一种采用新型导叶和转轮叶片型线的混流式水轮机

1.一种采用新型导叶和转轮叶片型线的混流式水轮机，包括蜗壳(1)、固定导叶(2)、活动导叶(3)、转轮(4)和尾水管(5)，其特征在于，
所述蜗壳(1)的鼻端挡板改为半径R为430～450mm的弧形挡板；
为增大过流量，将所述活动导叶(3)的形状改为负曲率导叶，导叶型线是由两段首尾相连接的二次曲线组成的闭合曲线，两条二次曲线的方程分别为：y
2 2
＝-0.002x+0.078x+3.972，y＝0.006x-0.010x-4.501；
转轮(4)的结构为：上部的转轮上冠(8)的侧面安装若干个水轮机叶片(7)，在水轮机叶片(7)的下端安装与转轮上冠(8)同轴的转轮下环(6)，上冠和下环面的高度差h，即所述转轮上冠(8)与水轮机叶片(7)相接触的最高点到所述转轮下环(6)与水轮机叶片(7)相对应的最高点间的距离为115～125mm；
所述水轮机叶片(7)的中间截面为两段首尾相接的曲线组成的闭合曲线，两条曲线的方程分别为：
4 3 2
y＝-0.0000007x-0.00003x+0.011x-1.126x+4.046，
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y＝-0.00005x+0.011x-0.902x-5.611；
所述水轮机叶片(7)的出口液流角α为14～18°；
增加所述尾水管(5)的直锥段长度，使所述转轮(4)上的导叶中心至尾水管底板的高度差H为1000～1050mm。

一种采用新型导叶和转轮叶片型线的混流式水轮机\n技术领域\n[0001] 本发明属于流体机械及工程设备技术领域，特别涉及一种混流式水轮机，尤其涉及一种采用全新导叶型线和转轮叶片厚度分布规律的混流式水轮机。\n背景技术\n[0002] 国内已经建成了多个80米水头段的混流式水轮机组，流道形式丰富多样。\n[0003] 其主要的流道特点是转轮采用X型叶片，即进口采用负倾角，出水边为扭曲形状，从转轮进口边看为X形。该叶片形式能更好的适应变幅大的水头和负荷，使叶道内的压力和速度分布更均匀。目前该型式的水轮机组普遍存在的缺陷是运行稳定性差，振动和压力脉动较大，转轮叶片动应力较大，极易使转轮叶片产生裂纹。\n发明内容\n[0004] 本发明的目的是提出一种稳定性高的采用新型导叶和转轮叶片型线的混流式水轮机。\n[0005] 本发明的技术方案为：\n[0006] 该水轮机包括蜗壳、固定导叶、活动导叶、转轮和尾水管。\n[0007] 所述蜗壳的鼻端挡板改为半径R为430～450mm的弧形挡板。\n[0008] 为增大过流量，将所述活动导叶的形状改为负曲率导叶，导叶型线是由两段首尾相连接的二次曲线组成的闭合曲线，两条二次曲线的方程分别为：y\n2 2\n＝-0.002x+0.078x+3.972，y＝0.006x-0.010x-4.501。\n[0009] 转轮的结构为：上部的转轮上冠的侧面安装若干个水轮机叶片，在水轮机叶片的下端安装与转轮上冠同轴的转轮下环，上冠和下环面的高度差h，即所述转轮上冠与水轮机叶片相接触的最高点到所述转轮下环与水轮机叶片相对应的最高点间的距离为115～\n125mm。\n[0010] 所述水轮机叶片的中间截面为两段首尾相接的曲线组成的闭合曲线，两条曲线的方程分别为：\n[0011] y＝-0.0000007x4-0.00003x3+0.011x2-1.126x+4.046，\n[0012] y＝-0.00005x3+0.011x2-0.902x-5.611。\n[0013] 所述水轮机叶片的出口液流角α为14～18°。\n[0014] 增加所述尾水管的直锥段长度，使所述转轮上的导叶中心至尾水管底板的高度差H为1000～1050mm。\n[0015] 本发明的有益效果为：相对于其他现有机组提高了水轮机效率，减小了振动和压力脉动，增加了转轮机械强度，减小了转轮叶片动应力，使转轮叶片出现裂纹几率大大降低，水轮机的运行稳定性得以提高。\n附图说明\n[0016] 图1为混流式水轮机结构的示意图；\n[0017] 图2为混流式水轮机转轮的剖面图；\n[0018] 图3为水轮机固定导叶和活动导叶的布置图；\n[0019] 图4为蜗壳鼻端的截面图；\n[0020] 图5为活动导叶的形状示意图；\n[0021] 图6为转轮叶片中间截面示意图；\n[0022] 图7为水轮机叶片的出口液流角示意图。\n[0023] 图中标号：\n[0024] 1-蜗壳；2-固定导叶；3-活动导叶；4-水轮机转轮；5-尾水管；\n[0025] 6-转轮下环；7-水轮机叶片；8-转轮上冠；9-固定导叶；10-活动导叶；\n[0026] 11-蜗壳进口；12-鼻端挡板。\n具体实施方式\n[0027] 本发明提供了一种新型流道的混流式水轮机，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。\n[0028] 如图1所示，该水轮机包括蜗壳1、固定导叶2、活动导叶3、水轮机转轮4和尾水管\n5。\n[0029] 如图2所示，水轮机转轮4的结构为：上部的转轮上冠8的侧面安装若干个水轮机叶片7，在水轮机叶片7的下端安装与转轮上冠8同轴的转轮下环6，上冠和下环面的高度差h，即所述转轮上冠8与水轮机叶片7相接触的最高点到所述转轮下环6与水轮机叶片7相对应的最高点间的距离为115～125mm。\n[0030] 如图4所示，蜗壳1的鼻端位置保持不变，将蜗壳进口11后方的的鼻端挡板12改为半径R为430～450mm的弧形挡板。\n[0031] 如图3和图5所示，固定导叶2位于活动导叶3的外圈；为增大过流量，将所述活动导叶3的形状设计成负曲率导叶，使其厚度减小，导叶型线是由两段首尾相连接的二次曲线组成的闭合曲线，两条二次曲线的方程分别为：\n[0032] y＝-0.002x2+0.078x+3.972\n[0033] y＝0.006x2-0.010x-4.501\n[0034] 如图2和图6所示，为保证转轮的水力性能和结构强度，将水轮机叶片7的中间截面设计成两段首尾相接的曲线组成的闭合曲线，两条曲线的方程分别为：\n[0035] y＝-0.0000007x4-0.00003x3+0.011x2-1.126x+4.046，\n[0036] y＝-0.00005x3+0.011x2-0.902x-5.611。\n[0037] 如图7所示，为保证转轮出口法向出流，减小尾水管5内的压力脉动，水轮机叶片\n7的出口液流角α调整为14～18°。\n[0038] 如图1所示，增加所述尾水管5的直锥段长度，使所述转轮上的导叶中心至尾水管底板的高度差H为1000～1050mm。\n[0039] 本发明在HLY267-370型混流式水轮机上进行了测试，分析了各部分流道的流动损失，分析了流道形状变化对能量性能、空化性能和稳定性的影响，分析了不同运行工况的水力性能。通过测试数据和实际效果，可以发现，使用本发明的机组相对于其他现有机组提高了效率，减小了振动和压力脉动，增加了转轮机械强度，减小了转轮叶片动应力，使转轮叶片出现裂纹几率大大降低，水轮机的运行稳定性得以提高。