一種六工況三葉片轉(zhuǎn)輪雙向潮汐發(fā)電水輪機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于流體機械及工程設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種采用全新導(dǎo)葉型線和轉(zhuǎn) 輪葉片厚度分布規(guī)律的六工況=葉片轉(zhuǎn)輪雙向潮軟燈泡貫流式水輪機。
【背景技術(shù)】
[0002] 國內(nèi)外已建成和再建的潮軟發(fā)電站主要采用燈泡貫流式機組。與其他水輪機組相 類似，潮軟發(fā)電機組的性能在很大程度上取決于內(nèi)部流動狀況和機組的動力特性。在水力 設(shè)計研究中，水輪機的流場分析主要依靠CFD計算與模型試驗，通過幾十年的研究發(fā)展，目 前己經(jīng)可W比較準(zhǔn)確地預(yù)測水力性能和不定常流動特性，并進(jìn)一步開展了較多的流動誘導(dǎo) 的動力特性研究。
[0003] 新型雙向潮軟發(fā)電機組運行工況復(fù)雜，包括正向水輪機、正向水累、正向泄水、反 向水輪機、反向水累和反向泄水共6個工況。由于潮軟機組雙向運行的特點，要求正向水輪 機工況和反向水輪機工況都要具備較高的效率，傳統(tǒng)的水力設(shè)計方法只能保證單向水輪機 工況的效率，不能保證發(fā)電量最大。另外潮軟機組由于水頭變化快，水力波動大，造成機組 運行穩(wěn)定性差，振動和壓力脈動較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了提高機組的過流量并降低葉片上的壓力脈動，本發(fā)明提出了一種高效率的新 型六工況=葉片轉(zhuǎn)輪雙向潮軟發(fā)電水輪機，包括:依次連接的進(jìn)口管、管型座和尾水管，W 及設(shè)置在管型座內(nèi)的燈泡體、與燈泡體尾端和管型座內(nèi)壁連接的多片導(dǎo)葉、安裝在管型座 和尾水管交界處的轉(zhuǎn)輪;所述導(dǎo)葉的中間截面采用的型線共有20個點，各點在直角坐標(biāo)系 中的位置如表1所示；
[000引表1:導(dǎo)葉中間截面型線坐標(biāo)點
[0008] 所述轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)為:在輪穀體的側(cè)面均勻安裝多個水輪機葉片，該水輪機葉片能 繞著自身的樞軸旋轉(zhuǎn)；
[0009] 所述水輪機葉片的中間截面采用的型線共有20個點，各點在直角坐標(biāo)系中的位置 如表2所示；
[0010] 表2:水輪機葉片中間截面型線坐標(biāo)點
[0011]
[0012] 所述水輪機葉片的數(shù)量為3個。
[0013] 本發(fā)明的有益效果為:相對于其他現(xiàn)有潮軟機組提高了正反雙向水輪機效率，提 高了機組的過流量和功率，減小了振動和壓力脈動，機組的運行穩(wěn)定性得W提高。
【附圖說明】
[0014] 圖1為所述雙向潮軟發(fā)電水輪機結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0015] 圖2為所述雙向潮軟發(fā)電水輪機轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖3為所述雙向潮軟發(fā)電水輪機導(dǎo)葉圖；
[0017] 圖4為所述雙向潮軟發(fā)電水輪機轉(zhuǎn)輪葉片圖；
[0018] 圖5為所述雙向潮軟發(fā)電水輪機導(dǎo)葉中間截面示意圖；
[0019] 圖6為所述雙向潮軟發(fā)電水輪機導(dǎo)葉水輪機葉片中間截面示意圖；
[0020] 圖7為3葉片與4葉片上的壓力脈動對比圖；
[0021 ]圖8為3葉片與4葉片機組的過流量對比圖。
[0022] 圖中標(biāo)號：1 一進(jìn)口管；2-燈泡體;3-管型座;4一導(dǎo)葉；5-轉(zhuǎn)輪;6-尾水管；7- 輪毅體;8-轉(zhuǎn)輪葉片。
【具體實施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖，對實施例作詳細(xì)說明。
[0024] 如圖1所示，該該水輪機包括依次連接的進(jìn)口管1、管型座3和尾水管6，W及設(shè)置在 管型座3內(nèi)的燈泡體2、與燈泡體2尾端和管型座3內(nèi)壁連接的多片導(dǎo)葉4、安裝在管型座3和 尾水6管交界處的轉(zhuǎn)輪5。
[0025] 如圖2所示，轉(zhuǎn)輪5的結(jié)構(gòu)為:輪毅體7的側(cè)面安裝多個水輪機葉片8,水輪機葉片8 可W繞著自己的樞軸旋轉(zhuǎn)，在此選用4片水輪機葉片。
[0026] 如圖3和圖5所示，導(dǎo)葉4的中間截面設(shè)計成全新的型線，該導(dǎo)葉型線是由兩段首尾 相連接的曲線組成的閉合曲線，從型線上取20個點，各點在直角坐標(biāo)系中的位置如表1所 /J、- O
[0027] 表1:導(dǎo)葉中間截面型線坐標(biāo)點

[0029] 擬合后的兩條曲線的方程分別為：
[0030] Y = 0.00 0001x3-0.001x2-0.0291X巧 7.926;
[0031 ] Y = 0.00 00001x3-0.0002x2+0.0124X-30.419。
[0032] 如圖4和圖6所示，為保證轉(zhuǎn)輪的水力性能和結(jié)構(gòu)強度，將水輪機葉片8的中間截面 設(shè)計成兩段首尾相接的曲線組成的閉合曲線，從型線上取20個點，各點在直角坐標(biāo)系中的 位置如表2所示。
[0033] 表2:水輪機葉片中間截面型線坐標(biāo)點
[0035] 擬合后的兩條曲線的方程分別為：
[0036] Y = -0.0000005x3-0.0001x2-0.5792X+47.268;
[0037] Y = -0.0000005x3+0.0002x2-0.5876X-32.644。
[0038] 本發(fā)明在TH-CX-Ol模型機組上進(jìn)行了測試，分析了各部分流道的流動損失，分析 了流道形狀變化對能量性能、空化性能和穩(wěn)定性的影響，分析了不同運行工況的水力性能。
[0039] 通過測試數(shù)據(jù)和實際效果，可W發(fā)現(xiàn)，使用本發(fā)明的機組相對于其他現(xiàn)有潮軟機 組提高了正反雙向的效率，增加了機組過流量和功率，同時減小了振動和壓力脈動，水輪機 的運行穩(wěn)定性得W提高。
[0040] 目前世界上所有其他的潮軟發(fā)電水輪機組都采用的是4葉片的轉(zhuǎn)輪，因為傳統(tǒng)觀 念認(rèn)為4葉片轉(zhuǎn)輪具有控流能力強，流道內(nèi)壓力脈動小的特點。而本發(fā)明提出的=葉片轉(zhuǎn)輪 是目前世界上成功應(yīng)用于潮軟電站機組的唯一案例（已成功應(yīng)用于我國的江廈潮軟電站1 號機組），在研發(fā)過程中，通過30多個導(dǎo)葉和60多個轉(zhuǎn)輪的型線優(yōu)化，成功的將葉片上的壓 力脈動降低到比傳統(tǒng)的4葉片轉(zhuǎn)輪的壓力脈動還略低，見圖7所示。同時提高了機組的過流 量，高效區(qū)向大流量偏移，見圖8,保證了潮起潮落時機組具有更多的發(fā)電量、更高的效率和 更小的壓力脈動及振動。
[0041] 此實施例僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明掲露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該W權(quán)利要求的保護(hù)范圍 為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1. 一種六工況雙向潮汐發(fā)電水輪機，其特征在于，包括依次連接的進(jìn)口管（1)、管型座 (3)和尾水管(6)，以及設(shè)置在管型座(3)內(nèi)的燈泡體(2)、與燈泡體(2)尾端和管型座(3)內(nèi) 壁連接的多片導(dǎo)葉(4)、安裝在管型座(3)和尾水管(6)交界處的轉(zhuǎn)輪(5)，其特征在于，為減 小導(dǎo)葉段的流動損失，所述導(dǎo)葉(4)的中間截面采用的型線是由兩段首尾相連接的曲線所 組成的閉合曲線，該型線上20個點在直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)如下表所示：所述轉(zhuǎn)輪(5)的結(jié)構(gòu)為:在輪轂體(7)的側(cè)面均勻安裝多個水輪機葉片(8 )，該水輪機葉 片(8)能繞著自身的樞軸旋轉(zhuǎn)； 所述水輪機葉片(8)的中間截面采用的型線是由兩段首尾相連接的曲線所組成的閉合 曲線，該型線上20個點在直角坐標(biāo)系中的位置如下表所示：〇2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述六工況雙向潮汐發(fā)電水輪機，其特征在于，所述水輪機葉片（8) 的數(shù)量為3個。
【專利摘要】本發(fā)明屬于流體機械及工程設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種采用全新導(dǎo)葉型線和轉(zhuǎn)輪葉片厚度分布規(guī)律的六工況三葉片轉(zhuǎn)輪雙向潮汐燈泡貫流式水輪機。該機組包括進(jìn)水管、燈泡頭、管型座、導(dǎo)葉、轉(zhuǎn)輪和尾水管，對導(dǎo)葉形狀進(jìn)行了設(shè)計，采用了全新的導(dǎo)葉型線，使流動更加順暢，流道中的阻力損失更小；將轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)由4個減少為3個，提高了機組的過流量，同時對轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，采用S型轉(zhuǎn)輪葉片，從進(jìn)口到出口采用了新的厚度變化規(guī)律，保證正反雙向水輪機運行時都具有較高的效率。相比常規(guī)4葉片轉(zhuǎn)輪潮汐機組提高了正反雙向水輪機的效率、過流量和功率，減小了振動和壓力脈動，水輪機的運行穩(wěn)定性得以提高。
【IPC分類】F03B13/26
【公開號】CN105604776
【申請?zhí)枴緾N201510570752
【發(fā)明人】王正偉, 羅永要, 肖業(yè)祥
【申請人】清華大學(xué)
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2015年9月9日