一种特高水头特大容量的混流式水轮机多层转轮制造技术

本申请公开了一种特高水头特大容量的混流式水轮机多层转轮，属于流体机械及工程设备技术领域。该转轮包括上冠、下环、叶片和分层隔板，所述叶片连接有贯穿流道的分层隔板。本技术方案中，通过增加转轮进口高度并添加分层隔板的技术手段，达到增大过流量，提升转轮结构强度，实现机组发电容量倍增的目的。所述分层隔板通过流体动力学理论进行设计，其形状呈一空间流面。通过分层隔板隔断的多层转轮可错角布置，以减小无叶区动静干涉作用，进而抑制机组压力脉动，促进机组安全稳定运行。本发明专利技术为解决特高水头特大容量转轮设计开发提供了一条可行的技术方案。条可行的技术方案。条可行的技术方案。

【技术实现步骤摘要】
一种特高水头特大容量的混流式水轮机多层转轮


[0001]本申请涉及流体机械及工程设备的
，尤其涉及一种特高水头特大容量的混流式水轮机多层转轮。

技术介绍

[0002]目前，我国易开发的中高水头段水能资源已得到充分开发，未来水能资源开发的重要方向之一就是超高水头段水能资源的开发，如雅鲁藏布江流域水头落差达2200m，总装机容量达5000万千瓦。面向此类水电工程开发，将会遇到世界水电史上前所未有的挑战，其原因在于装机容量最大，约为三峡水电站的2倍，水头最高。所以，必然要解决高水头、大容量冲击式机组和混流式机组设计的关键技术问题。
[0003]当下世界最高水头冲击式水轮机，最高水头为1883m，单机容量为40万千瓦。世界最高的混流式水轮机，其最大水头为734m，单机容量仅为18万千瓦。白鹤滩是世界单机容量最大的水力发电机组，装机容量100万千瓦，额定水头约为200m。可以看出，受水轮机转轮的水力设计和强度设计制约，特高水头与特大容量需求无法同时兼顾。而特高水头特大容量机组能够大幅度减少机组布置台数，降低电站投资、运维成本，具有重大的工程价值。因此，急需能解决特高水头和特大容量的水力技术方案。
[0004]水轮机转轮是能量转换的核心部件，是解决问题的关键。为了解决上述问题，有研究者提出了一些解决的技术方案。在冲击式水轮机方面，中国专利CN105545571A提出一种立轴多级冲击式水轮机。通过多级冲击式转轮串联，获得单机容量的倍数增长。但该方案转轮串联结构相对复杂，不便拆装。于是在此基础上，中国专利CN110513234A提出了另一种易于维护和清理的立轴多级冲击式水轮机。上述冲击式解决方案，在现有技术基础上，实现了发电容量翻倍，减小了机组平面开挖尺寸，但将导致其轴向开挖深度翻倍和机械复杂度增加。
[0005]在混流式水轮机方面，中国专利CN113464343A公开了一种高水头、大容量的立轴串联式混流水轮机。通过混流式转轮多级同轴串联，实现消纳水头倍数增长，进而达到单机容量倍数增长的目的。该方案不足之处在于轴向开挖量倍数增加，且无法解决偏工况条件下前级叶轮出口不均匀流对后级叶轮做工的影响。受此启发，中国专利CN216044141U提出一种高水头、同流道串联式双级双轴混流式发电机组。该方案在一定程度上解决了前级机组不均匀流对后级机组的影响，但其本质上是通过增加机组台数实现发电容量倍增，无法有效节约电站工程投资。
[0006]纵观以上相关技术，特高水头特大容量技术方案均存在不同程度不足之处，即冲击式方案机械复杂度较高，混流式方案无法提高转轮过流量。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本申请提供一种特高水头特大容量的混流式水轮机多层转轮，能够达到消纳流量倍数增长，提升转轮结构强度，实现机组发电容量倍增的目的。
[0008]本申请提供一种特高水头特大容量的混流式水轮机多层转轮，包括转轮叶片，所述转轮叶片连接有贯穿流道的分层隔板。
[0009]可选地，所述分层隔板位于二端的过渡部分设有弧性过渡段。
[0010]可选地，所述分层隔板的中间部分被构造成流线形或等厚度形状。
[0011]可选地，所述分层隔板以等分转轮流道的形式分布在流道内。
[0012]可选地，所述分层隔板数为1个或者多个，所述转轮叶片的层数为2，所述分层隔板设置于转轮0.5倍叶高处。
[0013]可选地，转轮入口的各级转轮叶片设置于不同轴面位置处。
[0014]本申请上述特高水头特大容量的混流式水轮机多层转轮可被应用于降低无叶区压力脉动的方法中，具体为：各层转轮叶片错角布置，以削弱高水头下转轮与活动导叶之间的动静干涉作用，达到降低无叶区压力脉动的目的。
[0015]与相关技术相比，本申请转轮具有以下优点及突出性的技术效果：
[0016]1)通过多层转轮做工，提升转轮过流量的方式，实现发电容量倍增。成倍数地减小了电站开发机组布置台数，大幅度降低了电站基建成本。
[0017]2)在同类型的技术方案中，具备最紧凑的机组结构布局，最简单的机械结构，理论上具备最优的基建和运维成本。
[0018]3)转轮的水力设计和强度设计一直是特高水头特大容量水轮机转轮的难题，本专利转轮的分层结构，拓宽了原转轮水力设计应用范围，并提高了转轮结构强度。为了解决特高水头特大容量转轮设计开发提供了可行的技术方案。
[0019]4)偏工况下混流式水轮机转轮将出现叶片入口回流、叶道涡和旋转失速等流动特征，极大地影响转轮做工能力和机组安全稳定运行。本专利分层隔板限制了上述流动特征的发展运动空间，对提升转轮效率，促进机组安全稳定运行具有重要意义。
附图说明
[0020]下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。
[0021]图1：为本申请实施例提供的转轮剖视图。
[0022]图2为本申请实施例提供的转轮叶片的立体结构图。
[0023]图3为本申请实施例提供的转轮叶片在具有二级叶片情形下的结构图。
[0024]图4为本申请实施例提供的各级转轮叶片单独设计示意图
[0025]其中，图中元件标识如下：
[0026]1‑
上冠；2
‑
分层隔板；3
‑
下环；4
‑
转轮叶片；5
‑
首级叶片；6
‑
次级叶片。
具体实施方式
[0027]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0028]在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能
理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0029]在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
[0030]下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种特高水头特大容量的混流式水轮机多层转轮，包括转轮叶片，其特征在于，所述转轮叶片连接有贯穿流道的分层隔板。2.根据权利要求1所述特高水头特大容量的混流式水轮机多层转轮，其特征在于，所述分层隔板位于二端的过渡部分设有弧性过渡段。3.根据权利要求2所述特高水头特大容量的混流式水轮机多层转轮，其特征在于，所述分层隔板的中间部分被构造成流线形或等厚度形状。4.根据权利要求1所述特高水头特大容量的混流式水轮机多层转轮，其特征在于，所述分层隔板推荐以等分转轮流...

【专利技术属性】
技术研发人员：程永光，胡赞熬，张鹏程，薛松，刘珂，胡栋梁，后小霞，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：