水力涡轮机系统技术方案

本发明专利技术是水力涡轮机系统。现有技术的装置单位效率不高，对生态环境负面影响大，结构不尽合理。本水力涡轮机系统中空的基座上部有一个和储存有压力的水相连通的进流管。水力涡轮机进流口处装置了数片和涡轮机中流体的螺旋涡流流线相平行的固定支撑弧面导叶。进流口的上方设有一个喇叭形的出流口。在基座中装置了一个可滑动，易悬浮的针阀调节液流量。出流口内安装着一个经由垂直传动轴和发电机相连接的涡轮机转轮。涡轮机转轮中央有一个转动轴，它直接连接在传动轴的下端，并装有很多片的涡轮叶片。涡轮叶片的上缘形成一个抛物面。一个和喇叭形出流管形状相似的流槽环连接在叶片中段外缘的四周并延伸入出流管中。涡轮叶片，转动轴和流槽环将出流口均分为数个三维逐渐扩散的通流道。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】水力涡轮机系统
本专利技术是一种水力涡轮机系统。
技术介绍
水电涡轮机系统已被用为电力的来源很久。正如美国专利4,441,029，5,780,935和6,239,505中所陈述，这种机械装置的效率逐年有所改进。可是，现有系统中所用的由阀门和叶片操作，将发电机传动轴安置于液流中的构造仍有它一定的缺点。不能有效地渗气并更新由坝后深水处流过系统的水中缺氧和其他不足之处是它们缺点中的一部份。更明确地，它们不能有效地同时渗气和拌和出口的水。这是因为现有系统没有正确地装设好涡轮机转轮和退水渠的相关位置和不恰当地要用尽所有的动能。另一个现有工艺中水力涡轮系统的缺陷是转轮上的叶片不易有效地调整以适用于不同的运转情况。现有系统另外的一个缺点是它们包括很多耸出的表面和密集的机组部件，造成很大的鱼类死亡。
技术实现思路
因此本专利技术的一个主要目的是提供一个水力涡轮系统使它的转轮叶片部份浸没在尾水面下以达到最大限度的渗气和紊流搅拌。本专利技术进一步的目的是提供一个水力涡轮系统使它的叶片上缘弧线构筑在一个抛物面中，而且叶片中段外缘围绕着一个流槽环使叶片稳定及减少漏水的损失。本专利技术更进一步的目的是提供一个水力涡轮系统让水流向上在反重力加速方向通过由等距叶片，转动轴和流槽环所形成的逐渐扩散流道向外溢流，最有效地应用水流中的动能和位能。本专利技术更进一步的目的是提供一个水力涡轮系统在涡轮机进口处装置数片和涡轮机中流体特有的螺旋涡流流线相平行的固定支撑曲面导叶，减少对流体的阻碍和扰乱，及增强水流动能的有效应用。本专利技术更进一步的目的是提供一个水力涡轮系统使它的叶片上缘构驻于一个抛物面中以供给一个高度提高理论上的动能回收率，而且用部份的动力对出口流体渗气。本专利技术更进一步的目的是提供一个有浮力的流量控制针阀使它的操作位置可以有效-->地受一个容积泵所控制。本专利技术更进一步的目的是提供一个水力涡轮系统使它可以很容易保养和维修。本专利技术更进一步的目的是提供一个水力涡轮系统它基本上没有密集尖锐耸出的边缘，进而减少鱼类的死亡。本机械特别是对专利号6,239,505的一项改进。这些和其它的实体，对那些在这项工艺方面有技能的人是明确的。在本专利技术的水力涡轮机的基座部件上有一个进流口和一个出流口，出流口在进流口的上方，如此设置导致流体向上流出基座部份。有一个有上，下端的垂直转动轴和垂直细长的传动轴，涡轮机转动轴的直径由下向上逐渐按非线性曲线加大，可导致向上的水流在涡轮顶端出口处同时向外流动。转动轴的下方装置在基座部份上出流口的部位。转动轴上装置有数片弧形叶片的转轮，它们被装置并延伸到出流口之内。叶片的上缘形成抛物线形的弧面。该转动轴和传动轴通常是由发电机轴负承。叶片间的空间呈上大下小的楔形造成逐渐扩散的出口流体通道。叶片的弧形内缘按装在转动轴的表面形成一道螺线方向。叶片的定位可促使向上的液流从垂直于由上缘形成的抛物弧面流出。一个和逐渐扩散形的出流管相配合的流槽环被用来装置在叶片中段的外缘上。在基座的中空部装设了一个可上下滑行的针阀，它可以从最低位置流体进口全开的部位向上移动到将入流口全部关闭。流体可从一条管道引入针阀底部基座内用来调整针阀的位置。连接在基座的底部还有另一条流管，它是用来随时平衡两者之间的液压的。使用本涡轮机的方法包括将涡轮一部份浸没在储水坝下方尾水面下，一部份延伸在尾水上方，如此可造成叶片射流喷撒水滴带气进入尾水体内，在此同时潜没部份的叶片造成旋转紊流搅和。如此紊流搅和的操作是设计好让水曝气的方法。水滴重入水体和水中气泡的形成都可增加水和空气的接触面，有效地促进渗气作用。直接和水力发电相关的主要环境问题之一是它对下游水质的影响。蓄水可引起相当大的水质变迁使它和原来自然河流水质不同。最明显的水质变化是由水库中温度和水中含氧量的分层化。当水力发电站从水库底层(Hypolimnion depth：水深在10米或三十英尺以下)取水时，一般是这种做法，它对下游的水质影响最突出，这是由于底层水中一般都缺氧或根本没有溶解氧。根据当地的情况，在这样深度的水中一般都含有很高量的氮气。传统的水力发电系统多浪水流从进水口到尾水池通过潜流方式进入下游水道。这样做严重地限制了排出水流的曝气和移去饱和气体的可能性。在本涡轮机10中，水向上流穿过转轮自由地出口进入尾水池14近水面16的大气中。-->这项基础性的设计改变，加强了自然曝气过程，空气输入和紊流搅拌进而增加溶解氧的吸入和超饱和气体，譬如氮气的排出，以帮助改良下游水流的水质。为了达成最佳效果的气泡输入和空气和水的搅拌，涡轮机的叶片80须要浸没在水面16以下，部份暴露在大气中，像图3所示。涡轮机转轮77暴露的部份和叶片80允许水滴144(图3)的形成，增加空气和水的接触面。当水滴重回入水中时，它们带入气泡116(图3)到尾水14中增强空气输入。浸没在水中涡轮叶片部用叶片的动作和剩余的流体动能产生紊流搅拌的行动(参阅图3中箭头118)。如此进一步增加空气和水的接触和加强吸气及除气的过程。因为液流在涡轮10中是向上的方向，它可能取得某些优越性。其中之一是它可以将出口水流中的剩余动能减少到最小限度和提高水力发电的效率。为达到类似的部份动能回收，传统的系统需要又长又昂贵的尾水管。本专利技术本身就可让部份出水的功能回收。在设计这个转轮—扩散器时，基本的考虑是不产生水流不从转轮的叶片表面分离。在流体动力学中，可用来设计这个扩散器的理论包括临界层分离理论和重力流场中能量不减原理。临界层分离理论可以简略叙述如后：当临界层内在垂直于液流方向的流速梯度值(y＝0)消失时，液流即达到了它的分离点。[∂Vx∂Y]y=0=0]]>在此处Vx＝x-方向的流速，x垂直于y-方向。通过此理论在水平管道流系统上的应用，在液流方向扩散角被局限于不超出7到9度。在液流向下的系统中，这个角度受到更大的限制。这帮助解释为什么传统向下出流的水力发电系统需要用很长的尾水管才能从涡轮排水液流中回收较大的动能。因为流体在涡轮机10中是向上流的，基本能量守恒定律可以用来防止液流分离。因此，虽然一个流体系统中的能量可能是势能，动能，和/或弹性(压)能的组合，并且它们可能由于液流情况的改变从一种能量形态部份或全部转换到另一种形态，而维持它的总量不变。[ρgz+ρv22+P]=K]]>在此处ρ＝水的质量密度；g＝重力加速常数；Z＝标高；V＝流速；P＝压力；及-->K＝定值常数当水流通过一个设计优良的涡轮机转轮时，水流中所含的压力水头全部转换成对涡轮—发电机所做的功。基于这个原理，人们可以估算流速减少，随标高增加的函数关系(动能转换成势能)或者反过来也是一样。当水向上流过涡轮机转轮时可用如后的关系式：[流速减量]2＝[2x重力加速x标高增量]Δ(V)2＝2gΔz在此处Δ＝增量值；V＝流速G＝重力加速常数；及Z＝标高这个方程式可以用在由邻近叶片80所形成的扩散型液流通道的初步设计。这个关系式唯一适用于装置在近自由水面，向上过流的反力式涡轮机如图10中所示。在像那些传统式的水力发电系统中，流体通过有限的过流断面，处于闭管式操作情况下的涡轮，它是不适用的。在涡轮机转轮77的实际设计过程中，人们可以用质量收衡原理来估算最大允许出流口面积。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水力涡轮机系统，其特征是一个有进流口的基座部份（３２），被直接联接在一个环绕在它外围的涡壳进流管（６６）上；在进流口处装置了一组数个导叶（６５）；在基座进流口的上方有一个向上向外呈喇叭形的出流槽（７２），并被放在能让流体从基座上方出口的位置；一个有上端和下端的垂直转动轴（７８）和垂直细长传动轴（３０），及支承于传动轴接近液体出口一端的方法；一组数片彼此间隔的弧形叶片（８０），它的内缘边（８６）固定在流体出口处的转动轴上，而中段边缘和向上，向外呈喇叭形的出流槽的形状相对称；一个和喇叭形的出流槽相对称，被固定在叶片中段外缘上，并部份延伸入出流口内的流槽环（９５）；以及在基座进流口的下方圆柱空室（３８）中有一个中空的圆柱形针阀（５２），用来调节和控制进流流量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1、一种水力涡轮机系统，其特征是一个有进流口的基座部份(32)，被直接联接在一个环绕在它外围的涡壳进流管(66)上；在进流口处装置了一组数个导叶(65)；在基座进流口的上方有一个向上向外呈喇叭形的出流槽(72)，并被放在能让流体从基座上方出口的位置；一个有上端和下端的垂直转动轴(78)和垂直细长传动轴(30)，及支承于传动轴接近液体出口一端的方法；一组数片彼此间隔的弧形叶片(80)，它的内缘边(86)固定在流体出口处的转动轴上，而中段边缘和向上，向外呈喇叭形的出流槽的形状相对称；一个和喇叭形的出流槽相对称，被固定在叶片中段外缘上，并部份延伸入出流口内的流槽环(95)；以及在基座进流口的下方圆柱空室(38)中有一个中空的圆柱形针阀(52)，用来调节和控制进流流量。2、根据权利要求1所述的水力涡轮机系统，其特征是该组导叶呈弧形和涡轮机中向上向内的螺旋涡流流线相吻合；该组叶片均匀间隔分布固定在基座进流口处涡壳进流管内；它们投影在与径向平行的垂直面上的水平尺寸随涡壳园环进流管管径的渐减而配合减小。3、根据权利要求1所述的水力涡轮机系统，其特征是该组弧形叶片下缘径向长度比该上缘短；它有一条被固定在转动轴上的弧形内缘，并在该转动轴的外部表面向螺线方向延伸；该组叶片被安置在流体出口处的位置使得从该基座向上的液体从垂直于由叶片上缘划定的抛物线形球面的方向向...

【专利技术属性】
技术研发人员：高德瑜，
申请(专利权)人：高德瑜，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]