专利名称：一种低水头高效轴伸贯流式水泵水轮机及其叶片的制作方法
技术领域：
本发明涉及本发明涉及一种用于低水头的抽水蓄能电站的低水头高效轴伸贯流式水泵水轮机水泵水轮机，属于流体机械及工程装备领域。
背景技术：
自从改革开放以来，随着我国经济建设的飞速发展和人民生活水平的不断提高，电力供应日趋紧张，峰谷差值逐渐加剧。基于保证电网安全和有效运行的要求，抽水蓄能电站作为一种拥有特殊性质的电站:调峰填谷，调频、调压、事故备用、黑启动等功能，将是我国电网发展的战略重点。抽水蓄能电站的工作方式是利用电力系统中多余电能，把高程低的水库(通称“下池”)内的水抽到高程高的水库(通称“上池”)内、以位能方式蓄存起来，系统需要电力时，再从上池放水至下池进行发电。常规而言一般抽水蓄能电站都是高水头电站其单机容量也很大，其主要是和电网进行配合运行。目前，中高水头以及大容量水泵水轮机在国内外已经有了比较深入的研究，积累了设计、施工和运行管理的经验，并在技术上取得了丰硕的成果。然而，随着新能源的发展如风能、太阳能、海洋潮流能等新能源的开发，由于这些能源的不稳定，如太阳能只能在有太阳的时候才可以发电，风电只能在风力达到一定强度时才可以风电。特别是这些能源在开发应用过程中可能远离大电网，如一些偏远地区如海岛，这些新能源的利用形成了一个孤立的小电力系统，为了保证孤网的稳定性和能源的合理利用，在这样的混合多能源应用的小的电力系统中，可以利用抽水蓄能电站进行调节，在其他能源过剩的时候储能，在其他能源不足的时候提供能量。这样的抽水蓄能电站一般都是很低的水头，一般在50 m以下，有些只有IOm左右，本专利提供了 一种低水头抽水蓄能的水泵水轮机转轮。该水泵水轮机转轮为贯流式双向三叶片转轮，为减少投资和布置方便电站采用轴伸贯流式布置形式。轴伸贯流式水泵水轮机在我国更是研究甚少，主要原因是对轴伸贯流式机组的流道设计、机组总体的结构型式、高性能转轮的设计优化及增速器的连接方式等关键技术缺乏深入的研究、设计，致使这种结构简单、安装维护方便，水力性能优良，土建工程量少的轴伸贯流式机组未能得到开发、推广使用。同时，我国低水头水力资源十分丰富，特别是华东、华南及沿海地区，工农业生产发达，用电需求量增加较快，新型轴伸贯流式机组的研究并将其运用于低水头抽水蓄能电站，对开展新能源的综合利用具有深远的意义。
发明内容
本发明提出一种低水头轴伸贯流式水泵水轮机，以解决水泵水轮机发电工况和抽水工况两次水流方向相反，同一个转轮要同时满足抽水和发电的双重需求，并且同时要兼顾两个运行工况的效率。本发明为解决上述技术问题提出的技术方案是:一种低水头轴伸贯流式水泵水轮机叶片，所述叶片的形状为中间厚两边薄，为空间三维扭曲曲面，其空间特性通过上中下三个截面表示；同时中间截面采用新型型线，该新型型线是由上下两端首尾相连的曲线组合而成，以三个截面的各型线的中心点为原点建立坐标系，Xll X21X3为各坐标的横坐标，Y1、y2、y3为各坐标的纵坐标，F1、F2、F3分别表示三个型线，则该叶片部分点在直角坐标系统的位置如下表所示:
权利要求
1.一种低水头轴伸贯流式水泵水轮机叶片，其特征在于:所述叶片的形状为中间厚两边薄，为空间三维扭曲曲面，其空间特性通过上中下三个截面表示；同时中间截面采用新型型线，该新型型线是由上下两端首尾相连的曲线组合而成，以三个截面的各型线的中心点为原点建立坐标系，Xl、X2iX3为各坐标的横坐标，y1、y2、y3为各坐标的纵坐标，F1、F2、F3分别表示三个型线，则该叶片部分点在直角坐标系统的位置如下表所示:
2.根据权利要求1所述低水头轴伸贯流式水泵水轮机叶片，其特征在于:所述三个截面的六条曲线拟合后方程如下: Fl-Fl上曲线:Y1 = 4.139e-005 X13 -0.0003387Xl2 -0.4065Xl + 1.731 Fl-Fl下曲线:Y1 = 4.574e-005 X13 -0.0006619Xl2 -0.4059Xl -1.201 F2-F2上曲线:y2=8.084e_005x23 -0.0004966x22 -0.5473x2+ 2.202 F2-F2下曲线: y2=8.481e-005x23 +0.001491x22 -0.54141x2_l.947 F3-F3上曲线:y3=0.0001776x33 -0.003233xs2 -0.7519x3+ 2.966 F3-F3下曲线:y3=0.0002241x33 +0.001285 x32 -0.8037x3-2.674。
3.一种基于权利要求1所述低水头轴伸贯流式水泵水轮机，其特征在于:包括水泵水轮机、可逆式电机、流道以及导流机构，所述流道包括依次贯通的进水段流道、导叶段流道、转轮室以及S型尾水管流道；所述可逆式电机设置在S型尾水管流道外侧，所述转轮与可逆式电机通过穿过流道的主轴传动连接，而转轮的发电工况进口侧设置有导流机构；同时所述转轮设置在转轮室内，导流机构设置在进水段流道和导叶段流道内；所述转轮包括转轮轮毂、泄水锥，所述转轮轮毂沿周向均匀设置有多个截面为对称翼型的叶片，而转轮轮毂的泄水一侧安装泄水锥；所述叶片初始安放角为39°，调整值在-3° 3°之间。
4.根据权利要求3所述低水头轴伸贯流式水泵水轮机，其特征在于:所述导流机构包括导流体和活动导叶，所述活动导叶安装在导流体尾部上，活动导叶的个数为8个；活动导叶设置在导叶段流道内，导流体设置在进水段流道和导叶段流道内；所述导流体头部为球形，中部为圆柱体，尾部为锥形体，且所述锥角为18°，所述导流体的头部、中部设置在进水段流道内，所述导流体尾部 设置在导叶段流道内。
全文摘要
本发明涉及一种低水头轴伸贯流式水泵水轮机及其叶片，属于能源动力技术领域。包括水泵水轮机、可逆式电机、流道以及导流机构，所述流道包括依次贯通的进水段流道、导叶段流道、转轮室以及S型尾水管流道；所述转轮与可逆式电机通过主轴传动连接，而转轮另一侧设置有导流机构；所述转轮包括转轮轮毂、泄水锥，所述转轮轮毂沿周向均匀设置叶片，所述叶片的形状为中间厚两边薄，为空间三维扭曲曲面，其空间特性通过上中下三个截面表示；本发明能同时满足水轮机发电和水泵抽水两种工况，两种工况水流方向相反，即同一个转轮要同时满足抽水和发电的双重需求，而且同时能够兼顾两个运行工况的效率适用于低水头抽水蓄能电站。
文档编号F03B3/12GK103206331SQ20131004989
公开日2013年7月17日 申请日期2013年2月7日 优先权日2013年2月7日
发明者葛新峰, 郑源, 罗欣, 钱瑭, 吴在强 申请人:河海大学