CN111550347A - 一种高发电效率轴流式水轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水力发电技术领域，且公开了一种高发电效率轴流式水轮机，包括蜗壳和尾水管，所述尾水管固定安装在蜗壳的底部，所述蜗壳的顶部固定安装有位于蜗壳内环的顶环，该高发电效率轴流式水轮机，通过在尾水管的内壁上固定安装有位于底环底部的均流座，在均流座中开设有导流槽，导流槽的开口角度与叶轮的上表面垂直，这样可以使得蜗壳中加速的水流能够在导流槽的导流作用下直击叶轮的上表面，最大化利用了水流的冲击力，使得叶轮能够达到最快的转速的条件下不会降低水流排出水轮机的速度，同时导流槽设计成内圈宽度小外圈宽度大，使得水流对叶轮的冲击力更加平均，提高了叶轮的使用寿命。

Description

一种高发电效率轴流式水轮机
技术领域
本发明涉及水力发电技术领域，具体为一种高发电效率轴流式水轮机。
背景技术
轴流式水轮机由于其流道宽、过流量大的优点在低水头大流量的水电站得到广泛的应用，水流经过蜗壳的加速流经导叶改变方向，在下落的过程中利用水的冲击力对下部安装的叶轮进行冲击使得其进行旋转，而叶轮上部的转轴连接着发电机，这样就将水的动能转化为机械能从而实现发电，但是现有的轴流式水轮机在使用过程中始终存在以下问题：
现有的轴流式水轮机的叶轮的旋转都是通过经过蜗壳加速后经导叶转向自由下落的水流的冲击来进行带动旋转，而水流冲击叶轮的入射角始终是锐角，且水流是散落式下落，水流对叶轮的冲击不均匀，导致小的冲击力被大的冲击力所消除，并且这样水流的冲击力只有其中部分的分力会成为叶轮旋转的驱动力，而剩余的冲击力则转向随着叶轮的旋转下落到尾水管中排出，从而不能很好的将水流的冲击力进行利用，导致轴流式水轮机的发电效率低下问题，同时剩余的水流的动力又会由于推动着叶轮的旋转与叶轮进行反方向运动，这样就会导致水流与叶轮之间的相对速度过大，而由于叶轮的翼型的形状，当水流绕流叶片时，在叶片的背面速度会增加，这样就会导致速度过快而压力降低，当某点压力降至该水温下的汽化压力时，便会在叶轮的翼型边缘产生大量气泡，气泡在聚集后又会发生***，高速***的气泡的瞬间对叶轮施加的冲击力在长期的作用后会使得叶轮发生气蚀，即产生叶轮端部损伤，甚至击穿的现象，降低叶轮的使用寿命和设备的使用成本，并且一旦叶轮无法正常作用，就会大大降低水轮机的发电效率。
发明内容
本发明提供了一种高发电效率轴流式水轮机，具备使用寿命长、使用成本低、发电效率高的优点，解决了上述背景技术中所提出的问题。
本发明提供如下技术方案：一种高发电效率轴流式水轮机，包括蜗壳和尾水管，所述尾水管固定安装在蜗壳的底部，所述蜗壳的顶部固定安装有位于蜗壳内环的顶环，所述顶环的环内等间距通过上轴颈活动安装有导叶，所述导叶的底部固定安装有下轴颈，所述下轴颈活动连接与底环的环内，所述上轴颈的顶部固定安装有导叶操作连接头，所述尾水管内部固定安装有位于底环底部的均流座，所述均流座的中部开设有通孔，所述均流座的环状部分内等间距开设有导流槽，所述通孔的内部活动连接有转轴，所述转轴位于均流座下表面的下部固定安装有叶轮，所述叶轮的外沿固定焊接有挡水檐，所述尾水管的内壁环形等间距固定安装有位于叶轮下部的扰流块。
优选的，所述导流槽由均流座的内环向外环的宽度逐渐扩大，且单位长度导流槽宽度的变化量与叶轮上表面径向单位长度线速度变化量相适配。
优选的，所述导流槽上表面的入水口到下表面的出水口之间倾斜的方向垂直于叶轮的上表面。
优选的，所述挡水檐是垂直向下安装且挡水檐的顶端与叶轮的上表面平齐。
优选的，所述扰流块是倾斜安装在尾水管的内壁，且倾斜方向与叶轮的旋转方向相反。
本发明具备以下有益效果：
该高发电效率轴流式水轮机，通过在尾水管的内壁上固定安装有位于底环底部的均流座，在均流座中开设有导流槽，导流槽的开口角度与叶轮的上表面垂直，这样可以使得蜗壳中加速的水流能够在导流槽的导流作用下直击叶轮的上表面，最大化利用了水流的冲击力，使得叶轮能够达到最快的转速的条件下不会降低水流排出水轮机的速度，同时导流槽设计成内圈宽度小外圈宽度大，使得水流对叶轮的冲击力更加平均，提高了叶轮的使用寿命，并且在叶轮的外沿固定焊接有垂直向下的挡水檐，这样可以使得水流在流经叶轮边缘的时候能够沿着挡水檐流动，这样水流就会很少的绕流到叶轮的背面，也就不会有更多的气泡在叶轮背面产生，大大降低了叶轮的气蚀影响，延长叶轮的使用寿命，进一步提高水轮机的发电效率。
附图说明
图1为本发明结构正面剖视示意图；
图2为本发明结构去壳内部立体示意图；
图3为本发明结构导叶连接部位剖视示意图；
图4为本发明结构均流座示意图；
图5为本发明结构安装挡水檐的叶轮示意图。
图中：1、蜗壳；2、尾水管；3、顶环；4、上轴颈；5、导叶；6、下轴颈；7、底环；8、导叶操作连接头；9、均流座；10、通孔；11、导流槽；12、转轴；13、叶轮；14、挡水檐；15、扰流块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-5，一种高发电效率轴流式水轮机，包括蜗壳1和尾水管2，尾水管2固定安装在蜗壳1的底部，蜗壳1的顶部固定安装有位于蜗壳1内环的顶环3，顶环3的环内等间距通过上轴颈4活动安装有导叶5，导叶5的底部固定安装有下轴颈6，下轴颈6活动连接与底环7的环内，上轴颈4的顶部固定安装有导叶操作连接头8，尾水管2内部固定安装有位于底环7底部的均流座9，均流座9的中部开设有通孔10，均流座9的环状部分内等间距开设有导流槽11，通孔10的内部活动连接有转轴12，转轴12位于均流座9下表面的下部固定安装有叶轮13，叶轮13的外沿固定焊接有挡水檐14，尾水管2的内壁环形等间距固定安装有位于叶轮13下部的扰流块15。
其中，导流槽11由均流座9的内环向外环的宽度逐渐扩大，且单位长度导流槽11宽度的变化量与叶轮13上表面径向单位长度线速度变化量相适配，由于叶轮13在旋转的过程中外沿的线速度要大于连接根部的线速度，这样通过导流槽11的宽度变换可以保证流过导流槽11内部的水流的内环速度要大于外环的速度，这样结合叶轮13上速度大小相反的条件进行中和，保证冲击到叶轮13上表面的速度基本保持一致，这样就能够保证叶轮13上表面所受到的压力基本保持一个均等的状态，从而缩小叶轮上低压区域的产生，这样降低气泡的产生条件，从而降低叶轮的气蚀，保护叶轮的完好性，提高叶轮的使用寿命。
其中，导流槽11上表面的入水口到下表面的出水口之间倾斜的方向垂直于叶轮13的上表面，这样能够很好的控制流过导流槽11的水流都能够垂直的冲击在叶轮13上，最大化的利用了水流内存在的动能，并且九十度的冲击也不会造成水流下落过慢的情况，在保证水流畅通流动的前提下最大化提高了水轮机的发电效率。
其中，挡水檐14是垂直向下安装且挡水檐14的顶端与叶轮13的上表面平齐，通过在叶轮13的外边沿安装有挡水檐14可以使得流到叶轮13外沿的水流能够在流出后沿着挡水檐14的侧壁流动，这样水流由于挡水檐14的阻挡作用就会在挡水檐14上绕流，即使产生气蚀也只是对挡水檐14的表面产生影响，水流基本不会对叶轮13的强度产生影响，并且由于挡水檐14是焊接上的，一旦挡水檐14损坏的需要更换的程度，可以只针对挡水檐14进行更换就能够达到对叶轮13的长期保护，即降低了使用成本又达到了很好的保护效果，提高了水轮机的工作时长，提高发电效率。
其中，扰流块15是倾斜安装在尾水管2的内壁，且倾斜方向与叶轮13的旋转方向相反，由于水流在流出叶轮13的上表面以后会进行下落，大量的水流在叶轮13的旋转搅动下在叶轮13的下部产生涡旋和脱流现象，其中心会由于过大的压降产生空腔气蚀，通过安装与涡旋反向的扰流块15可以破坏涡旋的产生，一方面由于反向的扰流块15会激起正向冲击来的水流，使得水流产生冲击浪花，浪花的上升会冲刷叶轮13的下表面，而浪花的冲击会带走挡水檐14上以及可能在叶轮13上产生的***性的气泡，很好的保证了叶轮13以及挡水檐14不受气蚀的影响，另一方面既避免了由于空腔气蚀产生的强烈的噪音轰鸣声等现象，更加避免了在这些现象严重时引起的机组的强烈震动，保证了水轮机的平稳运行，提高发现效率。
工作时，水流流入蜗壳1内部，经过蜗壳1的旋转加速后流经导叶5，水流经过导叶5之后，会聚集在均流座9的上表面，通过均流座9上开设的导流槽11高速的流出，垂直的对叶轮13的上表面进行冲击，推动叶轮13带着转轴12进行旋转，流到叶轮13外边缘的水流会绕着挡水檐14进行流动，下落的水在叶轮13的搅动下呈漩涡状并从扰流块15的尾部流出，当需要控制调节水轮机的水流量时，通过导叶操作连接头8外接的控制结构的旋转来实现对导叶5的旋转，从而控制导叶5的开合口的大小来控制水流的大小。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种高发电效率轴流式水轮机，包括蜗壳(1)和尾水管(2)，所述尾水管(2)固定安装在蜗壳(1)的底部，其特征在于：所述蜗壳(1)的顶部固定安装有位于蜗壳(1)内环的顶环(3)，所述顶环(3)的环内等间距通过上轴颈(4)活动安装有导叶(5)，所述导叶(5)的底部固定安装有下轴颈(6)，所述下轴颈(6)活动连接与底环(7)的环内，所述上轴颈(4)的顶部固定安装有导叶操作连接头(8)，所述尾水管(2)内部固定安装有位于底环(7)底部的均流座(9)，所述均流座(9)的中部开设有通孔(10)，所述均流座(9)的环状部分内等间距开设有导流槽(11)，所述通孔(10)的内部活动连接有转轴(12)，所述转轴(12)位于均流座(9)下表面的下部固定安装有叶轮(13)，所述叶轮(13)的外沿固定焊接有挡水檐(14)，所述尾水管(2)的内壁环形等间距固定安装有位于叶轮(13)下部的扰流块(15)。
2.根据权利要求1所述的一种高发电效率轴流式水轮机，其特征在于：所述导流槽(11)由均流座(9)的内环向外环的宽度逐渐扩大，且单位长度导流槽(11)宽度的变化量与叶轮(13)上表面径向单位长度线速度变化量相适配。
3.根据权利要求1所述的一种高发电效率轴流式水轮机，其特征在于：所述导流槽(11)上表面的入水口到下表面的出水口之间倾斜的方向垂直于叶轮(13)的上表面。
4.根据权利要求1所述的一种高发电效率轴流式水轮机，其特征在于：所述挡水檐(14)是垂直向下安装且挡水檐(14)的顶端与叶轮(13)的上表面平齐。
5.根据权利要求1所述的一种高发电效率轴流式水轮机，其特征在于：所述扰流块(15)是倾斜安装在尾水管(2)的内壁，且倾斜方向与叶轮(13)的旋转方向相反。
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