一种抑制轴流定桨水轮机尾水管涡带的流道制造技术

本发明专利技术属于流体机械及工程设备技术领域，具体公开一种抑制轴流定桨水轮机尾水管涡带的流道，包括依次连接的蜗壳、固定导叶、活动导叶、转轮和尾水管；水流依次流经上述部件；转轮包括转轮轮毂和转轮叶片；转轮轮毂的外侧固定安装转轮叶片；转轮叶片与转轮轮毂相连的一面为转轮内缘；转轮叶片远离转轮轮毂的一面为转轮外缘。本发明专利技术设置的转轮叶片的转轮外缘和转轮内缘的截面均为月牙形结构，采用转轮叶片进水边厚度较大的翼型叶片，定桨水轮机稳定运行范围加宽，降低最大流速的数值，抑制尾水涡带所诱发的压力脉动；解决轴流定桨式水轮机因桨叶不能调整，在尾水管处易形成螺旋状涡带的问题，提高水轮机的运行稳定性和寿命。提高水轮机的运行稳定性和寿命。提高水轮机的运行稳定性和寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种抑制轴流定桨水轮机尾水管涡带的流道


[0001]本专利技术属于流体机械及工程设备
，具体涉及一种抑制轴流定桨水轮机尾水管涡带的流道。

技术介绍

[0002]低水头中小型水电站大多安装轴流式水轮机。轴流定桨式水轮机具有过流量大、效率高、空化性能好等特点，且机组加工成本低廉，安装、运行及维护方便，但也存在着稳定运行区窄和适用范围小等缺陷。
[0003]轴流定桨式水轮机因为其桨叶不能调整的结构特点，当其运行在最优效率工况时，此时转轮出口水流的绝对速度是轴向的，流动相对稳定；当水轮机运行在小流量工况时，转轮出口水流的绝对速度存在与转轮旋转方向相同的周向分量，进而在尾水管处形成螺旋状涡带。涡带的频率只有转轮转动频率的1/4至1/3左右，涡带的存在将引起小流量工况下水轮机尾水管中的低频压力脉动，这是引发机组不稳定运行的直接原因。
[0004]另外，根据不同时段的用电需求，自动发电控制系统对机组的出力进行不断的调整。使得发电机组的出力在一定范围内，以满足电力系统频率和联络线功率控制的要求。因此，提高轴流定桨水轮机的稳定运行区间，对于维护电网安全运行和保障国计民生具有重要意义。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种抑制轴流定桨水轮机尾水管涡带的流道，以解决轴流定桨式水轮机桨叶不能调整，在尾水管处易形成螺旋状涡带的问题。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：
[0007]本专利技术提供一种抑制轴流定桨水轮机尾水管涡带的流道，包括依次连接的蜗壳、多个固定导叶、多个活动导叶、转轮和尾水管；水流依次流经上述部件；
[0008]转轮包括转轮轮毂和多个转轮叶片；转轮轮毂的外侧固定安装有多个转轮叶片；转轮叶片与转轮轮毂相连的一面为转轮内缘；转轮叶片远离转轮轮毂的一面为转轮外缘；转轮外缘和转轮内缘的截面均为月牙形结构。
[0009]进一步的，所述转轮叶片在纵向方向的两侧边为叶片前缘和叶片后缘，靠近活动导叶的一侧为叶片前缘，远离活动导叶的一侧为叶片后缘。
[0010]进一步的，所述转轮叶片靠近叶片前缘的厚度大于转轮叶片远离叶片前缘的厚度。
[0011]进一步的，所述转轮外缘处的截面叶片角度β与叶片位置M的关系式为：
[0012]β＝
‑
4.04994
×
10
‑7M4+0.000125265M3‑
0.012399393M2+0.57409207M+50.59313709
[0013][0014]β叶片翼型骨线的切线与圆周方向的夹角；M的范围为0.00～0.88；
[0015]M为叶片前缘到叶片后缘的距离占总转轮叶片长度的比例。
[0016]进一步的，所述转轮外缘处的截面叶片厚度T与叶片位置M的关系式为：
[0017]T＝
‑
1.69215
×
10
‑
7M4+3.67245
×
10
‑
5M3‑
3.48309
×
10
‑
3M2+0.1485289M+1.5436704
[0018]T为叶片厚度，mm；M的范围为0.00～0.88。
[0019]进一步的，所述转轮内缘处的截面叶片角度β与叶片位置M的关系式为：
[0020]β＝
‑
1.57049
×
10
‑7M4‑
2.03391
×
10
‑5M3+0.00823027M2+0.031083424M+6.805504481
[0021][0022]M的范围为0.00～1.12。
[0023]进一步的，所述转轮内缘处的截面叶片厚度T与叶片位置M的关系式为：T＝5.00318
×
10
‑7M4‑
1.14035
×
10
‑4M3+4.88794
×
10
‑3M2+0.095141M+6.0817869
[0024]M的范围为0.00～1.12。
[0025]进一步的，所述活动导叶的高度为转轮直径的35％
‑
45％。
[0026]进一步的，所述转轮外缘处的叶片前缘截面的半径为15mm
‑
20mm，叶片后缘截面的半径为10mm
‑
16mm。
[0027]进一步的，所述转轮内缘处的叶片前缘截面的半径为70mm
‑
80mm，叶片后缘截面的半径为15mm
‑
20mm。
[0028]本专利技术至少具有以下有益效果：
[0029]1、本专利技术设置的转轮叶片的转轮外缘和转轮内缘的截面均为月牙形结构，采用转轮叶片进水边厚度较大的翼型叶片，定桨水轮机稳定运行范围加宽，降低最大流速的数值，抑制尾水涡带所诱发的压力脉动；解决轴流定桨式水轮机因桨叶不能调整，在尾水管处易形成螺旋状涡带的问题，提高水轮机的运行稳定性和安全运行寿命。
[0030]2、本专利技术采用的转轮叶片靠近转轮轮毂一侧的出口安放角较小，而靠近转轮外缘一侧的安放角按照传统的设计思路进行设计。有利于减小转轮出口水流的绝对速度与转轮旋转方向相同的周向分量，控制尾水管涡带的圆周速度环量。限制导叶高度的范围有助于通过控制机组的流量，抑制尾水管流道的涡带。同时，有助于保证机组的效率。整体机组安全稳定的运行区间扩宽了10％以上；水轮机机组的稳定运行区间从75％
‑
100％拓宽到60％
‑
100％。尾水管处产生异常振动的概率大大降低，水轮机的运行稳定性和安全运行寿命得以提高。
附图说明
[0031]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0032]图1为本专利技术轴流定桨水轮机的流道结构截面示意图；
[0033]图2为本专利技术轴流定桨水轮机的转轮三维图；
[0034]图3为本专利技术轴流定桨水轮机的转轮叶片截面P1示意图；
[0035]图4为本专利技术轴流定桨水轮机的转轮叶片截面P2示意图；
[0036]附图标记：1、蜗壳；2、固定导叶；3、活动导叶；4、转轮；5、尾水管；6、转轮轮毂；7、转
轮叶片；8、转轮外缘；9、转轮内缘；10、叶片前缘；11、叶片后缘。
具体实施方式
[0037]下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0038]以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本专利技术提供进一步的详细说明。除非另有指明，本专利技术所采用的所有技术术语与本专利技术所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本专利技术所使用的术语仅是为了描述具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抑制轴流定桨水轮机尾水管涡带的流道，其特征在于，包括依次连接的蜗壳(1)、多个固定导叶(2)、多个活动导叶(3)、转轮(4)和尾水管(5)；水流依次流经上述部件；转轮(4)包括转轮轮毂(6)和多个转轮叶片(7)；转轮轮毂(6)的外侧固定安装有多个转轮叶片(7)；转轮叶片(7)与转轮轮毂(6)相连的一面为转轮内缘(9)；转轮叶片(7)远离转轮轮毂(6)的一面为转轮外缘(8)；转轮外缘(8)和转轮内缘(9)的截面均为月牙形结构。2.根据权利要求1所述的一种抑制轴流定桨水轮机尾水管涡带的流道，其特征在于，所述转轮叶片(7)在纵向方向的两侧边为叶片前缘(10)和叶片后缘(11)，靠近活动导叶(3)的一侧为叶片前缘(10)，远离活动导叶(3)的一侧为叶片后缘(11)。3.根据权利要求2所述的一种抑制轴流定桨水轮机尾水管涡带的流道，其特征在于，所述转轮叶片(7)靠近叶片前缘(10)的厚度大于转轮叶片(7)远离叶片前缘(10)的厚度。4.根据权利要求2所述的一种抑制轴流定桨水轮机尾水管涡带的流道，其特征在于，所述转轮外缘(8)处的截面叶片角度β与叶片位置M的关系式为：β＝
‑
4.04994
×
10
‑7M4+0.0001252653‑
0.0123993932+0.57409207+50.59313709β为叶片翼型骨线的切线与圆周方向的夹角；M为叶片前缘(10)到叶片后缘(11)的距离占总转轮叶片(7)长度的比例；M的范围为0.00～0.88。5.根据权利要求4所述的一种抑制轴流定桨水轮机尾水管涡带的流道，其特征在于，所述转轮外缘(8)处的截面叶片厚度T与叶片位置M的关系式为：T＝
‑
1.69215
×
10
‑
M4+3.67245
×
10
‑
M3‑
3.48309<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟利，葛延，曾崇济，刘鑫，苗大庆，闫姝，余璐，卢坤鹏，白皓，李帥含，孙凯尧，马晓亮，
申请(专利权)人：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司华能海上风电科学技术研究有限公司，
类型：发明
国别省市：