推广价值，对我国时下小水电改造及各电站机组运行稳定性提高意义重大。

技术领域

本发明属于水力机械技术领域，特别是涉及一种混流式长短叶片水轮机。

背景技术

环境是人类社会生存和发展的基本前提，随着人类环保意识的增强及可持续发展战略的实施，火力发电逐渐受到制约，另一方面新能源技术不成熟阻碍了诸如风力、太阳能及核电的发展。相对而言，技术成熟的水力发电备受青睐，且水资源是可再生绿色能源。水利发电的关键在于机组性能，主要指标包括对水流能的利用效率，关系到机组安全运行及寿命的稳定性能和空化性能，归根结底影响上述指标的原因在于水轮机内部流场特性。具有良好运行性能的水轮机不仅能够满足当下小水电改造的需求，亦是国内外各水电站发展的必然趋势。

现有混流式水轮机转轮多为长度一致的叶片，叶片个数较多致使转轮出口叶间距较窄容易产生空化现象，而叶片偏少导致转轮进口叶间距过大，极易产生涡旋引起流场不稳定。水轮机中长短叶片的设置，使得叶片总数量增多，从而单叶片应力负荷减小，增强了转轮的整体强度性能。中国专利申请201710822929.6公开了一种长短叶片的双击式水轮机转轮，其叶片结构简单、运行维护方便，但存在明显的结构设计不合理问题，诸如水流作用面积小，作功能力弱等。中国专利申请201310704054.1公开了一种混流式水泵水轮机，其采用了三种不同长度的叶片减小了二次流损失，但该方式叶片组成结构复杂，加工安装成本高，且过窄的叶间距影响转轮过流能力，会进一步影响出力效果。

综上所述，为提高混流式水轮机运行效率、稳定性及空化性能，改良机组转轮特性是时下国内外学者研究的热点方向，如何克服现有技术的不足，进一步改善或者消除流道内不稳定流态及其二次效应，同时所采用改良方式满足容易加工制造的要求，且能够进一步降低水轮机整体造价已成为当今水电站水轮机领域亟待解决的重点问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术所存在的不足而提供一种混流式长短叶片水轮机，其能够在实现水流能高效转换的基础上，解决水轮机内流场涡旋难题以提高机组运行稳定性。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种混流式长短叶片水轮机，该水轮机的过流域包括依次连接的蜗壳、导叶域、转轮和尾水管；其中，转轮叶片由若干长叶片和短叶片间隔组成，转轮叶片为空间三维扭曲曲面，在转轮的长叶片高度方向位置上均分截取四个叶型曲面，该四个叶型曲面八条曲线拟合后方程如下：

曲面Ⅰ：

A：z＝4597+81.21x+145.7y+0.3266x²+0.3919xy-0.2027y²

+3.783e-04x³-1.517e-05x²y+4.088e-04xy²-1.088e-03y³

B：z＝5736+103.5x+162.4y+0.4433x²+0.4431xy-0.4343y²-5.514e-04x³

-6.234e-05x²y+4.228e-05xy²-9.456e-04y³

曲面Ⅱ：