[发明专利]一种混流式水轮机转轮

说明书

本发明涉及一种低汽蚀系数的混流式水轮机转轮。

现代广泛应用的中、高比转速混流式水轮机转轮如图1所示，在它的上冠与下环之间，固定着沿圆周均匀分布的若干叶片，此叶片简称为两支点叶片，靠近下环区域的叶片背面的真空度是整个转轮中最高的，如图2所示。叶片背面的真空度是从下环至上冠逐渐降低的。因此下环附近叶片背面的真空度与工作水头H的比值为最大。此比值即为水轮机的汽蚀系数σ_a。它限制着水轮机的最大吸出高度H_s，也就限制着水轮机的最高使用水头。

日本专利公报JP61-25972A号公开了一种具有中间环的混流式水轮机转轮，在中间环的外表面固定有长度相等的悬臂叶片。其缺点是叶片排挤系数增大，从而导致转轮的单位流量减小或水力损失增加。

本发明的目的是提供一种能克服上述现有技术缺点的低汽蚀系数的混流式水轮机转轮，以提高其使用水头;或者在相同汽蚀系数条件下，增大转轮的单位流量，以增加水轮机的出力。

本发明的混流式水轮机转轮，包括一个上冠和一个下环，及固定在上冠与下环之间的多片叶片，在每两个固定在上冠和下环之间的叶片间增加了一个长度和宽度都较小的叶片，该叶片的一端固定在下环内表面，其另一端为悬臂。

本发明的另一种混流式水轮机转轮，包括一个上冠和一个中间环，有多片叶片固定在上冠和中间环之间，在中间环外表面还悬臂地固定着多片叶片，这些叶片中有半数为长叶片，另半数为短叶片，它们的宽度是相等的，并且是长短相间布置的。

以下结合附图对本发明作进一步的说明。其中：

图1是常规混流式水轮机转轮结构示意图;

图2为叶片背面沿下环到上冠汽蚀系数变化示意图;

图3为本发明的混流式水轮机转轮结构示意图;

图4为图3中N-N剖面的剖视图;

图5为本发明的另一种混流式水轮机转轮结构示意图;

图6为图5中M方向的视图;

本发明的混流式水轮机转轮包括下列两种技术方案：

第一种方案的结构如图3所示。在转轮靠近下环（2）的区域，在每两个两支点叶片（3）之间增加一只宽度b不大的附加叶片（4）。此附加叶片的外端固定在下环内表面，成为以下环为支点的悬臂叶片。

若此附加叶片的长度1大约等于两支点叶片长度L的三分之二，按叶栅原理，叶片的真空度ΔH将降低一半，也就是汽蚀系数σ_n值将降低50%。显然用这样的转轮装备的水轮机的汽蚀系数为图2中的σ_m，而不再是σ_a从图2可知σ_m远小于σ_a。

第二种方案的结构如图5所示。取消了传统的下环，增加了中间环（7）。中间环与上冠之间连接着多片叶片（3），中间环的外表面固定着悬臂的长叶片（5）和短叶片（4），并且是相间布置、宽度相等的。悬臂叶片的外缘与静止的转轮室（6）之间只有很小的，不妨碍转轮旋转的间隙δ，这种结构与第一种方案的结构一样起到降低汽蚀系数的作用。由于中间环代替了下环，轮盘摩阻损失大大降低，因此可以提高水轮机的比转速而不致降低水轮机的效率。还由于中间环与上冠之间的距离B减小，因而转轮的强度和刚度都提高了。根据轴流式水轮机取消外环能提高单位转速的经验，这样的结构也能提高单位转速。所有这些都将使本发明能应用于更高的水头。若用于大型水电站建设初期超低水头发电，就能够增大过机流量，大幅度提高机组出力。

本发明的中间环外表面固定着的悬臂叶片中有半数是较长的，另半数是较短的，这是与JP61-25972A公开的具有中间环的混流式水轮机转轮的主要差别。在叶片总数相同以及叶片出水边厚度相同的条件下，具有长短相间布置的叶片所形成的排挤系数较之全部为长叶片时的排挤系数要小一倍，因而可以获得较小的出水轴面流速和出水相对流速，即在相同流速条件下能通过较大的流量。还由于出水部分的水力损失与相对速度的平方成正比，与接触面积成正比，因此在相同流量条件下本发明的水力损失小于现有相同比转速水轮机转轮的水力损失。

本发明能提高一定比转速水轮机的使用水头。它适用于中、高比转速的混流式水轮机，特别适用于工作水中含有大量泥沙的条件以及大型水电站建设初期超低水头发电。

实现本发明的方法与研究、设计、制造传统的混流式转轮基本一样，并无特殊困难。