一種超低水頭倒灌式鐘型水輪機(jī)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超低水頭倒灌式鐘型水輪機(jī)，包括導(dǎo)流機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)輪室、轉(zhuǎn)輪、水輪機(jī)轉(zhuǎn)軸和虹吸式尾水管；導(dǎo)流機(jī)構(gòu)包括內(nèi)罩、外罩和固定導(dǎo)葉，外罩同軸套裝在內(nèi)罩的外周，且外罩呈鐘型；固定導(dǎo)葉傾斜設(shè)置在內(nèi)罩與外罩之間；轉(zhuǎn)輪室的底部與外罩頂部固定連接，轉(zhuǎn)輪室的頂部與虹吸式尾水管固定連接；轉(zhuǎn)輪倒置安裝在轉(zhuǎn)輪室內(nèi)，轉(zhuǎn)輪包括輪轂和安裝在輪轂上的若干個(gè)轉(zhuǎn)輪葉片；輪轂的底部與內(nèi)罩頂部固定連接，輪轂的頂部與水輪機(jī)轉(zhuǎn)軸固定連接。采用上述結(jié)構(gòu)后，能較好保證水流流態(tài)和機(jī)組出力；采用虹吸式尾水管能減少不必要的土建投資，避免廠房的建設(shè)投入。另外，結(jié)構(gòu)簡單，尺寸較小，安裝方便，能夠有效利用超低水頭資源。
【專利說明】
一種超低水頭倒灌式鐘型水輪機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種利用超低水頭可再生能源發(fā)電的倒灌鐘型水輪機(jī)，屬于流體機(jī)械及水電工程設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域;特別是一種超低水頭倒灌式鐘型水輪機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]能源是人類生存和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，然而隨著世界經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人類社會(huì)對能源的需求不斷增長，能源短缺、環(huán)境污染以及生態(tài)惡化等問題也逐漸加深。當(dāng)今社會(huì)，人類能源消費(fèi)過度依賴煤炭、石油、天然氣等不可再生能源，為了不斷優(yōu)化我國能源結(jié)構(gòu)，可再生能源的開發(fā)利用變得尤為重要。
[0003]我國水力資源非常豐富，居世界首位，水電是清潔的可再生能源，在我國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中比重較大。由于中高水頭資源的開發(fā)常伴隨著較大的淹沒損失與移民拆迀費(fèi)用，且已逐漸開發(fā)待盡，發(fā)展小水電變得非常重要。我國的低水頭資源主要分布在我國東南等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，人口密集的地區(qū)。由于低水頭電站擁有建設(shè)投資少，工期短且資源分散，對環(huán)境的負(fù)影響較小等優(yōu)勢，已經(jīng)得到廣泛重視。
[0004]傳統(tǒng)的電站常采用尾水管下置的配置方式，這種配置方式常會(huì)帶來較大的土建工程，當(dāng)對超低水頭進(jìn)行開發(fā)利用時(shí)，采用傳統(tǒng)水輪機(jī)下置的配置方式會(huì)受到空間和資金的限制，而采用具有上置的虹吸尾水管的水輪機(jī)可以最大程度的避免此類問題，該發(fā)明可以將尾水管固定于已有的擋水建筑物，此外采用鐘型導(dǎo)流機(jī)構(gòu)在獲得較好流態(tài)的同時(shí)可以減小土建投資，采用傾斜式固定導(dǎo)葉的形式在保證機(jī)組出力的同時(shí)能減少建設(shè)投資和對魚類的傷害。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種超低水頭倒灌式鐘型水輪機(jī)，該超低水頭倒灌式鐘型水輪機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小巧、安裝方便、資源利用率高、投資低和與魚類友好。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0007]—種超低水頭倒灌式鐘型水輪機(jī)，包括導(dǎo)流機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)輪室、轉(zhuǎn)輪、水輪機(jī)轉(zhuǎn)軸和虹吸式尾水管。
[0008]導(dǎo)流機(jī)構(gòu)包括內(nèi)罩、外罩和固定導(dǎo)葉，外罩同軸套裝在內(nèi)罩的外周，且外罩呈鐘型；固定導(dǎo)葉傾斜設(shè)置在內(nèi)罩與外罩之間。
[0009]轉(zhuǎn)輪室的底部與外罩頂部固定連接，轉(zhuǎn)輪室的頂部與虹吸式尾水管固定連接。
[0010]轉(zhuǎn)輪倒置安裝在轉(zhuǎn)輪室內(nèi)，轉(zhuǎn)輪包括輪轂和安裝在輪轂上的若干個(gè)轉(zhuǎn)輪葉片。
[0011]輪轂的底部與內(nèi)罩頂部固定連接，輪轂的頂部與水輪機(jī)轉(zhuǎn)軸固定連接。
[0012]外罩的曲面母線由三段不同曲率的圓弧構(gòu)成，三段圓弧的半徑rl、r2、r3與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值分別為0.768?0.774、0.853?0.859、0.307?0.313;外罩進(jìn)口直徑dl與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為1.539?1.545;外罩出口直徑d2與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為0.994?1.000;內(nèi)罩的曲面母線也由三段不同曲率的圓弧構(gòu)成，三段圓弧的半徑r4、r5、r6與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值分別為I.197?I.203、0.802?0.808、0.503?0.509 ；內(nèi)罩進(jìn)P直徑d3與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為0.354?0.360，內(nèi)罩出口直徑d4與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為0.256?0.262。
[0013]每個(gè)轉(zhuǎn)輪葉片均由空間截面3?&11 = 0、0.25、0.50、0.75、1.0處的5個(gè)不同翼型擬合
ntjD
[0014]假設(shè)轉(zhuǎn)輪葉片的每個(gè)翼型中心線角度為γ，中心線與轉(zhuǎn)輪葉片上側(cè)的距離為f，翼型厚度為2.f，翼型上某點(diǎn)占翼型中心線長度的比例為x%，其中進(jìn)水邊處x = 0，出水邊處X= 100;則:
[0015]Span = O處翼型的中心線角度滿足方程γ =0.0016χ2+0.2317χ+9.9892，翼型厚度的二分之一滿足方程 f = -0.0146x2+1.4657χ+3.5214。
[0016]Span = 0.25處翼型的中心線角度滿足方程γ =0.0002χ2+0.226χ+34.53，翼型厚度的二分之一滿足方程 f = 3Ε-05χ3-0.0177χ2+1.4219χ+5.0107。
[0017]Span = 0.5處翼型的中心線角度滿足方程γ =-0.0002x2+0.1587χ+49.866，翼型厚度的二分之一滿足方程 f = 7E-05x3-0.021x2+1.4061x+5.2925。
[0018]Span = 0.75處翼型的中心線角度滿足方程γ =_0.0001χ2+0.0968χ+59.513，翼型厚度的二分之一滿足方程f = 8E-05x3-0.0211x2+l.2914x+5.155。
[0019]Span = l.0處翼型的中心線角度滿足方程γ=-9E-05x2+0.052x+65.854，翼型厚度的二分之一滿足方程f = 8E-05x3-0.0194x2+l.1216x+4.6394。
[0020]每個(gè)固定導(dǎo)葉的中心線與內(nèi)罩的中心軸線之間所呈的夾角為72度°。
[0021]所述轉(zhuǎn)輪室由曲面和錐面構(gòu)成，轉(zhuǎn)輪室進(jìn)水側(cè)直徑即外罩出口直徑d2與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為0.994?1.000，轉(zhuǎn)輪室出水側(cè)直徑d5與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為1.037?1.043;曲面母線圓弧的半徑rlO與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為1.764?1.770，錐面高度hi與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為0.207?0.213。
[0022]所述輪轂由三段不同曲率的曲面構(gòu)成，三段曲面母線的半徑r7、r8、r9與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值分別為0.979?0.985、1.025?1.031、1.239?1.245，輪轂出水側(cè)直徑d6與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為0.138?0.144。
[0023]所述虹吸式尾水管沿著水流方向依次包括上升段、彎肘A段、擴(kuò)散段、彎肘B段和下降段;彎肘B段上設(shè)置有真空破壞閥。
[0024]上升段與轉(zhuǎn)輪室的交界面為A-A，上升段與彎肘A段的交界面為B-B，彎肘A段與擴(kuò)散段的交界面為C-C，擴(kuò)散段與彎肘B段的交界面為D-D，彎肘B段與下降段的交界面為E-E，尾水管出口斷面為F-F;則各交界面參數(shù)如下，A-A截面與B-B截面均為圓環(huán)面，該圓環(huán)面的外圓直徑即轉(zhuǎn)輪室出水側(cè)直徑d5與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為1.037?1.043，圓環(huán)面的內(nèi)圓直徑即輪轂出水側(cè)直徑d6與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為0.138?0.144; C-C截面為橢圓面，橢圓的短軸LI與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為0.884?0.890，橢圓的長軸L2與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為1.034?1.040； D-D截面為圓角矩形，D-D截面的圓角半徑Rl與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為0.396?0.402，矩形寬L3與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為0.884?0.890，矩形長L4與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為1.831?
1.837 ;E-E截面也為圓角矩形，E-E截面的圓角半徑R2與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為0.242?
0.248,矩形寬L5與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為1.079?1.085，矩形長L6與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為
1.911?1.917 ;F-F截面為直角矩形，其中，直角矩形的矩形寬L7與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為I.131?I.137，矩形長L8與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為1.951?1.957。
[0025]本發(fā)明采用上述結(jié)構(gòu)后，具有如下有益效果:
[0026]1、本發(fā)明導(dǎo)流機(jī)構(gòu)呈鐘型，不同工況下采用該發(fā)明導(dǎo)流機(jī)構(gòu)時(shí)導(dǎo)流機(jī)構(gòu)水力損失在0.025m?0.032m之間，水流軸向流入導(dǎo)流機(jī)構(gòu)，沒有發(fā)生方向變化，且由于進(jìn)口較大，既保證了較好的流態(tài)有保證了裝置流量(即保證了出力)，固定導(dǎo)葉數(shù)量少且呈傾斜式布置，對魚類傷害較小。
[0027]2、本發(fā)明所設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)輪葉片具有較強(qiáng)的做功能力，不同工況下，轉(zhuǎn)輪處損失在
0.07m?0.14m之間。
[0028]3、本發(fā)明轉(zhuǎn)輪呈倒置形式布置，安裝真空破壞閥用于虹吸流的建立與斷流。
[0029]4、本發(fā)明所設(shè)計(jì)的虹吸式尾水管截面按最優(yōu)的流速遞減規(guī)律橫向擴(kuò)散，具有很好地回收動(dòng)能的作用，不同工況下，尾水管的水力損失在0.18m?0.28m之間。
[0030]5、本發(fā)明尾水管呈虹吸式，可以利用已有的擋水建筑物，有效減小了土建開挖工程。
[0031]6、較傳統(tǒng)水輪機(jī)，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小巧、安裝方便、資源利用率高、投資低和魚類友好等特點(diǎn)，且能夠很好地利用超低水頭資源，尤其是水頭在2m左右情況，均可采用本發(fā)明的水輪機(jī)進(jìn)行水力發(fā)電。
【附圖說明】
[0032]圖1是本發(fā)明一種超低水頭倒灌式鐘型水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033I圖2是本發(fā)明的導(dǎo)流機(jī)構(gòu)示意圖。
[0034]圖3是本發(fā)明的轉(zhuǎn)輪示意圖。
[0035]圖4是本發(fā)明的轉(zhuǎn)輪室示意圖。
[0036]圖5是本發(fā)明的轉(zhuǎn)輪葉片的翼型位置參數(shù)定義圖。
[0037]圖6是本發(fā)明的轉(zhuǎn)輪葉片的翼型參數(shù)定義圖。
[0038]圖7是本發(fā)明的轉(zhuǎn)輪葉片的翼型形狀示意圖。
[0039]圖8是本發(fā)明的虹吸式尾水管結(jié)構(gòu)示意圖。
[0040]圖9是本發(fā)明虹吸式尾水管的截面形狀示意圖。
[0041]圖10顯示了本發(fā)明轉(zhuǎn)輪葉片的翼型壓力載荷分布圖。
[0042]圖中:1、外罩;2、內(nèi)罩;3、固定導(dǎo)葉；4、轉(zhuǎn)輪室；5、輪轂;6、轉(zhuǎn)輪葉片；7、水輪機(jī)轉(zhuǎn)軸;8、上升段;9、彎肘A段;10、擴(kuò)散段;11、彎肘B段;12、下降段;13、真空破壞閥。
【具體實(shí)施方式】
[0043]下面結(jié)合附圖和具體較佳實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0044]如圖1所示，一種超低水頭倒灌式鐘型水輪機(jī)，包括導(dǎo)流機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)輪室4、轉(zhuǎn)輪、水輪機(jī)轉(zhuǎn)軸7和虹吸式尾水管。
[0045]導(dǎo)流機(jī)構(gòu)包括內(nèi)罩2、外罩I和固定導(dǎo)葉3。
[0046]外罩同軸套裝在內(nèi)罩的外周，且外罩呈鐘型，水流軸向流入導(dǎo)流機(jī)構(gòu)，沒有發(fā)生方向變化，且由于進(jìn)口較大，既保證了較好的流態(tài)有保證了裝置流量(即保證了出力)。
[0047]如圖2所示，外罩的曲面母線由三段不同曲率的圓弧構(gòu)成，三段圓弧的半徑rl、r2、r3與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值分別為0.768?0.774、0.853?0.859、0.307?0.313；外罩進(jìn)口直徑dl與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為1.539?1.545 ；外罩出口直徑d2與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為0.994?1.000;內(nèi)罩的曲面母線也由三段不同曲率的圓弧構(gòu)成，三段圓弧的半徑r4、r5、r6與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值分別為1.197?1.203、0.802?0.808、0.503?0.509;內(nèi)罩進(jìn)口直徑d3與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為0.354?0.360，內(nèi)罩出口直徑d4與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為0.256?0.262。
[0048]固定導(dǎo)葉傾斜設(shè)置在內(nèi)罩與外罩之間，每個(gè)固定導(dǎo)葉的中心線與內(nèi)罩的中心軸線之間所呈的夾角優(yōu)選為72度°。
[0049]不同工況下采用該發(fā)明導(dǎo)流機(jī)構(gòu)時(shí)導(dǎo)流機(jī)構(gòu)水力損失在0.025m?0.032m之間，充分體現(xiàn)鐘型導(dǎo)流機(jī)構(gòu)水力損失少，流態(tài)好的特點(diǎn)。另外，既能保證出力又對魚類傷害小。
[0050]轉(zhuǎn)輪室的底部與外罩頂部固定連接，轉(zhuǎn)輪室的頂部與虹吸式尾水管固定連接。
[0051]如圖4所示，轉(zhuǎn)輪室由曲面和錐面構(gòu)成，轉(zhuǎn)輪室進(jìn)水側(cè)直徑即外罩出口直徑d2與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為0.994?1.000，轉(zhuǎn)輪室出水側(cè)直徑d5與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為1.037?1.043;曲面母線圓弧的半徑rlO與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為1.764?1.770，錐面高度hi與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為0.207?0.213。
[0052]如圖1和圖3所示，轉(zhuǎn)輪倒置安裝在轉(zhuǎn)輪室內(nèi)，轉(zhuǎn)輪包括輪轂5和安裝在輪轂上的若干個(gè)轉(zhuǎn)輪葉片6，轉(zhuǎn)輪葉片6的數(shù)量優(yōu)選為3-5個(gè)。
[0053]輪轂的底部與內(nèi)罩頂部固定連接，輪轂的頂部與水輪機(jī)轉(zhuǎn)軸固定連接。
[0054]上述輪轂由三段不同曲率的曲面構(gòu)成，三段曲面母線的半徑r7、r8、r9與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值分別為0.979?0.985、1.025?1.031、1.239?1.245，輪轂出水側(cè)直徑d6與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為0.138?0.144。
[0055]如圖5所示，每個(gè)轉(zhuǎn)輪葉片均由空間截面5口311 = 0、0.25、0.50、0.75、1.0處的5個(gè)不同翼型擬合而成，其中Span = O為輪轂處截面，Span = 1.0為輪緣處截面。
[0056]如圖6所示，假設(shè)轉(zhuǎn)輪葉片的每個(gè)翼型中心線角度為γ，中心線與轉(zhuǎn)輪葉片上側(cè)的距離為f，翼型厚度為2.f，翼型上某點(diǎn)占翼型中心線長度的比例為x%，其中進(jìn)水邊處X =
O，出水邊處X = 100;則如圖7所示:
[0057]Span = O處翼型的中心線角度滿足方程γ =0.0016χ2+0.2317χ+9.9892，翼型厚度的二分之一滿足方程 f = -0.0146x2+1.4657χ+3.5214。
[0058]3?&11 = 0.25處翼型的中心線角度滿足方程丫=0.000212+0.2261+34.53，翼型厚度的二分之一滿足方程 f = 3Ε-05χ3-0.0177χ2+1.4219χ+5.0107。
[0059]Span = 0.5處翼型的中心線角度滿足方程γ =_0.0002x2+0.1587χ+49.866，翼型厚度的二分之一滿足方程 f = 7E-05x3-0.021x2+1.4061x+5.2925。
[0060]Span = 0.75處翼型的中心線角度滿足方程γ =_0.0001χ2+0.0968χ+59.513，翼型厚度的二分之一滿足方程f = 8E-05x3-0.0211x2+l.2914x+5.155。
[0061 ] Span = l.0處翼型的中心線角度滿足方程γ=-9E-05x2+0.052x+65.854，翼型厚度的二分之一滿足方程f = 8E-05x3-0.0194x2+l.1216x+4.6394。
[0062]設(shè)計(jì)工況(轉(zhuǎn)速為195r/min，水輪機(jī)工作水頭為2.00m)時(shí)，五個(gè)翼型上的壓力載荷分布如圖10所示較為均勻，其中不同工況下采用該發(fā)明轉(zhuǎn)輪時(shí)轉(zhuǎn)輪損失僅在0.07m?0.14m之間。
[0063]在圖10中，橫坐標(biāo)為順氣流方向翼型長度的相對值，縱坐標(biāo)表示壓力載荷，單位為Pa0
[0064]如圖1、圖8和圖9所示，上述虹吸式尾水管沿著水流方向依次包括上升段8、彎肘A段9、擴(kuò)散段10、彎肘B段11和下降段12;彎肘B段上設(shè)置有真空破壞閥13。
[0065]上升段與轉(zhuǎn)輪室的交界面為A-A，上升段與彎肘A段的交界面為B-B，彎肘A段與擴(kuò)散段的交界面為C-C，擴(kuò)散段與彎肘B段的交界面為D-D，彎肘B段與下降段的交界面為E-E，尾水管出口斷面為F-F;則各交界面參數(shù)如下，A-A截面與B-B截面均為圓環(huán)面，該圓環(huán)面的外圓直徑即轉(zhuǎn)輪室出水側(cè)直徑d5與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為1.037?1.043，圓環(huán)面的內(nèi)圓直徑即輪轂出水側(cè)直徑d6與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為0.138?0.144; C-C截面為橢圓面，橢圓的短軸LI與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為0.884?0.890，橢圓的長軸L2與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為1.034?1.040； D-D截面為圓角矩形，D-D截面的圓角半徑Rl與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為0.396?0.402，矩形寬L3與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為0.884?0.890，矩形長L4與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為1.831?1.837 ;E-E截面也為圓角矩形，E-E截面的圓角半徑R2與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為0.242?
0.248,矩形寬L5與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為1.079?1.085，矩形長L6與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為
1.911?1.917 ;F-F截面為直角矩形，其中，直角矩形的矩形寬L7與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為
1.131?I.137，矩形長L8與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為1.951?1.957。
[0066]設(shè)計(jì)工況(轉(zhuǎn)速為195r/min，水輪機(jī)工作水頭為2.0Om)時(shí)，尾水管的水力損失為0.24m，其中六個(gè)截面的平均速度分別為4.05m/s、3.96m/s、3.66m/s、2.25m/s、I.68m/s、1.5 lm/s，尾水管各截面平均流速沿流線方向逐漸減小，在C-C段到D-D段由于設(shè)計(jì)的截面橫向擴(kuò)散，截面逐漸變大所以平均流速按一定規(guī)律下降，尾水管起到較好的回收能量的作用。
[0067]以下是幾個(gè)具體算例:
[0068]例I，設(shè)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑Dl為1.0m，轉(zhuǎn)輪額定轉(zhuǎn)速為195r/min，水輪機(jī)工作水頭為1.50m,水輪機(jī)實(shí)測流量為2.94m3/s，出力為37.96kff，水輪機(jī)效率為87.75%；
[0069]例2，設(shè)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑Dl為1.0m，轉(zhuǎn)輪額定轉(zhuǎn)速為195r/min，水輪機(jī)工作水頭為1.75m,水輪機(jī)實(shí)測流量為3.06m3/s，出力為46.09kff，水輪機(jī)效率為87.74%；
[0070]例3，設(shè)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑Dl為1.0m，轉(zhuǎn)輪額定轉(zhuǎn)速為195r/min，水輪機(jī)工作水頭為
2.0Om，水輪機(jī)實(shí)測流量為3.19m3/s，出力為54.51kW，水輪機(jī)效率為87.10% ;
[0071 ] 例4，設(shè)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑Dl為1.0m，轉(zhuǎn)輪額定轉(zhuǎn)速為195r/min，水輪機(jī)工作水頭為2.25m,水輪機(jī)實(shí)測流量為3.30m3/s，出力為62.56kff，水輪機(jī)效率為85.89%；
[0072]例5，設(shè)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑Dl為0.8m，轉(zhuǎn)輪額定轉(zhuǎn)速為244r/min，水輪機(jī)工作水頭為2.00m,水輪機(jī)實(shí)測流量為2.04m3/s，出力為34.58kff，水輪機(jī)效率為86.40%；
[0073]例6，設(shè)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑Dl為1.2m，轉(zhuǎn)輪額定轉(zhuǎn)速為195r/min，水輪機(jī)工作水頭為2m，水輪機(jī)實(shí)測流量為4.60m3/s，出力為78.54kff，水輪機(jī)效率為87.03%。
[0074]通過以上算例可以看出，本發(fā)明在1.50m?2.25m的水頭范圍內(nèi)不同流量工況下，均能保證較高的效率，且直徑越大，效率越高，能夠達(dá)到充分利用超低水頭資源的作用。
[0075]以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種等同變換，這些等同變換均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超低水頭倒灌式鐘型水輪機(jī)，其特征在于:包括導(dǎo)流機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)輪室、轉(zhuǎn)輪、水輪機(jī)轉(zhuǎn)軸和虹吸式尾水管； 導(dǎo)流機(jī)構(gòu)包括內(nèi)罩、外罩和固定導(dǎo)葉，外罩同軸套裝在內(nèi)罩的外周，且外罩呈鐘型；固定導(dǎo)葉傾斜設(shè)置在內(nèi)罩與外罩之間； 轉(zhuǎn)輪室的底部與外罩頂部固定連接，轉(zhuǎn)輪室的頂部與虹吸式尾水管固定連接； 轉(zhuǎn)輪倒置安裝在轉(zhuǎn)輪室內(nèi)，轉(zhuǎn)輪包括輪轂和安裝在輪轂上的若干個(gè)轉(zhuǎn)輪葉片； 輪轂的底部與內(nèi)罩頂部固定連接，輪轂的頂部與水輪機(jī)轉(zhuǎn)軸固定連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低水頭倒灌式鐘型水輪機(jī)，其特征在于:外罩的曲面母線由三段不同曲率的圓弧構(gòu)成，三段圓弧的半徑r 1、r 2、r3與轉(zhuǎn)輪直徑DI的比值分別為0.768?0.774、0.853?0.859、0.307?0.313 ;外罩進(jìn)口直徑dl與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為1.539?1.545；外罩出口直徑d2與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為0.994?1.000;內(nèi)罩的曲面母線也由三段不同曲率的圓弧構(gòu)成，三段圓弧的半徑r4、r5、r6與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值分別為1.197?1.203、0.802?0.808、0.503?0.509;內(nèi)罩進(jìn)口直徑d3與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為0.354?0.360，內(nèi)罩出口直徑d4與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為0.256?0.262。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低水頭倒灌式鐘型水輪機(jī)，其特征在于:每個(gè)轉(zhuǎn)輪葉片均由空間截面5?311 = 0、0.25、0.50、0.75、1.0處的5個(gè)不同翼型擬合而成，其中3?311 = 0為輪轂處截面，Span = 1.0為輪緣處截面。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超低水頭倒灌式鐘型水輪機(jī)，其特征在于:假設(shè)轉(zhuǎn)輪葉片的每個(gè)翼型中心線角度為Y，中心線與轉(zhuǎn)輪葉片上側(cè)的距離為f，翼型厚度為2.?.，翼型上某點(diǎn)占翼型中心線長度的比例為X%，其中進(jìn)水邊處X = O，出水邊處X = 100；則: Span = O處翼型的中心線角度滿足方程γ =0.0016x2+0.2317Χ+9.9892，翼型厚度的二分之一滿足方程 f = -0.0146x2+1.4657x+3.5214； Span = 0.25處翼型的中心線角度滿足方程γ =0.0002x2+0.226x+34.53，翼型厚度的二分之一滿足方程 f = 3E-05x3-0.0177x2+1.4219x+5.0107； Span = 0.5處翼型的中心線角度滿足方程γ =_0.0002x2+0.1587χ+49.866，翼型厚度的二分之一滿足方程 f = 7E-05x3-0.021x2+1.4061x+5.2925 ； Span = 0.75處翼型的中心線角度滿足方程γ =-0.0001x2+0.0968x+59.513,翼型厚度的二分之一滿足方程 f = 8E-05x3-0.0211x2+1.291 4x+5.155； Span= 1.0處翼型的中心線角度滿足方程γ =-9E-05x2+0.052x+65.854，翼型厚度的二分之一滿足方程f = 8E-05x3-0.01 94x2+1.1216x+4.6394。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低水頭倒灌式鐘型水輪機(jī)，其特征在于:每個(gè)固定導(dǎo)葉的中心線與內(nèi)罩的中心軸線之間所呈的夾角為72度°。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低水頭倒灌式鐘型水輪機(jī)，其特征在于:所述轉(zhuǎn)輪室由曲面和錐面構(gòu)成，轉(zhuǎn)輪室進(jìn)水側(cè)直徑即外罩出口直徑d2與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為0.994?1.000，轉(zhuǎn)輪室出水側(cè)直徑d5與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為1.037?1.043;曲面母線圓弧的半徑rlO與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為1.764?1.770，錐面高度hi與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為0.207?0.213。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低水頭倒灌式鐘型水輪機(jī)，其特征在于:所述輪轂由三段不同曲率的曲面構(gòu)成，三段曲面母線的半徑r7、r8、r9與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值分別為0.979?0.985α.025?I.031、I.239?I.245，輪轂出水側(cè)直徑d6與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為0.138?0.144ο8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低水頭倒灌式鐘型水輪機(jī)，其特征在于:所述虹吸式尾水管沿著水流方向依次包括上升段、彎肘A段、擴(kuò)散段、彎肘B段和下降段;彎肘B段上設(shè)置有真空破壞閥。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超低水頭倒灌式鐘型水輪機(jī)，其特征在于:上升段與轉(zhuǎn)輪室的交界面為A-A，上升段與彎肘A段的交界面為B-B，彎肘A段與擴(kuò)散段的交界面為C-C，擴(kuò)散段與彎肘B段的交界面為D-D，彎肘B段與下降段的交界面為E-E，尾水管出口斷面為F-F;則各交界面參數(shù)如下，A-A截面與B-B截面均為圓環(huán)面，該圓環(huán)面的外圓直徑即轉(zhuǎn)輪室出水側(cè)直徑d5與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為1.037?1.043，圓環(huán)面的內(nèi)圓直徑即輪轂出水側(cè)直徑d6與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為0.138?0.144 ;C-C截面為橢圓面，橢圓的短軸LI與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為.0.884?0.890，橢圓的長軸L2與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為1.034?1.040 ；D-D截面為圓角矩形，D-D截面的圓角半徑Rl與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為0.396?0.402，矩形寬L3與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為0.884?0.890，矩形長L4與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為1.831?1.837 ;E-E截面也為圓角矩形，E-E截面的圓角半徑R2與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為0.242?0.248，矩形寬L5與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為1.079?1.085，矩形長L6與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為1.911?1.917 ;F-F截面為直角矩形，其中，直角矩形的矩形寬L7與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為1.131?1.137，矩形長L8與轉(zhuǎn)輪直徑Dl的比值為1.951?1.957。
【文檔編號(hào)】F03B3/16GK105927458SQ201610380621
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月31日
【發(fā)明人】周大慶, 劉敏, 俞蕓蕓, 陳會(huì)向
【申請人】河海大學(xué)