一种冲击式水轮机的转轮制造技术

本实用新型专利技术公开了一种冲击式水轮机的转轮，它间隔设置在高压水箱上的多喷头下方，所述转轮包括主轴、内圆筒、圆形挡板和弧形叶片，圆形挡板相对固定在主轴上，所述内圆筒、弧形叶片与主轴同轴线焊接固定在圆形挡板之间，所述相邻两弧形叶片与内圆筒之间形成有一个外端具有开口的水斗，弧形叶片由两个曲率半径不同的曲线形成，弧形叶片的厚度由内向外逐渐变小。本实用新型专利技术所述的水轮机的斗叶为弧形叶片，其特点是射流行程大，射流受力面积增加．转轮输出功率增加。轮输出功率增加。轮输出功率增加。

A runner of impulse turbine

【技术实现步骤摘要】
一种冲击式水轮机的转轮


[0001]本技术涉及一种冲击式水轮机的转轮，特别是涉及箱式循环水电能转换高压水箱多高压喷管多高压喷头冲击式水轮机的转轮。

技术介绍

[0002]水力发电是当今电力发展的新方向，它不仅发电成本低，而且不污染环境，在我国南方水资源比较丰富地区中小型水力发电发展较快。虽然水力发电具有发电成本低、能持续发展与应用，环保等特点，但水力发电的发展与应用还有一定的局限性，由于用于水力发电的水力资源不仅要具有一定的流量和水头，且还要具有能蓄存一定水容量的库体和建造落差不低于3米的坝体，而且库体水源补给要充足稳定的要求，才能使水轮机产生旋转而发电。由于我国南方很多丰富的小型水力资源，小型水力并网发电在我国南方得到普及发展利用，但分布在我国南方偏远山区的各种传统水斗式转轮小型水力发电机。传统水斗式水轮机采用模型真机实验模式，设计时间长，制造水斗式水轮机工艺复杂，工期长，转轮体积大，重量重。单喷头射流面积小，射流直径小，射流行程小，输出功率小。传统水斗式水轮机转轮出力的合外力矩Mu=d(mv
u
r)/dt【3
‑
26】，【摘自高等学校电子与电气工程及自动化专业“十一五”规划教材—《现代能源与发电技术》第3章123页】。西安电子科技大学出版社，主编：邢运民、陶永红。

技术实现思路

[0003]针对上述现有技术中传统水轮机转轮所存在的问题，本技术设计上跳出了传统水轮模型真机实验模式；通过增加射流受力面积，提出了一种高压水箱多高压喷头、射流直径大、射流面积大，射流速度快，射流行程长，输出功率更大的冲击式水轮机转轮。
[0004]本技术要解决的技术问题所采取的技术方案是：一种冲击式水轮机的转轮，它间隔设置在高压水箱上的多喷头下方，所述转轮包括主轴、内圆筒、圆形挡板和弧形叶片，圆形挡板相对固定在主轴上，所述内圆筒、弧形叶片与主轴同轴线焊接固定在圆形挡板之间，所述相邻两弧形叶片与内圆筒之间形成有一个外端具有开口的水斗，所述弧形叶片由两个曲率半径不同的曲线形成，所述弧形叶片的厚度由内向外逐渐变小并用不锈钢板制成。
[0005]进一步地，一种冲击式水轮机的转轮，它间隔设置在高压水箱高压喷管喷头的下方，所述转轮包括主轴、内圆筒、圆形挡板和弧形叶片，圆形挡板相对固定在主轴上，所述内圆筒、弧形叶片与主轴同轴线焊接固定在圆形挡板之间，所述转轮在高压水箱高压喷管高压喷头下方任意相邻两弧形叶片之间能形成进水口和出水口，相邻两弧形叶片与内圆筒之间形成有一个外端具有开口为12.06cm的水斗，所述弧形叶片用不锈钢板制成。
[0006]本技术所述冲击式水轮机转轮出力的合外力矩Mu=d(mv
u
rs)/dt[5].式中mv
u
rs
‑
运动物体的动量矩。
[0007]本技术所述的转轮在高压、高速射流水作用下，水轮高速旋转带动发电机发
电。本技术不仅结构紧凑合理、制造工艺简单、体积小、重量轻、便于安装维护，且输出功更大一些。
[0008]本技术用于冲击式水轮机的工作原理：
[0009]1.动量矩定律
[0010]A、直线加速运动的物体可应用牛顿第二定律得出其动量方程为
[0011]F=ma=dv/dt=d(mv)/dt
ꢀꢀꢀꢀꢀ
[1][0012]式中：F一作用物体的合外力；
[0013]m
‑
运动物体的质量；
[0014]a
‑
运动物体的加速度，
[0015]mv
‑
运动物体的动量；
[0016]根据公式[1]可得出动量定律，作用物体的合外力等于该物体单位时间内动量的变化量。
[0017]某一质量为M的运动物体相对某一定轴沿带箭头的虚线做轨迹运动，在合外力F的作用下，其绝对速度v的大小和方向都在变，相对于定轴的半径r叶片受力面积S也在变。从微观角度观察带箭的虚线所表示的曲线，可以认为曲线是由无数条无穷短的直线组成的。因此，在极短的时间dt内，可以认为物体m在作直线运动，对运动物体m在dt时间内，可以应用动量定律建立动量方程为F=d(mv)/dt
ꢀꢀꢀ
[2][0018]或对运动物体m在半径为r叶片受力面积为S的圆周切线方向应用动量定律建立动量方程为：
[0019]Fu=d(mv
u
)/dt
ꢀꢀꢀꢀ
[3][0020]式中：Fu
‑
合外力F在半径为r叶片受力面积为S的圆周切线方向的切向分力；
[0021]Vu
‑
绝对速度V在半径为r叶片受力面积为S的圆周切线方向的切向分速度。
[0022]由Furs=d(mVu)/dt *rs[4]得到动量矩方程：
[0023]Mu=d(mV
u
rs)/dt
ꢀꢀ
[5][0024]式中:mu
‑
作用于物体的合外力矩，mu=FurS
[0025]mvurs
‑
运动物体的动量矩。
[0026]根据式[5]可得动量矩定律：作用物体的合外力矩等于该物体单位时间内的动量矩的变化量。
[0027]设车厢沿着铁轨以速度u前进，车厢内的乘客相对车厢以速度w走动。图1中乘客相对车厢的运动称相对运动，其速度相对速度；车厢相对大地的运动称牵连运动，其速度称牵连速度；乘客相对大地的运动称绝对运动。其速度称绝对速度，用v表示。根据运动学知可知，绝对速度等于牵连速度与相对速度的矢量和，见图2(α称绝对速度方向角，β称相对速度方向角）即v=w+u
[0028]转轮内的水质点也同时参与两种运动：第一种运动是水质点相对的弧形叶片运动，称相对运动；第二种运动是转轮相对大地的运动，称牵连运动或圆周运动。水质点相对大地的运动称绝对运动。
[0029]以上内容来源于《现代能源与发电技术》第3章123页】。西安电子科技大学出版社，主编：邢运民、陶永红。
[0030]优选地：增大水轮机转轮的内圆筒长度和弧形叶片长度，可以最大限度增加高压
喷头（孔）个数获取最大总个数，获取总的射流直径最大值和最大总射流受力面积最大值。从而获取最大转轮输出功率。
[0031]本技术适用于冲击式水轮机，属于高压17.5MPa、高速1800/秒、水流量为50kg/秒的多喷头的冲击式水轮机机型。
[0032]本技术所述的水轮机的斗叶为弧形叶片，其特点是射流行程大，射流受力面积增加．转轮输出功率增加。
附图说明
[0033]图1是物体相对运动与牵连运动的矢量图，
[0034]图2是物体绝对速度，牵连速度，相对速度的矢量图，
[0035]图3是本技术半剖主视结构示意图，
[0036]图4是本技术左视结构示意图，
[0037]图5是图4的X
‑
X局部放大结构示意图，...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种冲击式水轮机的转轮，其特征是：它间隔设置在高压水箱（1）上的多喷头（2）下方，所述转轮包括主轴（5）、内圆筒（6）、圆形挡板（3）和弧形叶片（7），圆形挡板相对固定在主轴上，所述内圆筒、弧形叶片与主轴同轴线焊接固定在圆形挡板之间，所述相邻两弧形叶片与内圆筒之间形成有一个外端具有开口（9）的水斗（8），所述弧形叶片由两个曲率半径不同的曲线形成，所述弧形叶片的厚度由内向外逐渐变小。...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻怀领，喻斌，周莉，
申请(专利权)人：喻怀领，
类型：新型
国别省市：