一種水泵水輪機(jī)及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水栗水輪機(jī)及其使用方法，屬于流體機(jī)械領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002 ]現(xiàn)有的水栗水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，它包括蝸殼1、固定導(dǎo)葉2、活動(dòng)導(dǎo)葉3和轉(zhuǎn)輪
4。其中，蝸殼1、固定導(dǎo)葉2和活動(dòng)導(dǎo)葉3作為水栗水輪機(jī)的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，可以形成和改變進(jìn)入轉(zhuǎn)輪4的水流的環(huán)量，控制機(jī)組流量大小，使得水流在不同的流量下沿圓周均勻進(jìn)入轉(zhuǎn)輪4。固定導(dǎo)葉2由于需要承受機(jī)組軸向負(fù)載，其部件不能轉(zhuǎn)動(dòng)，因此只能作為固定導(dǎo)水機(jī)構(gòu)來(lái)初步形成進(jìn)入活動(dòng)導(dǎo)葉3水流的環(huán)量。而活動(dòng)導(dǎo)葉3需要通過(guò)開關(guān)導(dǎo)葉來(lái)調(diào)節(jié)通過(guò)機(jī)組的流量來(lái)適應(yīng)流體機(jī)械中不同的運(yùn)行工況。但是活動(dòng)導(dǎo)葉3在啟動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)活動(dòng)導(dǎo)葉開度較小時(shí)，水流將以不合理的沖角進(jìn)入轉(zhuǎn)輪，引起轉(zhuǎn)輪4葉片背面脫流嚴(yán)重，使得轉(zhuǎn)輪4中水流紊亂，存在嚴(yán)重渦流，導(dǎo)致水力損失增加，壓力脈動(dòng)加劇。
[0003]另外，作為抽水蓄能電站的核心部件，水栗水輪機(jī)在低水頭甩負(fù)荷至空載運(yùn)行時(shí)，機(jī)組經(jīng)常會(huì)進(jìn)入到“S”形特性區(qū)，而該區(qū)域內(nèi)機(jī)組運(yùn)行極不穩(wěn)定。目前改善水栗水輪機(jī)空載穩(wěn)定性最成熟可靠、應(yīng)用最多的為采用非同步導(dǎo)葉，即先設(shè)定少數(shù)的活動(dòng)導(dǎo)葉3比其它活動(dòng)導(dǎo)葉3預(yù)先開啟一個(gè)較大的角度，以使其它活動(dòng)導(dǎo)葉3在較小開度的時(shí)候就能獲得相應(yīng)的流量，從而使機(jī)組在較小開度時(shí)避開“S”形不穩(wěn)定區(qū)。但是轉(zhuǎn)輪4和活動(dòng)導(dǎo)葉3流域存在動(dòng)靜干涉，因此非同步導(dǎo)葉投入期間，由于導(dǎo)葉的非同步開啟，流入轉(zhuǎn)輪4的水流不能形成一個(gè)均勻分布的環(huán)量，破壞了轉(zhuǎn)輪室的水力平衡，使轉(zhuǎn)輪4和活動(dòng)導(dǎo)葉3流域間的動(dòng)靜干涉加大，進(jìn)而致使機(jī)組內(nèi)部的壓力脈動(dòng)、噪聲和振動(dòng)等問(wèn)題加劇，增加了機(jī)組的運(yùn)行、維護(hù)成本，一定程度上也降低了機(jī)組的疲勞強(qiáng)度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠有效降低水力損失、能夠避開“S”形不穩(wěn)定區(qū)且不會(huì)增加機(jī)組內(nèi)部的壓力脈動(dòng)的水栗水輪機(jī)及其使用方法。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種水栗水輪機(jī)，包括蝸殼、固定導(dǎo)葉、活動(dòng)導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪，所述轉(zhuǎn)輪位于所述蝸殼內(nèi)的中部，所述固定導(dǎo)葉和活動(dòng)導(dǎo)葉分布在所述蝸殼內(nèi)，所述活動(dòng)導(dǎo)葉分布于所述轉(zhuǎn)輪的外周，所述固定導(dǎo)葉分布于所述活動(dòng)導(dǎo)葉的外周，其特征在于:在每?jī)蓚€(gè)所述固定導(dǎo)葉之間均轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置一個(gè)小導(dǎo)葉。
[0006]所述小導(dǎo)葉采用與所述固定導(dǎo)葉一致的形狀且尺寸小于所述固定導(dǎo)葉。
[0007]每一所述小導(dǎo)葉將兩所述固定導(dǎo)葉之間的流道均分成兩部分。
[0008]還包括用于控制所述小導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動(dòng)的控制機(jī)構(gòu)。
[0009]—種水栗水輪機(jī)的使用方法，包括以下步驟:I)將水栗水輪機(jī)的活動(dòng)導(dǎo)葉預(yù)先開啟10?22° ;2)開啟位于固定導(dǎo)葉之間的小導(dǎo)葉，水流進(jìn)入轉(zhuǎn)輪，當(dāng)小導(dǎo)葉開啟至開度與固定導(dǎo)葉的開度一致時(shí)控制小導(dǎo)葉停止轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0010]本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn):1、本發(fā)明由于在固定導(dǎo)葉之間設(shè)置可轉(zhuǎn)動(dòng)的小導(dǎo)葉，因此，本發(fā)明的固定導(dǎo)葉部分同時(shí)具備支撐機(jī)組和調(diào)節(jié)流量的雙重功能。2、本發(fā)明小導(dǎo)葉可以通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)開關(guān)，具備調(diào)節(jié)流量的功能，使得活動(dòng)導(dǎo)葉只需調(diào)整到適合工況的合理開度，引導(dǎo)水流以優(yōu)于零開度的沖角進(jìn)入轉(zhuǎn)輪，從而可以避免啟動(dòng)過(guò)程中，活動(dòng)導(dǎo)葉在極小開度時(shí)，進(jìn)入轉(zhuǎn)輪流體的不合理沖角導(dǎo)致的渦流，進(jìn)而降低壓力脈動(dòng)，大幅提高機(jī)組的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性。3、水栗水輪機(jī)在“S”形特性區(qū)運(yùn)行時(shí)，本發(fā)明可以代替非同步導(dǎo)葉，首先將活動(dòng)導(dǎo)葉預(yù)先開啟至與穩(wěn)定運(yùn)行工況相對(duì)應(yīng)的合理角度10°至22°，然后開啟固定導(dǎo)葉間處于全關(guān)狀態(tài)的小導(dǎo)葉，直至小導(dǎo)葉開度與固定導(dǎo)葉一致；因?yàn)樾?dǎo)葉5為相隔布置，而固定導(dǎo)葉的角度較大，所以小導(dǎo)葉在開啟很小角度的時(shí)候，機(jī)組就能獲得相應(yīng)的流量和速度，使機(jī)組在小導(dǎo)葉較小開度時(shí)避開“S”形不穩(wěn)定區(qū)；由于活動(dòng)導(dǎo)葉全部預(yù)先開啟，水流在轉(zhuǎn)輪進(jìn)口成一個(gè)均勻分布的環(huán)量，將更好地引導(dǎo)水流進(jìn)入轉(zhuǎn)輪，不會(huì)增加轉(zhuǎn)輪和活動(dòng)導(dǎo)葉流域存在的動(dòng)靜干涉，能夠大大改善因非同步導(dǎo)葉的應(yīng)用所導(dǎo)致的機(jī)組壓力脈動(dòng)、噪聲和振動(dòng)加劇等問(wèn)題;這種方法引導(dǎo)水流的作用優(yōu)于傳統(tǒng)的預(yù)先開啟部分活動(dòng)導(dǎo)葉。4、本發(fā)明小導(dǎo)葉翼型由原始固定導(dǎo)葉等比例縮小產(chǎn)生，將固定導(dǎo)葉之間的流道分成均勻兩部分，能夠盡可能減少小型導(dǎo)葉的增加對(duì)機(jī)組造成的水力損失。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是現(xiàn)有的水栗水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖3是本發(fā)明在小導(dǎo)葉關(guān)閉狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0015]如圖2、圖3所示，本發(fā)明包括蝸殼1、固定導(dǎo)葉2、活動(dòng)導(dǎo)葉3和轉(zhuǎn)輪4，其中，轉(zhuǎn)輪4位于蝸殼I內(nèi)的中部，固定導(dǎo)葉2和活動(dòng)導(dǎo)葉3分布在蝸殼I內(nèi)，活動(dòng)導(dǎo)葉3分布于轉(zhuǎn)輪4的外周，固定導(dǎo)葉2分布于活動(dòng)導(dǎo)葉3的外周。本發(fā)明的特點(diǎn)在于，在每?jī)蓚€(gè)固定導(dǎo)葉2之間均轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置一個(gè)小導(dǎo)葉5。
[0016]進(jìn)一步地，小導(dǎo)葉5采用與固定導(dǎo)葉2—致的形狀且尺寸小于固定導(dǎo)葉2。
[0017]進(jìn)一步地，每一小導(dǎo)葉5將兩固定導(dǎo)葉2之間的流道均分成兩部分。
[0018]進(jìn)一步地，本發(fā)明設(shè)置有用于控制小導(dǎo)葉5轉(zhuǎn)動(dòng)的控制機(jī)構(gòu)，使小導(dǎo)葉5能夠?qū)崿F(xiàn)開關(guān)、調(diào)節(jié)機(jī)組流量。
[0019]本發(fā)明水栗水輪機(jī)在運(yùn)行時(shí)，固定導(dǎo)葉2保持固定不動(dòng)，通過(guò)小導(dǎo)葉5的開關(guān)來(lái)控制進(jìn)入機(jī)組的流量，而活動(dòng)導(dǎo)葉3可以調(diào)整至一個(gè)合理的角度，給進(jìn)入轉(zhuǎn)輪4的水流一個(gè)合理的沖角，從而保證轉(zhuǎn)輪4內(nèi)穩(wěn)定流動(dòng)，提高機(jī)組的效率和穩(wěn)定性。本發(fā)明可以避免啟動(dòng)過(guò)程中，活動(dòng)導(dǎo)葉3在極小開度時(shí)，進(jìn)入轉(zhuǎn)輪4流體的不合理沖角導(dǎo)致的渦流，從而降低壓力脈動(dòng)，大幅度提尚機(jī)組的運(yùn)彳丁效率和穩(wěn)定性。
[0020]基于上述水栗水輪機(jī)，本發(fā)明還提出了一種水栗水輪機(jī)的使用方法，包括以下步驟:
[0021]I)將水栗水輪機(jī)的活動(dòng)導(dǎo)葉3預(yù)先開啟10?22°，該角度區(qū)間可以使水栗水輪機(jī)穩(wěn)定啟動(dòng)，避開“S”形不穩(wěn)定區(qū)。
[0022]2)開啟位于固定導(dǎo)葉2之間的小導(dǎo)葉5，水流進(jìn)入轉(zhuǎn)輪，當(dāng)小導(dǎo)葉5開啟至開度與固定導(dǎo)葉2的開度一致時(shí)控制小導(dǎo)葉5停止轉(zhuǎn)動(dòng)。由于小導(dǎo)葉5為相隔布置，而固定導(dǎo)葉2的角度較大，所以小導(dǎo)葉5在開啟很小角度的時(shí)候就能獲得相應(yīng)的流量和速度，使機(jī)組在小導(dǎo)葉5較小開度時(shí)避開“S”形不穩(wěn)定區(qū)。
[0023]上述方法中，預(yù)先開啟活動(dòng)導(dǎo)葉3可以對(duì)水流流動(dòng)進(jìn)行控制，給進(jìn)入轉(zhuǎn)輪4的水流一個(gè)均勻分布的環(huán)量，更好地引導(dǎo)水流進(jìn)入轉(zhuǎn)輪4，不會(huì)增加轉(zhuǎn)輪4和活動(dòng)導(dǎo)葉3流域存在的動(dòng)靜干涉，避免了傳統(tǒng)的預(yù)開導(dǎo)葉法導(dǎo)致的機(jī)組內(nèi)部的壓力脈動(dòng)、噪聲和振動(dòng)等問(wèn)題。
[0024]本發(fā)明同樣具備提高水栗水輪機(jī)機(jī)組效率和穩(wěn)定性的能力。
[0025]本發(fā)明僅以上述實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，各部件的結(jié)構(gòu)、設(shè)置位置及其連接都是可以有所變化的。在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，凡根據(jù)本發(fā)明原理對(duì)個(gè)別部件進(jìn)行的改進(jìn)或等同變換，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種水栗水輪機(jī)，包括蝸殼、固定導(dǎo)葉、活動(dòng)導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪，所述轉(zhuǎn)輪位于所述蝸殼內(nèi)的中部，所述固定導(dǎo)葉和活動(dòng)導(dǎo)葉分布在所述蝸殼內(nèi)，所述活動(dòng)導(dǎo)葉分布于所述轉(zhuǎn)輪的外周，所述固定導(dǎo)葉分布于所述活動(dòng)導(dǎo)葉的外周，其特征在于:在每?jī)蓚€(gè)所述固定導(dǎo)葉之間均轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置一個(gè)小導(dǎo)葉。2.如權(quán)利要求1所述的一種水栗水輪機(jī)，其特征在于:所述小導(dǎo)葉采用與所述固定導(dǎo)葉一致的形狀且尺寸小于所述固定導(dǎo)葉。3.如權(quán)利要求1或2所述的一種水栗水輪機(jī)，其特征在于:每一所述小導(dǎo)葉將兩所述固定導(dǎo)葉之間的流道均分成兩部分。4.如權(quán)利要求1所述的一種水栗水輪機(jī)，其特征在于:還包括用于控制所述小導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動(dòng)的控制機(jī)構(gòu)。5.—種如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述水栗水輪機(jī)的使用方法，包括以下步驟: 1)將水栗水輪機(jī)的活動(dòng)導(dǎo)葉預(yù)先開啟10?22°; 2)開啟位于固定導(dǎo)葉之間的小導(dǎo)葉，水流進(jìn)入轉(zhuǎn)輪，當(dāng)小導(dǎo)葉開啟至開度與固定導(dǎo)葉的開度一致時(shí)控制小導(dǎo)葉停止轉(zhuǎn)動(dòng)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種水泵水輪機(jī)，包括蝸殼、固定導(dǎo)葉、活動(dòng)導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪，所述轉(zhuǎn)輪位于所述蝸殼內(nèi)的中部，所述固定導(dǎo)葉和活動(dòng)導(dǎo)葉分布在所述蝸殼內(nèi)，所述活動(dòng)導(dǎo)葉分布于所述轉(zhuǎn)輪的外周，所述固定導(dǎo)葉分布于所述活動(dòng)導(dǎo)葉的外周，其特征在于：在每?jī)蓚€(gè)所述固定導(dǎo)葉之間均轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置一個(gè)小導(dǎo)葉。本發(fā)明水泵水輪機(jī)在運(yùn)行時(shí)，固定導(dǎo)葉保持固定不動(dòng)，通過(guò)小導(dǎo)葉的開關(guān)來(lái)控制進(jìn)入機(jī)組的流量，而活動(dòng)導(dǎo)葉可以調(diào)整至一個(gè)合理的角度，給進(jìn)入轉(zhuǎn)輪的水流一個(gè)合理的沖角，從而保證轉(zhuǎn)輪內(nèi)穩(wěn)定流動(dòng)，提高機(jī)組的效率和穩(wěn)定性。
【IPC分類】F03B3/12
【公開號(hào)】CN105508121
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610015261
【發(fā)明人】高忠信, 朱文若, 陸力, 陳瑩, 孟曉超
【申請(qǐng)人】中國(guó)水利水電科學(xué)研究院, 北京中水科水電科技開發(fā)有限公司
【公開日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2016年1月11日