专利名称：低水头水力发电用冲击式水轮机组的制作方法
技术领域：
本实用新型属于水力发电设备机械技术领域，具体涉及到低水头水力发电用冲 击式水轮机组，将冲击式水轮机使用水头扩大至低落差范围。
背景技术：
冲击式水轮机一般应用于高落差、小流量发电机组使用。传统的冲击式水轮机 包括转轮室、喷嘴及喷针和转轮。传统冲击式水轮机工作过程高水头水流由引水管进 入，经由喷嘴射入至转轮水斗内，流体能量由转轮及轴变换成机械能传给发电机转子继 而转换成电能，做功后的水流由转轮流出至转轮室下方尾水部，尾水部与大气压下游连
ο高水头使用时，做功后的水流由转轮流出至转轮室下方时，带有动能的水扰动 尾水面形成了激烈的波浪，为了避免运行工况时水面的激烈波动碰到转轮的下端，冲击 式水轮机转轮最低点距停机时转轮室内水面需要一个Hinv高度，但是此Hinv是无效水 头，由此引起的效率下降为nE= (H-Hinv)/H,无效水头所占的比例在高水头时是可以 忍受的，但在低水头下使用，所占比例会大大增高，实际效率下降明显，这是冲击式水 轮机很难推广在低水头下使用的重要原因之一。冲击式水轮机具有高效率区域宽、变化缓，其结构简单、下游开敞，开挖量 少、环境友好的优点，因此冲击式水轮机所需的土木工程规模远比轴流式水轮机、混流 式水轮机要小得多，因而成为当代选型热点，近年来市场要求非常旺盛。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种水头在10 IOOm的发电用冲击式水轮机，它是 通过扩大转轮室下部尾水平面面积、降低水轮机的安装高度来实现的。扩大转轮室下部 尾水平面面积，是为了减少水轮机运行时尾水表面波浪高度，进而减少对转轮的影响； 降低水轮机安装高度目的在于减少水轮机的无效使用水头，进而提高低水头时冲击式水 轮机的水力效率。本实用新型目的通过以下方案来实现低水头水力发电用冲击式水轮机，包括转轮室1，转轮室1的下部宽度3Wlow为 上部宽度2W0的1.5倍以上。所述低水头是使用水头为10 100m。所述转轮5的最低点距停机时尾水水面8的高度为无效水头6Hinv，减小无效水 头6Hinv，使得无因次无效水头Hinv/D为0.5，其中D为转轮直径。适用于不同直径的 冲击式水轮机。转轮5最低点距停机时尾水水面8的高度为无效水头6Hinv。水的能量中含有压 能、动能、位能(与位置高度有关)，无效水头Hinv是指这部分位能的浪费。方案实施 要求无因次无效水头Hinv/D为0.5，其中D为水轮机直径，考虑不同转轮直径的使用要
3求采用无因次无效水头Hinv/D。转轮室下部宽度的增加减少了尾水池波浪高度、无效水头的减小实际上是增加 了这部分位置水头的利用，两者的结合结果会促成水力效率的上升。但是必须注意无因次无效水头Hinv/D下降至0.5以下是危险的，当无因次无效 水头Hinv/D下降至0.5以下时，此时转轮下部除了有对性能影响不大的低密度气泡，转 轮下部还会有可能浸入到尾水波浪的高度中，引起振动进而引起性能急剧下降。且需要 注意喷嘴喷射流不能接触到水面加重尾水面的波动。高落差用冲击式水轮机转轮中心下降安装会引起效率的下降，10 IOOm低落差 冲击式水轮机转轮中心下降安装效率反而会上升。在进行10 IOOm低水头冲击式水轮机设计时，扩大转轮室下部宽度3增加尾水 面积，以减少水轮机运行时的尾水波浪高度；转轮下降安装至离水面最小的距离以减小 无效水头6，两者的结合结果会促成水轮机水力效率的上升。
图1为冲击式水轮机主视图；图1中转轮室1，喷嘴4，转轮5，无效水头6，尾水水面8，转轮直径7 ；图2为冲击式水轮机转轮室1左视图；图2中转轮室1上部宽度2亦即W0、下部宽度3亦即Wlow。
具体实施方式
本实用新型用于低水头水力发电用冲击式水轮机，水头在10 100m。如图1所示，低水头水力发电用冲击式水轮机，包括转轮室1，其中转轮5的最 低点距停机时尾水水面8的高度为无效水头6Hinv，降低冲击式水轮机的安装高程，减小 无效水头6Hinv，使得无因次无效水头Hinv/D为0.5，其中D为转轮直径7。图2为冲 击式水轮机转轮室1左视图，现有的冲击式水轮机转轮室1左视图为长方形，本实用新型 将转轮室1下部宽度3Wlow增加至上部宽度2Wo的1.5倍以上，有压水流由喷嘴4射至 转轮5做功，做功后由转轮出流至尾水水面8，流出至下游。本实用新型用于低水头冲击式水轮机组实施过程水轮机的转轮室的下部宽度 3为上部宽度2的1.5倍以上、无因次无效水头Hinv/D由原来的1.5下降至0.5。此时的 无效水头Hinv水波浪高度含有的为大量密度较低的气泡，由于气泡密度低即便浸涉到转 轮也不会对转轮性能产生影响；无效水头Hinv/D下降至0.5以下是危险的，转轮下部会 有可能浸入到尾水波浪的高度中，引起振动进而引起效率急剧下降。由无效水头Hinv引起的效率下降为ηΕ= (H-Hinv)/H，H为使用水头。由上 式可以看出H为高水头时即使改变无效水头Hinv效率变化也不会太大，如果使用水头H 为IOOm以下时，水头越低改变无效水头Hinv时效率变化越大。降低无效使用水头Hinv实施例的水力效率上升计算为以下结果使用水头H = 50m，转轮直径D = 5m，原设计无次元无效水头Hinv/D为1.5， 得到的无效水头Hinv，。ld = 7.5m，水轮机水力效率nE = (H-Hinvold)/H = 85% ；现使 用无因次无效水头Hinv/D由原来的1.5下降至0.5，无效水头Hinv = 2.5m，得到的水轮机水力效率nE = (H-Hinv)/H = 95% ；经比较水力效率上升nEup = 10%。
权利要求1.低水头水力发电用冲击式水轮机组，包括转轮室(1)和转轮，其特征在于，转轮室 (1)下部宽度Wlow(3)为上部宽度WO (2)的1.5倍以上。
2.根据权利要求1所述的低水头水力发电用冲击式水轮机组，其特征在于，所述低水 头是使用水头为10 100m。
3.根据权利要求1所述的低水头水力发电用冲击式水轮机组，其特征在于，所述转轮 (5)的最低点距停机时尾水水面(8)的高度为无效水头6Hinv，减小无效水头6Hinv，使得 无因次无效水头Hinv/D为0.5，其中D为转轮直径。
专利摘要本实用新型公开了一种低水头水力发电用冲击式水轮机，包括转轮室(1)，转轮室(1)下部宽度(3)为上部宽度(2)的1.5倍以上。所述低水头是使用水头为10～100m。所述转轮(5)的最低点距停机时尾水水面(8)的高度为无效水头6Hinv，减小无效水头6Hinv，使得无因次无效水头Hinv/D为0.5，其中D为转轮直径。本实用新型实现将冲击式水轮机应用在较低水头的电站，可以充分利用其高效率区域宽、变化缓，发挥其结构简单、下游开敞，开挖量少、环境友好的优点，在投资少的情况下也能代替水头在10m～100m的混流式水轮机、轴流水轮机使用，因而扩宽了冲击式水轮机的使用范围。
文档编号F03B11/00GK201802542SQ20102050200
公开日2011年4月20日 申请日期2010年8月20日 优先权日2010年8月20日
发明者久保田乔, 韩凤琴 申请人:华南理工大学