一种新型超低比转速水泵水轮机制造技术

本发明专利技术公开了一种新型超低比转速水泵水轮机，包括依次连接的蜗壳(4)、转轮(1)、第二级导叶域(3)以及尾水管(2)，且蜗壳流道水流轴向出入，其中，蜗壳(4)内带有若干负曲率的第一级导叶(5)，且第一级导叶(5)以单列环形方式均布；转轮(1)包含若干个转桨式叶片(6)，第二级导叶域(3)包含若干个对称鲸型活动导叶(7)。本发明专利技术水泵水轮机即可以满足在发电、抽水两种工况高效运行，且机组在典型工况过渡过程运行中具有较为良好的稳定性能。

A New Ultra-Low Specific Speed Pump Turbine

The invention discloses a novel ultra-low specific speed pump turbine, which comprises a spiral case (4), a runner (1), a second guide vane area (3) and a draft tube (2) connected in turn, and the flow in and out of the spiral case flow channel in an axial direction. The spiral case (4) contains a number of first guide vanes (5) with negative curvature, and the first guide vanes (5) are distributed in a single-row annular manner; the runner (1) contains several rotary blades (6). The second stage guide vane domain (3) contains several symmetrical whale-like active guide vanes (7). The pump turbine of the invention can meet the requirements of high efficiency operation under two working conditions of power generation and pumping, and the unit has better stability performance in the transition process operation under typical working conditions.

【技术实现步骤摘要】
一种新型超低比转速水泵水轮机
本专利技术属于水力机械
，特别是涉及一种新型超低比转速水泵水轮机。
技术介绍
据统计现有抽水蓄能电站配置可逆式机组承担电力超过740万千瓦，且因可逆式机组具有双向运行的特点(水轮机工况发电、水泵工况抽水)，水泵水轮机是当下在建水电站的首选机型。水泵水轮机系统由于启停机频繁，诸如大幅度增减负荷、事故甩负荷、以及发电转调相等工况转换过程多变复杂，运行过程会出现压力脉动、振动异常、摆度超标、抬机、扫膛等现象，甚至是安全事故。出现上述现象的主要原因在于水泵水轮机内部流场特性，然而现有公知技术难以有效地控制上述现象，此已成为制约我国水泵水轮机及其系统发展的障碍，同时也是影响电力系统稳定安全运行的关键科学问题之一。具有良好运行性能的水泵水轮机不仅能够满足当下小水电改造工程的需求，亦是新能源并网安全稳定运行的绿色保障。现有水泵水轮机多为混流式机组，轴向入流径向出流，机组在偏离设计工况运行时，各过流部件均会出现不同尺度的涡旋流动，尤其是叶尖容易产生空化现象。导叶、叶片进出口边轴向设置，使得牵连运动与相对运动合成的绝对运动方向与法向夹角呈现尽可能小的锐角，全流道近似轴向通流削弱了非设计工况运行中涡旋尺度，甚至是避免了某些典型工况运行中涡流出现及其二次效应，从而提高了机组的运行稳定性。中国专利申请CN201611149428.8公开了一种带双离合机构的轴流式水泵水轮机，其转轮和叶片均带离合结构，使得水泵水轮机可逆运行在发电、抽水两种工况，但该结构设计复杂不便于日后维护，且导叶与转轮互换功能在两种工况，将出现两种工况是否存在较宽的共同高效区问题等。中国专利申请CN201610015261.X公开了一种水泵水轮机及其使用方法，在固定导叶前设置两倍数量的小型活动导叶，实现机组流量的控制，但该结构与常用型水泵水轮机一样，并不能从结构设计角度有效地改善非设计工况下运行的机组内流场不稳定现象。综上所述，为提高水泵水轮机运行稳定性，在保证发电及抽水两种工况运行效率的前提下，研发出一种具有多工况运行稳定性的新型可逆机组是时下国内外学者研究的新方向。同时采用改良方式满足容易加工制造的要求，能够进一步降低机组整体造价已成为当今水电站水泵水轮机领域亟待解决的重点问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术所存在的不足而提供一种新型超低比转速水泵水轮机，其能够在实现发电、抽水两种工况下水流能高效转换的基础上，解决水泵水轮机内流场涡旋难题以提高机组运行稳定性。本专利技术采用如下技术方案来实现的：一种新型超低比转速水泵水轮机，包括依次连接的蜗壳、转轮、第二级导叶域以及尾水管，且蜗壳流道水流轴向出入，其中，蜗壳内带有若干负曲率的第一级导叶，且第一级导叶以单列环形方式均布；转轮包含若干个转桨式叶片，第二级导叶域包含若干个对称鲸型活动导叶。本专利技术进一步的改进在于，蜗壳呈喇叭状，其截面为环形，其进出口截面积比例为0.4～0.6。本专利技术进一步的改进在于，第一级导叶的数量为17～19个。本专利技术进一步的改进在于，转桨式叶片的数量为20～22个。本专利技术进一步的改进在于，对称鲸型活动导叶的数量为20～22个。本专利技术进一步的改进在于，转轮、第二级导叶域以及尾水管进出口过流断面积均相等，且内外径之比均为0.5～0.6。本专利技术进一步的改进在于，转轮与第二级导叶域均为柱状体结构，第二级导叶域高度与转轮高度比值为0.8～0.9。本专利技术进一步的改进在于，尾水管为空心柱状体，连接转轮口法向进、出流。本专利技术进一步的改进在于，蜗壳内第一级导叶的横截面轮廓线包括首尾依次连接的第一曲线和第二曲线，其型线方程为：第一曲线：z1＝-6.402e+05-1306x-1889y-8.745e-01x2-2.588xy-1.852y2-0.19e-03x3-8.788e-04x2y-1.272e-03xy2-6.054e-04y3第二曲线：z2＝-2.008e+06-4295x-5390y-4.066x2-8.789xy-4.824y2-1.137e-03x3-3.598e-03x2y-3.936e-03xy2-1.437e-03y3转轮内转桨式叶片的横截面轮廓线包括首尾依次连接的第三曲线和第四曲线，其型线方程为：第三曲线：z3＝-2.456e+06-1.428e+04x+8.736e+04y-2.187x2+33.64xy-103.7y2+1.788e-04x3+2.724e-03x2y-1.98e-02xy2+4.111e-02y3第四曲线：z4＝2.188e+07+1.231e+04x-7.073e+04y-1.984x2-29.56xy+74.8y2+3.382e-04x3+2.584e-03x2y+1.774e-02xy2-2.572e-02y3对称鲸型活动导叶的横截面轮廓线为第五曲线，其型线方程为：第五曲线：z5＝-4.958e+07-6.751e+04x-1.051e+05y-28.31x2-89.14xy-113.6y2-3.201e-03x3-2.486e-02x2y-1.323e-02xy2-8.759e-02y3。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益的技术效果：第一，本专利技术提出的一种新型超低比转速水泵水轮机，蜗壳内置若干导叶，改善了机组运行在非设计工况下产生于蜗壳内的非稳态涡旋流；尾水管为空心柱状体，连接转轮口法向进、出流，避免了因转轮旋转而引起的尾水管中心涡带。上述方式改善了全流道流场特性，提高了水轮机效率及运行稳定性，并且提高了机组的抗空化性能。第二，本专利技术提出的一种新型超低比转速水泵水轮机，第一级导叶、转轮叶片及第二级导叶结构简单，非三维扭曲叶型一方面加工精度高，另一方面方便制作，制造成本低；此外，综合混流式与轴流式机组优点，沿流线布置的导叶、桨叶进一步提高了水泵水轮机的运行效率。附图说明图1为本专利技术一种新型超低比转速水泵水轮机的结构示意图。图2为蜗壳内第一级导叶分布示意图。图3为第一级导叶型线示意图。图4为转轮叶片分布示意图。图5为转轮叶片型线示意图。图6为第二级导叶分布示意图。图7为第二级导叶型线示意图。附图标记说明：1-转轮，2-尾水管，3-第二级导叶域，4-蜗壳，5-第一级导叶，6-转桨式叶片，7-对称鲸型活动导叶，8-第一曲线，9-第二曲线，10-第三曲线，11-第四曲线，12-第五曲线。具体实施方式以下结合附图和实施例对本专利技术做出进一步的详细说明。如图1所示，本专利技术提出的一种新型超低比转速水泵水轮机，包括依次连接的蜗壳4、转轮1、第二级导叶域3以及尾水管2。其中蜗壳4呈喇叭状，其截面为环形，其进出口截面积比例为0.4～0.6，蜗壳4内带有若干负曲率的第一级导叶5，且第一级导叶5以单列环形方式均布。转轮1包含若干个转桨式叶片6，第二级导叶域3包含若干个对称鲸型活动导叶7。转轮1、第二级导叶域3以及尾水管2进出口过流断面积均相等，且内外径之比均为0.5～0.6。转轮1与第二级导叶域3均为柱状体结构，第二级导叶域3高度与转轮1高度比值为0.8～0.9。尾水管2为空心柱状体，连接转轮口法向进、出流。如图2所示，所述蜗壳内第一级导叶的横截面轮廓线包括首尾依次连接的第一曲线8和第二曲线9，其型线方程为：第一曲线8：z1＝-6.4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型超低比转速水泵水轮机，其特征在于，包括依次连接的蜗壳(4)、转轮(1)、第二级导叶域(3)以及尾水管(2)，且蜗壳流道水流轴向出入，其中，蜗壳(4)内带有若干负曲率的第一级导叶(5)，且第一级导叶(5)以单列环形方式均布；转轮(1)包含若干个转桨式叶片(6)，第二级导叶域(3)包含若干个对称鲸型活动导叶(7)。

【技术特征摘要】
1.一种新型超低比转速水泵水轮机，其特征在于，包括依次连接的蜗壳(4)、转轮(1)、第二级导叶域(3)以及尾水管(2)，且蜗壳流道水流轴向出入，其中，蜗壳(4)内带有若干负曲率的第一级导叶(5)，且第一级导叶(5)以单列环形方式均布；转轮(1)包含若干个转桨式叶片(6)，第二级导叶域(3)包含若干个对称鲸型活动导叶(7)。2.根据权利要求1所述的一种新型超低比转速水泵水轮机，其特征在于，蜗壳(4)呈喇叭状，其截面为环形，其进出口截面积比例为0.4～0.6。3.根据权利要求1所述的一种新型超低比转速水泵水轮机，其特征在于，第一级导叶(5)的数量为17～19个。4.根据权利要求1所述的一种新型超低比转速水泵水轮机，其特征在于，转桨式叶片(6)的数量为20～22个。5.根据权利要求1所述的一种新型超低比转速水泵水轮机，其特征在于，对称鲸型活动导叶(7)的数量为20～22个。6.根据权利要求1所述的一种新型超低比转速水泵水轮机，其特征在于，转轮(1)、第二级导叶域(3)以及尾水管(2)进出口过流断面积均相等，且内外径之比均为0.5～0.6。7.根据权利要求1所述的一种新型超低比转速水泵水轮机，其特征在于，转轮与第二级导叶域均为柱状体结构，第二级导叶域(3)高度与转轮(1)高度比值为0.8～0.9。8.根据权利要求1所述的一种新型超低比转速水泵水轮机，其特征在于，尾水管(2)为空心柱状体，连接转轮口法向进、出流。9.根据权利要求1所述的一种新型超低比转速水泵水轮机，其特征在于，蜗壳内第一级导叶的横截面轮廓线包括首尾依次连接的第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛秀丽，屈波，刘泽，江伟，陈帝伊，吴杰，
申请(专利权)人：西北农林科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61