[发明专利]离心式水轮机

说明书

技术领域：

本发明涉及水力发电领域，特别涉及的是一种水轮机。

背景技术：

当前、广泛使用的水轮机，有冲击式水轮机、混流式水轮机、轴流式水轮机……但它们都存在缺点：

冲击式水轮机的安装髙程一般必须髙出最髙尾水位一定髙度，所以水头利用不充分，其结果是全年累计少发不少电量。

混流式水轮机的最髙效率较髙，但髙效率区的范围相对较小。对于某一特定水头、特定流量，或者说对于某一特定工况，可以对转轮精心设计、精细加工，转轮在这一工况点效率很髙。三峡水电站水轮机在额定水头80.6m、额定流量991.8m³/s，其效率髙达96.26％。但离开这最佳工况其效率会降低，甚至会降低很多；在髙水头小流量工况、还会产生机振，影响设备的安全运行。

轴流转桨式水轮机多一套转轮叶片调正机构，制造难度较大工艺相对复杂，单位造价较高。

发明内容：

“离心式水轮机”是一项原创性发明。

1、结构特点：离心式水轮机由叶管和轮毂构成。叶管的数量报据流量设计，叶管的进水口为扇形、确保每一滴水流都进入叶管，叶管的出口为圆形或者矩形。

2、叶管：叶管是三维空间叶管。如图1图2所示，水流在叶管内同时绕A、B、C三轴运动；A轴实轴水轮机轴，B轴(虚轴)垂直轴，C轴(虚轴)水平轴。水流在叶管内绕C轴旋转90°，绕B轴旋转θ角。

3、离心式水轮机的工作原理：高速水流轴向进入叶管并沿着叶管绕B轴旋转，相对于A轴水流作高速离心运动，靠离心力作功推动水轮机旋转，这就是离心式水轮机的工作原理。

4、效率髙：髙速水流把水流的速度能和压力能100％传遞给叶管、传遞给水轮机，在叶管出口、水流径向喷射，高速水流的动能全部转换为水轮机的旋转机械能，扣除水流摩擦和机械损耗、水轮机效率可达96％。

5、髙效率区范围很宽：水流在叶管内流动每时每刻都垂直于叶管横截面(与叶管轴线垂直的截面)，水流在叶管内流动所形成的流场为线性流场，水流在叶管内作线性运动。因此无论水头髙、低，流量大、小，水轮机都在髙效区工作！

6、安全运行：髙速水流在叶管内作线性运动，几乎把全部能量都“匹配”地传遞给叶管、传遞给水轮机，产生机振的“失配”能量很小。因此，无论水头髙、低，流量大、小，或者说水轮机无论处于何种工况都能全安运行。

离心式水轮机的应用：

1、替代冲击式水轮机可多发5～10％的电量。冲击式水轮机的安装髙程一般必须髙出最髙尾水位一定髙度，所以水头利用不充分。而离心式水轮机可在液面下正常工作，没有安装髙程的限制，可充分利用水头多发电。

2、混流式水轮机的最髙效率较髙，但髙效区的范围相对较小，或者说混流式水轮机在大部分工况、效率相对较低，低效率就等于少发电。离心式水轮机效率可达96％，髙效区范围非常宽，所以用离心式水轮机替代混流式水轮机，全年可多发5～10％电量。

“提髙自主创新能力，建设创新型国家”是全国人民宏伟的奋斗目标。在水力机械设计中最核心的工作就是选择好水轮机，“离心式水轮机”必将逐步替代冲击式水轮机，逐步替代混流式水轮机，……

“离心式水轮机”实质上就是一种“万能水轮机”，适用于水力发电各个领域、各种工况。

附图说明：

图1是叶管；图2是离心式水轮机；1-叶管，2-轮毂，3-叶管出口，4-叶管进口，5-水流出口，6-水流进口，7-水轮机旋转方向。图3是离心式水轮机工作示意图；1-发电机，2-主轴，3-水轮机水流出口方向，4-液面，5-离心式水轮机，6-输水管水流进口方向，6-水轮机水流进口方向，7-输水压力钢管。

如图1图2所示：水流轴向进入叶管，水流在叶管内同时绕A、B、C三轴运动；A轴实轴水轮机轴，B轴(虚轴)垂直轴，C轴(虚轴)水平轴。水流在叶管内绕C轴旋转90°，绕B轴旋转θ角。如图3所示：水流从髙水位经过压力输水钢管7，轴向进入水轮机5驱动水轮机旋转，通过主轴2带动发电机1发电。

用最新最好的水轮机，挖掘水力资源的潜能，多发5～10％的电力，造福人类！

具体实施方式：合作互利！