一种亲鱼型轴流式水轮机的导水系统技术方案

本实用新型专利技术公开一种亲鱼型轴流式水轮机的导水系统，它包括与蜗壳内缘出水口连接的承压外壳、与承压外壳相嵌套的翼型导流板、及控制翼型导流板转动的传动机构；本实用新型专利技术对传统轴流式水轮机易对鱼体造成挤压或剪切力伤害的导水机构进行优化设计，提高了水利工程生态效益，实现水电能源与鱼类资源的协调发展。

【技术实现步骤摘要】
一种亲鱼型轴流式水轮机的导水系统
本技术涉及水轮机结构设计及水生态交叉
，具体地指一种亲鱼型轴流式水轮机的导水系统。
技术介绍
为缓解大坝对洄游鱼类的阻隔效应，保护鱼类生物的多样性，大型水利工程在规划、设计、施工及其运行过程中均采取了相应的补偿措施。比如，美国哥伦比亚河流域的邦纳维尔、约翰代等10多座水电站新建的鱼道，成功地解决了鲑科鱼类通过20～34m较高水头枢纽的洄游问题。我国于1960年建成了第一座鱼道，至20世纪末已建成有30余座。同时建设仿自然鱼道、升鱼机和鱼闸等，帮助洄游鱼类上行过坝。对于帮助鱼类下行过坝的措施，国内外通常采用表面鱼道、溢流坝、旁通鱼道等帮助鱼类下行过坝，同时在水轮机进口前端设置物理阻隔设施及行为阻隔设施以防止鱼体进入水轮机流道。上述措施虽然具有一定的成效，但是建设费用高、效率低，而且仍然会有大量的鱼通过水轮机时受到伤害，达不到预期的效果，同时还会造成水流能量的消耗。水轮机流道作为大坝最经济的泄水通道不但保持大坝上下游水体的连续性又带来了巨大的发电效益，然而由于传统水轮机流道及其水力特性的复杂性，鱼类借助水轮机流道下行过坝将遭受机械、压力、剪切、空蚀等多重损伤，导致水轮机流道过鱼效率较低。为提高水轮机流道过鱼效率，减小鱼体通过水轮机下行的损伤概率，有必要在保证水轮机发电效益的同时对传统水轮机流道结构及水力特性进行优化，提高水利工程生态效益，实现水电能源与鱼类资源的协调发展。水轮机座环与导叶结构是造成过机鱼体受到切割、挤压等机械伤害及剪切应力损伤的主要部位，为此，需要对传统水轮机座环及导水机构进行优化设计。
技术实现思路
本技术的目的在于克服上述不足，提供一种亲鱼型轴流式水轮机的导水系统，对传统轴流式水轮机易对鱼体造成挤压或剪切力伤害的导水机构进行优化设计，提高水利工程生态效益，实现水电能源与鱼类资源的协调发展。本技术为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种亲鱼型轴流式水轮机的导水系统，它包括与蜗壳内缘出水口连接的承压外壳、与承压外壳相嵌套的翼型导流板、及控制翼型导流板转动的传动机构。优选地，所述翼型导流板的数量为多个，且沿着蜗壳内缘出水口环向均匀布置。优选地，所述翼型导流板的数量为8-24个。优选地，所述翼型导流板的数量为12个。优选地，所述传动机构包括传动轴，所述传动轴输出端与翼型导流板的输入端固定连接，所述传动轴下端设于底环上，上端与接力器连接。优选地，所述承压外壳为弧形柱状结构，其开口面为弧面且包络翼型导流板的转轴区域。优选地，所述蜗壳内缘出水口下侧与上侧分别与底环和顶环焊接，所述承压外壳安装于底环和顶环之间并且环向均匀布置。本技术的有益效果：1、改进了传统轴流式水轮机的座环及导水机构，消除传统水轮机座环与活动导叶间隙对过机鱼体的挤压及摩擦。2、优化传统轴流式水轮机导水机构，采用既能支撑蜗壳内缘又能改变水轮机流量的亲鱼型导水系统，消除原结构中固定导叶与活动导叶间间隙对过机鱼体造成的机械、剪切损伤，同时优化了蜗壳进水室压力分布状态。3、过机鱼体顺具有一定曲率的翼型导流板进入转轮室，减小过机鱼体遭受撞击、剪切力、压力等伤害。4、使得水轮机在满足发电效率的同时成为鱼体下行过坝的过鱼设施，既满足了传统水利水电的工程要求，又能满足现如今水生态水利设施过鱼要求。实现传统水轮机组向“环境友好型”、“资源节约型”方向发展的革新。5、亲鱼型导水系统的设计相较于传统固定导叶、活动导叶具有施工操作简单、运行后维护方便、技术实现更轻松等优点。附图说明图1为一种亲鱼型轴流式水轮机的导水系统的结构示意图；图2为一种亲鱼型轴流式水轮机的导水系统的安装结构示意图；图3为图1中翼型导流板及承压外壳在底环上的布置结构示意图；图4为图3中翼型导流板与承压外壳之间的安装结构示意图；图5为图4中承压外壳的结构示意图；图6为承压外壳与底环和顶环之间的安装结构示意图；图7为翼型导流板个数为8个时的导水机构压力云图和转轮体压力云图；图8为翼型导流板个数为12个时的导水机构压力云图和转轮体压力云图；图9为翼型导流板个数为18个时的导水机构压力云图和转轮体压力云图；图10为翼型导流板个数为24个时的导水机构压力云图和转轮体压力云图；图中，蜗壳1、承压外壳2、翼型导流板3、传动机构4、传动轴4.1、底环5、顶环6、转轮系统7。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术作进一步的详细描述。如图1至6所示，一种亲鱼型轴流式水轮机的导水系统，它包括与蜗壳1内缘出水口连接的承压外壳2、与承压外壳2相嵌套的翼型导流板3、及控制翼型导流板3转动的传动机构4。优选地，所述翼型导流板3的数量为多个，且沿着蜗壳1内缘出水口环向均匀布置。优选地，所述翼型导流板3的数量为8-24个。优选地，所述翼型导流板3的数量为12个。优选地，所述传动机构4包括传动轴4.1，所述传动轴4.1输出端与翼型导流板3的输入端固定连接，所述传动轴4.1下端设于底环5上，上端与接力器连接。优选地，传动轴4.1下端与底环5铰接连接，翼型导流板3端部和传动轴4.1固定，这样翼型导流板3可以随传动轴4.1转动而转动，传动轴4.1转动角度由安放于水轮机顶盖上的拐臂、控制环及接力器控制，完成根据水轮机负荷调节水轮机流量的作用，这是一个反馈调节，发电机输出的功率的大小指导接力器去控制传动轴4.1进而改变翼型导流板3的开度，发电机如果需要输出功率变小，则通过这套操作使得翼型导流板3开度减小，从而减小进入转轮室的流量，反之，亦然。优选地，所述承压外壳2为弧形柱状结构，其开口面为弧面且包络翼型导流板3的转轴区域。优选地，本实施例中承压外壳2端面为150°开口扇形，起到支撑蜗壳1内缘和传递轴向荷载作用。另外由于承压外壳2包络翼型导流板3的转轴区域，因此可以避免水流从蜗壳1内缘出水口出来后直接冲击翼型导流板3的转轴区域，导致传动机构4发生故障，同时承压外壳2也可以帮助翼型导流板3和传动轴4.1承受来自蜗壳1内缘的轴向挤压。优选地，所述蜗壳1内缘出水口下侧与上侧分别与底环5和顶环6焊接，所述承压外壳2安装于底环5和顶环6之间并且环向均匀布置。这样设计后，承压外壳2支撑底环5和顶环6，而蜗壳1内缘出水口下侧与上侧分别与底环5和顶环6焊接，因此也就间接地支撑了蜗壳1内缘。本实施例工作原理如下：导水系统中的承压外壳2实现了支撑蜗壳1内缘，传递轴向荷载的作用；翼型导流板3则发挥引导水流、调节水轮机流量等功能。两者的结合又消除了结构间隙给过机鱼体带来的机械、压力梯度、涡流空蚀等损伤。导水系统既保证了水轮机组的高效有序运行，又实现了鱼体高效安全过坝的水生态保护的目的。幼鱼通过传统水轮机下行时，水轮机座环与导叶结构是造成过机鱼体受到切割、挤压等机械伤害及剪切应力损伤的主要部位，为此，本技术对传统水轮机座环及导水机构进行优化设计。为避免过机鱼体受座环与活动导叶间隙的切割和挤压，本技术去除了传统水轮机座环结构，仅设置可以控制流量的导水机构，且优化活动导叶结构，采用导流板及传动轴实现传统水轮机座环和导水机构的作用。为确定导流板的最优数目以使水轮机流道获得利于鱼类下行的水动力环境，本设计对翼型导流板个数分别为8个、12个、18个、24个时水轮机流道进行水动力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种亲鱼型轴流式水轮机的导水系统，其特征在于：它包括与蜗壳（1）内缘出水口连接的承压外壳（2）、与承压外壳（2）相嵌套的翼型导流板（3）、及控制翼型导流板（3）转动的传动机构（4）。

【技术特征摘要】
1.一种亲鱼型轴流式水轮机的导水系统，其特征在于：它包括与蜗壳（1）内缘出水口连接的承压外壳（2）、与承压外壳（2）相嵌套的翼型导流板（3）、及控制翼型导流板（3）转动的传动机构（4）。2.根据权利要求1所述的一种亲鱼型轴流式水轮机的导水系统，其特征在于：所述翼型导流板（3）的数量为多个，且沿着蜗壳（1）内缘出水口环向均匀布置。3.根据权利要求1或2所述的一种亲鱼型轴流式水轮机的导水系统，其特征在于：所述翼型导流板（3）的数量为8-24个。4.根据权利要求3所述的一种亲鱼型轴流式水轮机的导水系统，其特征在于：所述翼型导流板（3）的数量为12个。5.根据权利要求1或2...

【专利技术属性】
技术研发人员：王煜，翟振男，陈玉，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：新型
国别省市：湖北,42