一种管道式水泵水轮机的制作方法

本技术属于水力发电领域，尤其涉及一种管道式水泵水轮机。

背景技术：

1、微电网是由分布式发电、储能系统、相关负载和监控保护系统组成的一个小型的发配电系统。微电网既可以跟其他电网并联运行，又可以单独运行。与传统的广域电力系统相比，以微电网为代表的新型局域电力系统的电源结构中，光伏、风电等新能源占比逐渐提高，使得微电网具有明显的随机性、波动性和间歇性特征，也使微电网由于电网系统惯量的降低实现柔性可控和安全稳定运行要求的难度进一步提高。

2、电网的系统惯量是由在网同步电机数量和容量大小决定的，这也就决定着系统同步机组的整体动能大小。通常来讲，电网容量越大，同步旋转惯性设备越多，则电网的系统惯量就越大，电网的调频能力就越强。微电网的一个突出特点就是电网容量较小且新能源及可再生能源的占比要较传统的广域电网大得多。光伏、风力发电等新能源在微电网中的占比较高且均不为电网提供系统惯量，相应地，微电网中同步发电机的总容量和占比均随之下降，也就使微电网的系统惯量也随之降低，这就直接影响到了微电网的调频能力。

3、电网的系统惯量通常以同步发电机转子旋转时所存储的动能来表示，并以此来描述在电网系统发生功率不平衡扰动时同步发电机组转速改变导致的能量变化。对于微电网而言，由于电网容量和系统惯量均较小且本身调节能力有限，在新能源机组突然下网或是用电需求突然增高出现功率缺额后，电网的系统惯量呈现出释放存储动能的趋势，微电网系统中同步发电机组的电磁功率发生突变，而其机械功率未发生变化，转子在不平衡转矩作用下按转子运动方程发生变化，转速下降释放动能，从而导致微电网系统的频率随之明显下降；新能源机组突然增加发电或是用电需求突然减少出现功率过剩后，电网的系统惯量呈现出吸收能量的趋势，微电网系统中同步发电机组的电磁功率会把多余的能量作为机组的转动势能进行累加，也就导致了同步发电机组转速突然加快，进而导致微电网系统的频率显著上升。微电网由于其容量和系统惯量的限制，发生功率不平衡扰动时会导致系统频率的变化，直接影响微电网的供电电能质量。

4、微电网系统的功率不平衡会导致整个电网频率的变化，而同时肩负着发电和负荷功能的抽水蓄能机组在运行过程中向微电网中输入/输出能量的波动变化就是导致系统频率变化的主要原因之一。传统的水泵水轮机由于其本身结构的限制，其来流方向垂直于机组旋转轴线方向，不论是发电工况还是抽水工况，水流都是经过一个90°的急转弯后才进入到水泵水轮机的叶轮当中。不论是发电工况还是抽水工况，在进入能量转换元件转轮前的流道内均存在非常严重的二次流动和流速不均匀状态，这就使水泵水轮机转换的水能呈现出一种波动的状态，最终引起了发电电动机输入/输出到微电网中的电能也相应地发生波动，从而引起了微电网中的频率波动。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是提供一种管道式水泵水轮机，以解决水流经过转弯流至水泵水轮机的叶轮，使水泵水轮机转换的水能呈现出一种波动的状态，从而引起了微电网中的频率波动的问题。本实用新型所采用的技术方案如下：

2、一种管道式水泵水轮机，包括高压段、转动部分总成、叶轮腔段和低压段；

3、高压段包括外承压件和内承压件，外承压件和内承压件通过若干固定导流片同轴套接，内承压件与外承压件之间形成环形流道；

4、外承压件、叶轮腔段和低压段向右顺次连接，形成轴向连续变化的中空回转体，外承压件包括向右顺次连接的进口管段、直管段和收缩管段，进口管段沿轴向单调变化，收缩管段向右单调收敛，低压段向右单调扩散；

5、内承压件是轴向连续变化的右开口中空回转体，包括向右顺次连接的整流壳段、直壳段、第一收缩壳段、锥壳段和第二收缩壳段，整流壳段向右单调扩散，第一收缩壳段、锥壳段和第二收缩壳段均向右单调收敛，整流壳段处的所述环形流道面积向右单调减小；

6、转动部分总成包括叶轮、主轴和发电机转子；主轴转动设置在内承压件内，主轴上套接有发电机转子，主轴的右端与叶轮相连，叶轮或主轴与内承压件之间设置有密封，叶轮上设有若干叶片，若干叶片的顶端通过环圈相连，若干叶片位于叶轮腔段内。

7、进一步的，进口管段是直管、向右单调收敛的变径管或向左单调收敛的变径管中的一种。

8、进一步的，固定导流片的数量大于等于2个。

9、进一步的，叶片的数量大于等于2个。

10、进一步的，主轴的两端分别通过轴承甲和轴承乙与内承压件相连。

11、进一步的，省略直管段，进口管段与收缩管段相连。

12、进一步的，省略直壳段，整流壳段与第一收缩壳段相连。

13、进一步的，省略锥壳段，第一收缩壳段与第二收缩壳段相连。

14、进一步的，省略第二收缩壳段。

15、与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

16、1、本实用新型公开的一种管道式水泵水轮机在水轮机和水泵两个工况均具有沿叶轮旋转轴心线来流的特征，尽可能地保证水流能够流速均匀且无旋地流至叶轮，从而最大限度地提高水泵水轮机的稳定性，避免引起了微电网中的频率波动。

17、2、提高了水泵水轮机的水轮机和水泵工况来流流速的均匀性；

18、3、显著减小了水泵水轮机的水轮机工况来流的切向速度，极大地降低了来流的旋转程度；

19、4、改善了水泵水轮机的水泵工况来流的二次回流情况。

技术特征：

1.一种管道式水泵水轮机，其特征在于：包括高压段(1)、转动部分总成(2)、叶轮腔段(3)和低压段(4)；

2.根据权利要求1所述的一种管道式水泵水轮机，其特征在于：进口管段(111)是直管、向右单调收敛的变径管或向左单调收敛的变径管中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种管道式水泵水轮机，其特征在于：固定导流片(13)的数量大于等于2个。

4.根据权利要求1所述的一种管道式水泵水轮机，其特征在于：叶片(211)的数量大于等于2个。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种管道式水泵水轮机，其特征在于：主轴(24)的两端分别通过轴承甲(23)和轴承乙(26)与内承压件(12)相连。

6.根据权利要求5所述的一种管道式水泵水轮机，其特征在于：省略直管段(112)，进口管段(111)与收缩管段(113)相连。

7.根据权利要求5所述的一种管道式水泵水轮机，其特征在于：省略直壳段(122)，整流壳段(121)与第一收缩壳段(123)相连。

8.根据权利要求5所述的一种管道式水泵水轮机，其特征在于：省略锥壳段(124)，第一收缩壳段(123)与第二收缩壳段(125)相连。

9.根据权利要求5所述的一种管道式水泵水轮机，其特征在于：省略第二收缩壳段(125)。

技术总结
一种管道式水泵水轮机，属于水力发电领域，本技术为了水流经过转弯流至水泵水轮机的叶轮，引起了微电网中的频率波动的问题。包括高压段、转动部分总成、叶轮腔段和低压段；高压段包括同轴套接的外承压件和内承压件，内承压件与外承压件之间形成环形流道；高压段、叶轮腔段和低压段向右顺次连接，高压段包括同轴套接的外承压件和内承压件，外承压件为轴向连续变化的中空回转体，内承压件是轴向连续变化的右开口中空回转体，转动部分总成包括叶轮、主轴；主轴转动设置在内承压件内，主轴与叶轮相连，叶轮位于叶轮腔段内。本技术具有沿叶轮旋转轴心线来流的特征，使水流流速均匀且无旋，提高水泵水轮机的稳定性。

技术研发人员：洪知行
受保护的技术使用者：哈尔滨大电机发电新技术有限公司
技术研发日：20230324
技术公布日：2024/1/13