优化叶片数的枯水期转轮及配备该转轮的混流式水轮的制造方法
【专利摘要】一种优化叶片数的枯水期转轮及配备该转轮的混流式水轮机，包括上冠和下环以及设置在所述上冠和下环之间沿周向均布的多个叶片，Qk：枯水期平均流量；Qr：丰水期水轮机额定流量；K：Qk与Qr之比，K＝Qk/Qr；△Zr：丰水期转轮与枯水期转轮的叶片数的差值；△Zr与所述K值负相关，即K值越小，△Zr越大。本发明减少适于枯水期使用的转轮上的叶片数量，可在保持枯水期转轮叶片出口开度与丰水期转轮相比不减小的情况下，大幅降低水轮机转轮最优运行区过流量而又避免经常出现水轮机组运行时转轮叶片间杂物卡堵现象的发生，同时易于转轮加工制造、也可减少转轮内部水流摩擦阻力有利于提高水力效率。
【专利说明】优化叶片数的枯水期转轮及配备该转轮的混流式水轮机
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种优化叶片数的枯水期转轮，还涉及一种安装有该转轮的混流式水 轮机。
【背景技术】
[0002] 经过长期的技术发展，混流式水轮机已基本定型。由于混流式水轮机结构紧凑，技 术成熟，效率较高，能适应很宽的水头范围，是目前运用最广泛的一种水轮机。
[0003] 水轮机是根据电站的水力参数进行选型设计，结合工程总体布置和水轮机的水力 特性，按照技术先进、经济合理的原则，选择和确定水轮机的技术参数。设计单位流量一般 在综合特性曲线上最优效率与5 %出力限制线之间的范围内选取（通常接近5 %出力限制 线），W满足额定出力和负荷性质。由于混流式水轮机转轮叶片不可调节，对于一个经选型 确定的转轮，只能在一定的流量范围与水头范围内高效、安全稳定运行。
[0004] 在许多中小型径流式水电站中，由于受各种条件的限制，无调节水库，只能W水定 电。巧期径流量占全年的比例较大，机组通常按巧期水力参数选型。枯水期河道来流量较 小，电站往往不能满负荷运行。当来水流量小于单台水轮机的正常运行流量（为额定流量 的70% W下）时，一种情况是让机组在偏离设计工况的小负荷区域运行，不仅效率大幅降 低，水力资源得不到充分利用，时常还会引起机组振动，存在安全隐患；另一种情况是由于 偏离设计工况太多带来机组振动等安全问题，只能停机弃水，白白浪费水力资源。
[0005] 为了解决径流式水电站枯水期的水力资源不能高效利用问题，传统的方法是根据 枯水期的水力参数，再增加一台小容量水轮发电机组，与原有机组配合运行。增加小容量 机组需要对原厂房和引水管路等设施进行改造，不仅投资大，建设周期长，不确定因素多， 而且对电站的正常生产和管理维护也会造成影响。
[0006] 为了克服混流式水轮机在远离最优工况区域运行时存在的低效与振动等问题，目 前市场上也出现了一些将转轮上的叶片设计成长短两种或H种甚至更多种叶片，如中国专 利号CN201210524652. 6的发明专利，公告日为2013年5月22日，公开了混流式水轮机反 向S型长短叶片转轮，此种结构的转轮是将若干个连接在上冠和下环之间的叶片设计成长 叶片和短叶片两种结构；另外，如中国专利号201310704054. 1的发明专利，公告日为2014 年04月02日，公开了一种混流式水粟水轮机，此种结构的水轮机是将安装在蜗壳内中部的 转轮中，将位于上冠和下环之间的叶片设计成每组叶片由一个长叶片、一个中长叶片和两 个短叶片组成，即将叶片设计为长中短H种叶片。前者通过改变转轮叶片在空间的形状力 争扩大混流式水轮机的高效运行范围，后者通过采用长、中、短H种叶片的组合方式尽可能 降低混流式水粟水轮机在特点"S"区的润强度。二者的理念都是基于W长期运行工况高效 为主、兼顾改善短期运行工况性能，其优点是不需更换转轮，缺点是兼顾的范围十分有限， 不适于枯水期时间长、枯水期来水流量小于丰水期额定流量70%的径流式水电站。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种转轮和水轮 机。
[0008] 按照本发明提供的一种优化叶片数的枯水期转轮采用的主要技术方案为；包括上 冠和下环W及设置在所述上冠和下环之间沿周向均布的多个叶片，
[0009] Qk ;枯水期平均流量；
[0010] 化；丰水期水轮机额定流量；
[0011] K;弛与化之比，K = Qk/化；
[0012] A Zr ;丰水期转轮与枯水期转轮的叶片数的差值；
[0013] 所述A Zr与所述K值的关系如下表：
[0014]
【权利要求】
1. 一种优化叶片数的枯水期转轮，包括上冠和下环以及设置在所述上冠和下环之间沿 周向均布的多个叶片，其特征在于： Qk :枯水期平均流量； Qr :丰水期水轮机额定流量； K :Qk 与 Qr 之比，K = Qk/Qr ; Λ Zr :丰水期转轮与枯水期转轮的叶片数的差值； 所述Λ Zr与所述K值的关系如下表：
Λ Zr与所述K值负相关，即K值越小，Λ Zr越大。
2. 如权利要求1所述的优化叶片数的枯水期转轮，其特征在于： Zr :枯水期转轮上的叶片数； 所述Zr与所述K值正相关，即K值越小，Zr越小。所述枯水期转轮叶片数Zr为7-11 个。
3. 如权利要求1所述的优化叶片数的枯水期转轮，其特征在于：多个所述叶片呈周向 均匀布置， 上冠包角：每个所述叶片的上冠型线与进口边型线的交点A、上冠型线与出口边型线 的交点B、所述转轮中心连接所述交点A和交点B形成的夹角； 下环包角：每个所述叶片的下环型线与进口边型线的交点C、下环型线与出口边型线 的交点D、所述转轮中心连接所述交点C和所述交点D形成的夹角； 所述枯水期转轮的上冠包角为70-110度，所述枯水期转轮的下环包角为50-80度。
4. 如权利要求1所述的优化叶片数的枯水期转轮，其特征在于：转轮叶片轴面流道由 所述叶片的上冠型线、进口边型线、出口边型线以及下环型线围成，所述枯水期转轮叶片的 轴面流道面积小于所述丰水期转轮叶片的轴面流道面积。
5. 如权利要求1所述的优化叶片数的枯水期转轮，其特征在于： P点：转轮的上冠内流道型线进口点与所述转轮的旋转轴心线的垂直交点； dl :所述P点到所述枯水期转轮的所述叶片出口边型线与上冠型线的交点的距离； d2 :所述P点到所述丰水期转轮的所述叶片出口边型线与上冠型线的交点的距离； 所述dl大于所述d2。
6. 如权利要求1所述的优化叶片数的枯水期转轮，其特征在于： P点：转轮的上冠内流道型线进口点与所述转轮的旋转轴心线的垂直交点； d3 :所述P点到所述枯水期转轮的所述叶片出口边型线与下环型线的交点的距离； d4 :所述P点到所述丰水期转轮的所述叶片出口边型线与下环型线的交点的距离； 所述d3小于所述d4。
7. 如权利要求1所述的优化叶片数的枯水期转轮，其特征在于：所述叶片的出口总面 积与所述K值正相关，即K值越小，出口总面积越小。
8. -种混流式水轮机，包括蜗壳、座环、导水机构、转轮和尾水管，其特征在于：所述水 轮机安装有丰水期转轮或枯水期转轮，所述枯水期转轮为权利要求1-7任一项所述的优化 叶片数的枯水期转轮。
【文档编号】F03B3/12GK104389716SQ201410494888
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年9月24日 优先权日:2014年9月24日
【发明者】陈锐, 王鑫, 田娅娟, 薛鹏, 彭忠年, 莫为泽, 陆力 申请人:中国水利水电科学研究院