一种枯水期用高效混流式水轮机转轮的制作方法

1.本实用新型涉及水力发电水轮机领域，具体地说是一种枯水期用高效混流式水轮机转轮。


背景技术：

2.我国水能资源丰富，水电站分布全国各地，受各地气候的影响，一年四季中水电站的来水流量存在着明显的水量差，呈现出两种形式，一种是大流量区间即丰水期，一种是小流量区间即枯水期。在水电站的设计初期往往只考虑丰水期的发电效益，当机组在枯水期运行时效率低下(效率约30％-70％)或者无法运行，极大的影响了电站的经济效益。
3.公开(公告)号：cn100439701c，公开(公告)日：2008-12-03公开了混流式水轮机变频转轮，包括一个上冠、一个下环和若干个连接在该上冠和下环之间的曲面形基础叶片和变频叶片。两种不同的叶片沿流动方向交错布置，基础叶片进水边更靠近上游侧，变频叶片出水边更靠近下游侧，使得变频叶片进水边可以打散由基础叶片形成的部分大旋涡，削弱了脱流的能量，改善了稳定性，同时转轮出口通过变频叶片减小了出口环量，减小了压力脉动的频率和幅值，具有更加宽广的稳定运行范围。变频转轮技术可以在开发新的水轮机产品，也可以直接使用在已有的混流式水轮机中，水轮机的结构保持不变，对改造已有水轮机转轮带来方便。
4.公开(公告)号：cn103485958b公开(公告)日：2015-12-23公开了一种低水头水轮机转轮，包括若干sx形叶片、上冠、下环；若干sx形叶片1均匀焊接固定在上冠2和下环3之间；sx叶片的结构是，sx叶片在转轮的进水口处均有负倾角,负倾角为1.5
°
～10
°
，即sx型叶片的进水边近上冠部分向内负倾斜；靠近上冠处翼形为负曲率；叶片进水边与出水边外沿均成s形，sx叶片在进水口看去，sx型叶片的进水边与出水边亦成x型交叉；叶片曲面形成空间扭曲形状；同时，为适应能量转换和出口条件的要求，叶片出水边成一弧线。
5.公开(公告)号：cn102364083a，公开(公告)日：2012-02-29公开了混流式水泵水轮机长短叶片转轮，包括一个上冠、一个下环，若干个经过优化设计的长叶片和短叶片。通过对长叶片和短叶片的包角，叶片的进出口角，短叶片轴面流道的长度，短叶片到相邻长叶片背面开口的大小等参数进行优化，可以使水轮机工况部分负荷条件下尾水管压力脉动大大降低，可以使转轮直径减小，从而提高转轮效率，改善水轮机工况下的“s”区不稳定性问题。
6.以上公开技术的技术方案以及所要解决的技术问题和产生的有益效果均与本实用新型不相同，针对本实用新型更多的技术特征和所要解决的技术问题以及有益效果，以上公开技术文件均不存在技术启示。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的是针对现有技术存在的缺陷而提供一种枯水期用高效混流式水轮机转轮，解决常规混流式转轮在在枯水期运行时效率低下(效率约40％-70％)或者无法运行的问题。实现机组可以在枯水期高效稳定运行(根据电站运行范围枯水期效率在
80％-92％)，可增效20％-40％，增效显著，提高了电站的经济效益。
8.为了达成上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：
9.一种枯水期用高效混流式水轮机转轮，包括上冠、下环以及连接在该上冠和下环之间的曲面形叶片；所述叶片外端为进水边，内端为出水边；
10.所述上冠的外环面设计有第一螺旋槽，所述下环的外环面设计有第二螺旋槽。
11.进一步地，所述第一螺旋槽、第二螺旋槽均靠近叶片的进水边。
12.进一步地，所述进水边采用负曲率设计，为负曲率进水边；
13.所述出水边采用水流角法向出口设计，为水流角法向出口出水边。
14.进一步地，还包括泄水锥，所述泄水锥连接在上冠的中心位置下端，泄水锥的外壁与叶片的出水边相对应。
15.进一步地，所述泄水锥的外壁设置锥角。
16.进一步地，所述泄水锥的最底端要低于叶片的出水边的最底端。
17.本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：
18.1.上冠、下环外圆与定子件配合位置设置节流螺旋槽，螺旋槽螺旋方向根据转轮的旋转方向选定，可有效减小转轮运转时的水力损失，提高水力效率3％。
19.2.叶片的进水边翼型采用负曲率设计，叶片的出水边出流角与枯水期的水流方向为法向出口。这一设计可以保证叶片进口与枯水期来流的方向达到最优，并且水流从叶片出口流出后水力损失最小。进而提升效率，这一叶片翼型结构设计就可增效15％-35％。
20.3.泄水锥流线采用加长设计并采用锥角，改变水流的流出方向，减小尾水管涡带的产生，提高尾水管的能量回收，减小水力损失。
附图说明
21.图1为本实用新型一种枯水期用高效混流式水轮机转轮的结构示意图。
22.图中：上冠1、下环2、叶片3、泄水锥4、螺旋槽5、锥角6、负曲率进水边7、水流角法向出口出水边8。
具体实施方式
23.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
24.请参阅图1，本实用新型提供一种技术方案：
25.一种枯水期用高效混流式水轮机转轮，包括上冠1、下环2以及连接在该上冠和下环之间的曲面形叶片3；所述叶片外端为进水边，内端为出水边；
26.所述上冠1、下环2的外环面均开设螺旋槽5；即所述上冠的外环面设计有第一螺旋槽，所述下环的外环面设计有第二螺旋槽。
27.所述第一螺旋槽、第二螺旋槽均靠近叶片的进水边。
28.所述进水边采用负曲率设计，为负曲率进水边7；
29.所述出水边采用水流角法向出口设计，为水流角法向出口出水边8。
30.还包括泄水锥4，所述泄水锥连接在上冠的中心位置下端，泄水锥的外壁与叶片的出水边相对应。
31.所述泄水锥的外壁设置锥角6。
32.所述泄水锥的最底端要低于叶片的出水边的最底端。
33.上冠、下环外圆与定子件配合位置设置节流螺旋槽，螺旋槽螺旋方向根据转轮的旋转方向选定，可有效减小转轮运转时的水力损失，提高水力效率3％。
34.叶片的进水边翼型采用负曲率设计，叶片的出水边出流角与枯水期的水流方向为法向出口。这一设计可以保证叶片进口与枯水期来流的方向达到最优，并且水流从叶片出口流出后水力损失最小。进而提升效率，这一叶片翼型结构设计就可增效15％-35％。
35.泄水锥流线采用加长设计并采用锥角，改变水流的流出方向，减小尾水管涡带的产生，提高尾水管的能量回收，减小水力损失。
36.有益效果支撑(水电站实际运行数据表如下)
[0037] 改造前优化后额定水头76m76m效率60％80％相同流量1.44m3/s1.44m3/s额定出力600kw800kw额定转轮750r/min750r/min飞逸转速1227r/min1227r/min
[0038]
改造效果：在相同水量的情况下优化后机组效率可提高20％，出力提高200kw，枯水期时间4个月运行小时数为2880h，电价0.15元/度，预估的改造后的经济效益增加8.64万元。提高电站经济效益显著。
[0039]
本技术中凡是没有展开论述的零部件本身、本技术中的各零部件连接方式均属于本技术领域的公知技术，不再赘述。
[0040]
在本实用新型中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0041]
本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本实用新型的限制。
[0042]
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0043]
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本
领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。