[发明专利]轴向辐流式水轮机

说明书

本发明是一种水力发电用原动机，属水轮机技术领域。

本发明按其水流作用来分，它属于反击式水轮机，按其转轮区内的水流相对于水轮机轴的流动方向来分，它属于混流式水轮机。

本发明的水流流经转轮进出口的轴面流动方向是由轴向至辐向流动，它与国际上以美国人法兰西斯命名的辐向至轴向流动的一般混流式水轮机不同。

本发明转轮外缘出口设置有可调的筒伐，用以调节水轮机的过流量，它与一般混流式水轮机的导叶不同，与本发明人所发明的转轮出口可调式水轮机设置在转轮内缘出口处的导流锥也不同。

一般混流式水轮机请参见“机械工程”水轮机篇，转轮出口可调式水轮机请参见发明专利申请92108047.6。

鉴于本发明的水流流动方向特征以及采用了可调筒伐，与一般混流式水轮机相比，具有较多的优点，下面将结合附图对本发明作进一步论述：

图1是本发明的结构示意图，也是大中型水电站立轴水轮发电机组采用本发明的典型实施例之一。

参见图1，上游水流通过引水管〔1〕流经蜗壳〔2〕、固定导叶管段〔3〕、转轮〔4〕、筒伐〔5〕和尾水管〔6〕后泄入下游。水轮机顶盖分为外顶盖〔7〕和内顶盖〔8〕，操作筒伐的6个接力器〔9〕安在外顶盖〔7〕上。尾水管〔6〕由环流段〔10〕、导流墩〔11〕、扩散段〔12〕和支墩〔13〕组成。

引水管〔1〕、蜗壳〔2〕和固定导叶管段〔3〕位于转轮〔4〕的下方，由于蜗壳〔2〕以最紧凑的尺寸将引水管的水流转～90°后经固定导叶进入转轮，因此，引水管〔1〕离转轮〔4〕的高度和蜗壳〔2〕本身的平面最大宽度均比一般混流式水轮机小很多，这样，可节省电站大量建筑工程投资。

固定导叶管段〔3〕布置在蜗壳〔2〕的出口处，固定导叶将带环量的水流轴向引入转轮，并作为水压力的承受部件与蜗壳〔2〕结合成一体。

本发明是以转轮〔4〕的外缘出口直径D定为水轮机的特征尺寸。为了实现设置筒伐〔5〕进行转轮出口调节，各叶片的出水边均要求落在同一直径的圆柱面上，所以，外缘出口直径既是出水边直径，也是筒伐〔5〕的特征尺寸。根据本发明的结构特征，该直径几乎也可作为转轮〔4〕和尾水管〔5〕的进口直径，以及固定导叶管段〔3〕的出口直径或蜗壳的特征尺寸。

水轮机的转速与转轮叶片进水边直径有关，进水边平均直径愈小转速愈高，本发明的水流沿轴向进入转轮，进水边平均直径小，水轮机转速便具有较一般混流式水轮机高的特点。

作用到转轮〔4〕上的水推力，由于水流从下方进入，所以，其方向与立轴水轮发电机组转动部件重量的作用方向相反，当水推力大于重量时，轴向推力负荷向上，转动部件上抬，为避免此种现象的产生，可在转轮〔4〕的上冠和法兰之间开传压孔或者从引水管〔1〕引压力水至内顶盖〔8〕和转轮〔4〕间的空腔内，使腔内压力达到不使转动部件上抬，又达到推力轴承最大负荷不超过转动部件总重。这样，轴向推力负荷已不再成为设计巨型机组的控制因素。

筒伐〔5〕设置在转轮〔4〕的外缘出口处，它是可调的，图1中右边为全关位置，左边为全开位置。由安装在外顶盖〔7〕上的6个油压接力器〔9〕操作筒伐沿转轮〔4〕的出水边作上下直线运动，以改变转轮出口面积而达到改变水轮机过流量的目的。由于筒伐〔5〕全关时的密封性能良好，电站设计中可考虑省略或简化进出口闸门。

根据转轮〔4〕的出口条件，本发明采用的是环流型尾水管〔6〕，它是由环流段〔10〕和扩散段〔12〕两部分组成。环流段设有6个作为筒伐导向和支承用的导流墩〔11〕。扩散段〔12〕设有2～3个与导流墩〔11〕连接的支墩〔13〕。当水流自转轮〔4〕出口进入环流段〔10〕后，分成两半流向扩散段〔12〕。当水流自转轮〔4〕法向出流时，两半水流流态是对称的，带有环量出流时，将影响两半水流的对称性，但由于转轮出口是可调的，转轮〔4〕的出流环量变化较小，因此影响很小。在水头变化幅度大的情况下，尾水管环流段〔10〕内将会产生非整体的偏流，但绝不会产生一般混流式水轮机的肘型尾水管内出现偏心涡带所引起危害机组正常运行的尾水管压力脉动。

图2是巨型水轮机过流部件示意图，也是本发明采用双层蜗壳的实施例之一。

参见图2，上游水流通过两根引水管〔1〕流经双层蜗壳〔2〕、内外固定导叶管段〔3〕、转轮〔4〕、筒伐〔5〕和尾水管〔6〕后泄入下游。

对于巨型水轮发电机来讲，存在主要技术问题，首先是推力轴承负荷和蜗壳进口段的钢板材料问题。采用本发明后，推力轴承负荷问题的解决已于图1实施例中论述，而蜗壳钢板材料问题，通过双层蜗壳引水方式，同样可获得圆满解决。