混流式水泵水轮机转轮的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种混流式水泵水轮机转轮，上冠(1)，所述上冠(1)为曲面，所述曲面的母线为四段不同曲率的圆弧形成；下环(2)，其环中心设有出口，下环(2)为曲面，所述曲面的母线为三段不同曲率的圆弧形成；多个叶片(3)，夹设于所述上冠(1)与所述下环(2)之间，所述多个叶片(3)呈空间扭曲状，且沿下环的呈圆周分布。采用本发明转轮可提高扬程，水轮机和水泵工况得到优化，且其能量转换效率高。
【专利说明】混流式水泵水轮机转轮
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种水泵水轮机转轮，具体地说涉及一种混流式水泵水轮机转轮。
【背景技术】
[0002] 随着科技的进步，单级可逆式蓄能机组正向大容量发展，近来，我国各大电网迅速 发展，大批大容量燃煤机组的投运以及沿海缺能源地区核电站的建设，相应需要建设一些 调峰畜能电站。
[0003] 转轮承担着能量转化的任务，是水力机械的核心部件，转轮的水力性能直接影响 水泵水轮机组的特性。转轮的水力开发是水泵水轮机研发的关键。
[0004] 目前，现有的混流式水泵水轮机转轮的水流沿径向进入转轮，然后基本上沿轴向 自转轮流出的水泵水轮机。转轮形状类似水泵，适用水头一般100?600m，超过600m水头 时一般采用两只或两只以上转轮串联组成多级式。现有技术中，没有考虑到流道参数与叶 片参数影响转轮及其性能。
[0005] 而本发明提供的混流式水泵水轮机转轮，采用单转轮可以提高扬程超过600m以 上，且利用简单的结构可使水轮机和水泵工况性能优化，且其能量转换效率高。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本发明克服了现有技术的不足，提供一种混流式水泵水轮机转轮，采用 本发明转轮可提高扬程，水轮机和水泵工况得到优化，且其能量转换效率高。
[0007] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种混流式水泵水轮机转轮，其包括：上冠 (1)，所述上冠（1)为曲面，所述曲面的母线由四段不同曲率的圆弧形成；下环（2)，所述下 环（2)为曲面，所述曲面的母线由三段不同曲率的圆弧形成；多个叶片（3)，夹设于所述上 冠（1)与所述下环（2)之间，所述多个叶片（3)呈空间扭曲状，且沿下环的呈圆周分布。
[0008] 作为本发明的一种改进，所述叶片还包括进水边（4)和出水边（5)，所述下环中心 设有出口，其中，所述出水边（5)与上冠（1)具有第一连接点，所述出水边（5)与下环（2) 具有第二连接点，所述进水边（4)的直径为Di，所述出口直径为D 2，D2与Di比值为0. 452? 0. 456,所述进水边（4)的高度为h，h与Di比值为0. 068?0. 072,转轮出口到所述进水边 (4)中点垂直距离为比与Di比值为0. 183?0. 187,所述第一连接点的直径为D4, D4与 Di比值为0. 114?0. 118,所述第二连接点的直径为D5, D5与Di比值为0. 193?0. 197。
[0009] 作为本发明的一种改进，所述叶片（3)包角α为144°?148°。
[0010] 作为本发明的一种改进，所述叶片（3)的断面形状为翼型，所述翼型采用最大相 对厚度为6. 0%的NACA0006薄对称翼型。
[0011] 作为本发明的一种改进，所述叶片（3)在所述上冠（1)处的断面骨线长度U与01 比值为〇. 821?0. 825,所述下环（2)的断面骨线长度L2与Di比值为0. 854?0. 858。
[0012] 作为本发明的一种改进，所述四段不同曲率的圆弧具体为第一圆弧、第二圆弧、 第三圆弧、第四圆弧，所述第一圆弧的曲率中心坐标为（0. 231Di，-0. 152DJ，且曲率半径为 0. WlDi ;所述第二圆弧的曲率中心坐标为（0. 276DP -o. 193D)，且曲率半径为0. 222Di ;所 述第三圆弧的曲率中心坐标为（0.35(^, -0.645DJ，且曲率半径为0.68(^ ;所述第四圆弧 的C4曲率中心坐标为（0. 457D。-9. 683DJ，且曲率半径为9. 718Dlt)
[0013] 作为本发明的一种改进，所述三段不同曲率的圆弧具体为第五圆弧、第六圆弧、第 七圆弧，所述第五圆弧的曲率中心坐标为（〇. 36^^，-0. 23?)，且曲率半径为0. WlDi ;所 述第六圆弧的曲率中心坐标为（0. 399Dp -0. 327DJ，且曲率半径为0. ZSgDi ;所述第七圆弧 的曲率中心坐标为（0. 47(^,-1. 166D)，且曲率半径为1. 13叫。
[0014] 作为本发明的一种改进，还包括在所述上冠（1)上分布的两相邻所述叶片（3)在 所述进口边相距L 3, L3与Di比值为0. 432?0. 436,其在所述出口边相距L4, L4与Di比值为 0. 099?0. 103,在所述下环上分布的两相邻叶片（3)在所述进口边相距L5，L5与Di比值为 0· 432?0· 436,其在所述出口边相距L6, L6与Di比值为0· 168?0· 172。
[0015] 作为本发明的一种改进，所述叶片的数量为7个。
[0016] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的一种混流式水泵水轮机转轮采 用7个带有翼型的长弯曲叶片，结构简单，水泵工况下，扬程可达600m以上，水轮机和水泵 工况达到双优，能量转换效率高。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1是本发明的转轮整体结构示意图；
[0018] 图2是本发明的转轮子午截面流道示意图；
[0019] 图3是本发明的转轮叶片翼型示意图；
[0020] 图4是本发明的转轮叶片上冠翼型弯度示意图；
[0021] 图5是本发明的转轮叶片下环翼型弯度示意图；
[0022] 图6是本发明的转轮叶片包角示意图；
[0023] 图7是本发明的转轮叶片与上冠交接处截面图；
[0024] 图8是本发明的转轮叶片与下环交接处截面图；
[0025] 图9是本发明的叶片三视图。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步详细描述：
[0027] 图1是本发明的转轮整体结构示意图。如图1所示，本发明提供一种混流式水泵 水轮机转轮，其包括上冠1，下环2,以及安装在所述上冠1下环2之间的的空间扭曲叶片3， 优选地，所述叶片3的数量为7个。
[0028] 图2是本发明的转轮子午截面流道示意图。如图1、图2所示，叶片3两端分别为进 水边4和出水边5,水轮机工况下水流从进水边4径向流入又从出水边5轴向流出；出水边 5与上冠1的连接点为A，与下环2的连接点为B，所述叶片3进水边4对应直径为Di，转轮 出口直径为D 2，其特征是D2与Di比值为0. 452?0. 456,进水边4高h与Di比值为0. 068? 0. 072,转轮出口到进水边4中点垂直距离h与Di比值为0. 183?0. 187, A处所对应直径 D4与Di比值为0. 114?0. 118, B处对应直径D5与Di比值为0. 193?0. 197。叶片3在上 冠1处的断面骨线长度U与Di比值为0. 821?0. 825,在下环2处的断面骨线长度L2与Di 比值为0. 854?0. 858。与上冠处连接的两个相邻叶片3之间的进口处相距L3与Di比值 为0. 432?0. 436,出口处相距L4与Di比值为0. 099?0. 103,与下环处连接的两个相邻叶 片3之间的进口处相距1^5与01比值为0. 432?0. 436,出口处相距1^6与01比值为0. 168? 0·172。
[0029] 图3是本发明的转轮叶片翼型示意图。如图3,叶片3断面形状为翼型，优选地，翼 型可采用最大相对厚度为6. 0%的NACA0006薄对称翼型，最大相对厚度的位置在29. 5%? 29. 9%弦长处，其上冠1处叶片3弯度即翼剖面曲线离弦线的最大距离与弦长度的比值L7/ L8为37. 4%?37. 8%，下环2处叶片3弯度Lg/Q。为33. 6%?34. 0%。
[0030] 图4是本发明的转轮叶片上冠翼型弯度示意图。如图4所示，上冠1为曲面， 其母线为四段不等的曲率圆弧，Q曲率中心坐标为（0. 23HV -0. 152DJ，曲率半径巧为 0. WlDi ;C2曲率中心坐标为（0. 2760^-0. 193DJ，曲率半径r2为0. ZZZDi ;C3曲率中心坐标 为（0· 350DP -0· 645D)，曲率半径 r3 为 0· 68(^ ;C4 曲率中心坐标为（0· 457Dp -9. 683D)， 曲率半径1*4为9. 718Di。
[0031] 图5是本发明的转轮叶片下环翼型弯度示意图。如图5所示，所述下环2也为曲 面，其母线为三段不等的曲率圆弧，c 5曲率中心坐标为（0. 365Di，-0. 23?i)，曲率半径r5为 0. 19叫；C6曲率中心坐标为（0. 399Di，-0. 327D)，曲率半径r6为0. 289Di ;C7曲率中心坐标 为（0· 470DP -1. 166DJ，曲率半径 r7 为 1. 131Dlt)
[0032] 图6是本发明的转轮叶片包角示意图。如图6所示，叶片3包角为144°?148°。
[0033] 图7是本发明的转轮叶片与上冠交接处截面图。如图7所示，还包括所述上冠1 上分布的两相邻所述叶片3在所述进口边相距L 3, L3与Di比值为0. 432?0. 436,在所述 上冠1上分布的两相邻所述叶片3在所述出口边相距L4, L4与Di比值为0. 099?0. 103。
[0034] 图8是本发明的转轮叶片与下环交接处截面图。如图8所示，所述下环上分布的 两相邻叶片3在所述进口边相距L 5, L5与Di比值为0. 432?0. 436,所述下环上分布的两相 邻叶片3在所述出口边相距L6, L6与Di比值为0. 168?0. 172。
[0035] 图9是本发明的叶片三视图。如图9所示，所述叶片3在所述上冠1处的断面骨 线长度U与Di比值为0. 821?0. 825,所述下环2的断面骨线长度L2与Di比值为0. 854? 0.858。
[0036] 本发明的一种混流式水泵水轮机转轮采用7个带有翼型的长弯曲叶片，结构简 单，水泵工况下，扬程可达600m以上，水轮机和水泵工况达到双优，能量转换效率高。
[0037] 以下是几个具体实施例：
[0038] 实施例1
[0039] 叶轮直径D1为4. 270m，水轮机工况下，工作水头为640. 0m，转轮额定转速为500r/ min，实测流量53. 665m3/s，轴功率312. 141MW，转轮效率97. 69%。
[0040] 实施例2
[0041] 叶轮直径D1为4. 270m，水轮机工况下，工作水头为687. 7m，转轮额定转速为500r/ min，实测流量58. 030m3/s，轴功率355. 579MW，转轮效率97. 57%。
[0042] 实施例3
[0043] 叶轮直径D1为4. 270m，水轮机工况下，工作水头为611. 6m，转轮额定转速为500r/ min，实测流量5L 600m3/s，轴功率284. 766MW，转轮效率96. 64%。
[0044] 实施例4
[0045] 叶轮直径D1为4. 270m，水泵工况下，工作流量为46. Im3/s，转轮额定转速为500r/ min，实测扬程可达626. lm，所需输入功率311. 185MW，转轮效率96. 18%。
[0046] 实施例5
[0047] 叶轮直径D1为4. 270m，水泵工况下，工作流量为35. 6m3/s，转轮额定转速为500r/ min，实测扬程可达618. 8m，所需输入功率261. 966MW，转轮效率91. 41 %。
[0048] 实施例6
[0049] 叶轮直径D1为4. 270m，水泵工况下，工作流量为45. 33m3/s，转轮额定转速为 500r/min，实测扬程可达615. 3m，所需输入功率31L 215MW，转轮效率95. 56%。
[0050] 本发明中涉及的未说明部份与现有技术相同或采用现有技术加以实现。应当指 出：对于本【技术领域】的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进 和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1. 一种混流式水泵水轮机转轮，其包括： 上冠（1)，所述上冠（1)为曲面，所述曲面的母线由四段不同曲率的圆弧形成；下环 (2) ，所述下环（2)为曲面，所述曲面的母线由三段不同曲率的圆弧形成；多个叶片（3)，夹 设于所述上冠（1)与所述下环（2)之间，所述多个叶片（3)呈空间扭曲状，且沿下环的呈圆 周分布。
2. 根据权利要求1所述的一种混流式水泵水轮机转轮，其特征在于：所述叶片还包括 进水边（4)和出水边（5)，所述下环中心设有出口，其中，所述出水边（5)与上冠（1)具有 第一连接点，所述出水边（5)与下环（2)具有第二连接点，所述进水边（4)的直径SDi，所 述出口直径为D 2, D2与Di比值为0. 452?0. 456,所述进水边（4)的高度为h，h与Di比值 为0.068?0.072，转轮出口到所述进水边（4)中点垂直距离为11 1，111与01比值为0.183? 〇. 187,所述第一连接点的直径为04,04与01比值为0. 114?0. 118,所述第二连接点的直径 为D5, D5与Di比值为0· 193?0· 197。
3. 根据权利要求1或2所述的一种混流式水泵水轮机转轮，其特征在于：所述叶片（3) 包角α为144°?148°。
4. 根据权利要求1所述的一种混流式水泵水轮机转轮，其特征在于：所述叶片（3) 的断面形状为翼型，所述翼型采用最大相对厚度为6. 0%的NACA0006薄对称翼型。
5. 根据权利要求1所述的一种混流式水泵水轮机转轮，其特征在于：所述叶片（3)在 所述上冠（1)处的断面骨线长度U与Di比值为0. 821?0. 825,所述下环（2)的断面骨线 长度L2与Di比值为0. 854?0. 858。
6. 根据权利要求1所述的一种混流式水泵水轮机转轮，其特征在于：所述四段不 同曲率的圆弧具体为第一圆弧、第二圆弧、第三圆弧、第四圆弧，所述第一圆弧的曲率 中心坐标为（0. 2310^ -0. 152D)，且曲率半径为0. WlDi ;所述第二圆弧的曲率中心 坐标为（0. ZieDi，-0. 193DJ，且曲率半径为0. ZZZDi ;所述第三圆弧的曲率中心坐标 为（0.35(^, -0.645DJ，且曲率半径为0.68(^ ;所述第四圆弧的C4曲率中心坐标为 (0· 457Di，-9. 683D)，且曲率半径为 9. 718D!。
7. 根据权利要求1所述的一种混流式水泵水轮机转轮，其特征在于：所述三段不同 曲率的圆弧具体为第五圆弧、第六圆弧、第七圆弧，所述第五圆弧的曲率中心坐 标为（0. 36^^，-0. 23OTJ，且曲率半径为0. 19叫；所述第六圆弧的曲率中心坐标 为（0. 399Dp -0. 327DJ，且曲率半径为0. ZSgDi ;所述第七圆弧的曲率中心坐标为 (0· 47(^，-1. 166DJ，且曲率半径为 1. 131Dlt)
8. 根据权利要求2所述的一种混流式水泵水轮机转轮，其特征在于：还包括在所述上 冠（1)上分布的两相邻所述叶片（3)在所述进水边相距L 3, L3与Di比值为0. 432?0. 436， 其在所述出水边相距L4, L4与Di比值为0. 099?0. 103,在所述下环上分布的两相邻叶片 (3) 在所述进水边相距L5, L5与Di比值为0. 432?0. 436,其在所述出水边相距L6, L6与Di 比值为〇· 168?0· 172。
9. 根据权利要求1所述的一种混流式水泵水轮机转轮，其特征在于：所述叶片的数量 为7个。
【文档编号】F03B3/02GK104100433SQ201410332158
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月11日 优先权日:2014年7月11日
【发明者】周大庆, 陈洋, 张蓝国 申请人:河海大学, 南京河海科技有限公司