一种超小单位流量径向直叶片水轮机制造技术

一种超小单位流量径向直叶片水轮机，转轮包括一级径向式转轮和二级轴流式转轮，一级径向式转轮内装在壳体内，一级径向式转轮的叶片出口处同心装有二级轴流式转轮，一级径向式转轮与二级轴流式转轮分别经中心孔依次装在主轴上，一级径向式转轮的径向式转轮叶片呈放射状直列布置，设有均布的16~36个，从进口到出口叶片安放角均为90

【技术实现步骤摘要】
一种超小单位流量径向直叶片水轮机


[0001]本专利技术涉及水轮机，特别是专用于高压、小流量场景的余压发电的一种超小单位流量径向直叶片水轮机。

技术介绍

[0002]化工过程、膜法水处理领域，普遍存在高压、小流量的需减压的工艺环节，减压过程中压力能被白白浪费，为积极响应国家“双碳”战略，现在一般都使用小微型水轮发电机组将减压过程消耗的能量回收发电，但由于结构上的不足，机组具有超小单位流量和超小尺寸的特点，常规反击水轮机难以加工且无机组可选用，冲击式水轮机也无法适应连续有压环境，因此，亟需发展新型的超低单位流量反击式水轮机用于特殊场景的余压发电，减小资源浪费，但至今未见公开报道。

技术实现思路

[0003]针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本专利技术之目的就是提供一种超小单位流量径向直叶片水轮机，可有效解决现有水轮机不能回收余压，不能适用连续有压环境，导致减压过程消耗的能量白白浪费的问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术解决的技术方案是，一种超小单位流量径向直叶片水轮机，包括壳体和转轮，所述的转轮包括一级径向式转轮和二级轴流式转轮，一级径向式转轮内装在壳体内，一级径向式转轮的叶片出口处同心装有二级轴流式转轮，一级径向式转轮与二级轴流式转轮分别经中心孔依次装在主轴上，一级径向式转轮的径向式转轮叶片呈放射状直列布置，设有均布的16~36个，从进口到出口叶片安放角均为90
°
，二级轴流式转轮的叶片设有均布的3~8个，进口叶片安放角为80~90
°
，出口安放角为10~90
°
，主轴一端与异步发电机的转轴相连，在水流作用下将势能转换为电能。
[0005]本专利技术结构简单，设计新型独特，易生产制造，对水流的约束能力强，水力性能好，运行稳定，可完全回收余压，有显著的社会和经济效益。
附图说明
[0006]图1是本专利技术结构示意图。
[0007]图2是本专利技术一级径向式转轮轴面图。
[0008]图3是本专利技术图2中C
‑
C向剖视图。
[0009]图4是本专利技术二级轴流式转轮三维示意图。
[0010]图5是本专利技术一级径向式转轮进口速度三角形示意图。
具体实施方式
[0011]以下结合附图和具体情况对本专利技术的具体实施方式作详细说明。
[0012]结合附图给出，一种超小单位流量径向直叶片水轮机，包括壳体和转轮，所述的转
轮包括一级径向式转轮2和二级轴流式转轮3，一级径向式转轮2内装在壳体1内，一级径向式转轮2的叶片出口处同心装有二级轴流式转轮3，一级径向式转轮2与二级轴流式转轮3分别经中心孔依次装在主轴4上，一级径向式转轮2的径向式转轮叶片2
‑
1呈放射状直列布置，设有均布的16~36个，从进口到出口叶片安放角均为90
°
，二级轴流式转轮3的叶片设有均布的3~8个，进口叶片安放角为80~90
°
，出口安放角为10~90
°
，水轮机设计比转速20~60m
·
kW，设计单位转速为56~62r/min，设计单位流量为0.05~0.10m3/s，主轴4一端与异步发电机5的转轴相连，在水流作用下将势能转换为电能。
[0013]为保证更好的实施效果，所述的一级径向式转轮2包括径向式叶片2
‑
1、上冠2
‑
2和下环2
‑
3，上冠2
‑
2和下环2
‑
3间装有均布的径向式叶片2
‑
1，转轮遵循反击式水轮机设计基础理论，径向式叶片2
‑
1数量多、叶片厚，对水流的约束能力强，径向式叶片2
‑
1形成的流道能较好的约束水流，即使在偏离设计工况时因进口冲角造成的局部脱流也难以在流道内持续发展，一级径向式转轮2进口水流圆周速度U1与绝对速度V1的圆周分量V
u1
一致，进口轴面速度V
m1
较小，因此转轮叶高取值较大，不再遵循传统水轮机比转速与相对叶高的对应的规律，较大的叶高可大大降低小微型转轮的加工难度，一级径向式转轮2做功主要依靠直径的减小达到消耗环量的目的，出口会有一定的环量未完全消耗。
[0014]所述的二级轴流式转轮3包括轮毂3
‑
1和叶片3
‑
2，叶片3
‑
2的进口处与轮毂3
‑
1相连，叶片3
‑
2位于一级径向式转轮2的下环2
‑
3内，轮毂3
‑
1经螺纹连接在主轴4上，同时保证一级径向式转轮2压紧固定在主轴4上，二级轴流式转轮3的主要任务是完成环量的彻底消耗，水流经过二级轴流式转轮3后能量被全部回收。
[0015]所述的壳体1包括蜗壳引水室1
‑
1和与蜗壳引水室1
‑
1相连的直锥型出水室1
‑
2，一级径向式转轮2和二级轴流式转轮3装在蜗壳引水室1
‑
1内，蜗壳引水室1
‑
1的速度矩与水头和一级径向式转轮2相匹配，蜗壳断面为矩形，蜗壳截面设计采用等速度或等速度矩方法进行计算，直锥型出水室1
‑
2与一级径向式转轮2的下环之间配合以减小容积损失。
[0016]所述的一级径向式转轮2、二级轴流式转轮3与异步发电机5转子共轴，机组对中特性好，结构紧凑，异步发电机5并网操作简单，运行稳定。
[0017]本专利技术在具体使用时，水流经壳体1的蜗壳引水室1
‑
1进入，流经一级径向式转轮2，径向式叶片2
‑
1数量多、叶片厚，对水流的约束能力强，径向式叶片2
‑
1形成的流道能较好的约束水流，即使在偏离设计工况时因进口冲角造成的局部脱流也难以在流道内持续发展，一级径向式转轮2进口水流圆周速度U1与绝对速度V1的圆周分量V
u1
保持基本一致，进口轴面速度V
m1
较小，因此转轮叶高可以取值较大，不再遵循传统水轮机比转速与相对叶高的对应的规律，较大的叶高可大大降低小微型转轮的加工难度，一级径向式转轮2做功主要依靠直径的减小达到消耗环量的目的，出口会有一定的环量未完全消耗，此时水流经二级轴流式转轮3完成环量的彻底消耗，能量被全部回收，一级径向式转轮2和二级轴流式转轮3与异步发电机5的转轴相连，在水流作用下将势能转换为电能，水流最终从直锥型出水室1
‑
2流出，异步发电机5并网操作简单，运行稳定。
[0018]本专利技术结构简单，设计巧妙，水力性能优良、运行稳定可靠，经实际工程检验效果非常好，相关资料如下：某除盐水RO反渗透装置浓盐水高压侧压力约0.65MPa，经减压阀消能后自流至浓盐水箱，减压过程消耗的压力约为0.60MPa，选用本专利技术的径向式直叶片反击式水轮机将原
本消耗在阀门处的压力回收发电，设计流量为4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超小单位流量径向直叶片水轮机，包括壳体和转轮，其特征在于，所述的转轮包括一级径向式转轮（2）和二级轴流式转轮（3），一级径向式转轮（2）内装在壳体（1）内，一级径向式转轮（2）的叶片出口处同心装有二级轴流式转轮（3），一级径向式转轮（2）与二级轴流式转轮（3）分别经中心孔依次装在主轴（4）上，一级径向式转轮（2）的径向式转轮叶片（2
‑
1）呈放射状直列布置，设有均布的16~36个，从进口到出口叶片安放角均为90
°
，二级轴流式转轮（3）的叶片设有均布的3~8个，进口叶片安放角为80~90
°
，出口安放角为10~90
°
，主轴（4）一端与异步发电机（5）的转轴相连，在水流作用下将势能转换为电能。2.根据权利要求1所述的超小单位流量径向直叶片水轮机，其特征在于，所述的一级径向式转轮（2）包括径向式叶片（2
‑
1）、上冠（2
‑
2）和下环（2
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3），上冠（2
‑
2）和下环（2
‑
3）间装有均布的径向式叶片（2
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：刘安然，陈德新，寇攀高，庞辉春，李延频，张自超，张利红，石祥钟，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：