[发明专利]水泵水轮机空间曲面导叶

说明书

技术领域：

本发明属于水力机械技术领域，特别涉及一种水泵水轮机活动导叶。

技术背景：

水泵水轮机活动导叶有两项作用：水轮机工况承担形成环量和控制流量的作用；水泵工况调整出口水流方向使之与蜗壳水流相适应。以上两种工况导叶都有切断水流的作用。可见水泵水轮机导叶是保证水泵水轮机具有良好水力性能和可靠性能的重要部件。经过长期发展水轮机导叶已基本定型。

现有的水轮机导叶形式有以下两种情况： 

1.如图1-1所示，在导叶轴向方向上（此时O O’为同一点），导叶上端面直线OA与下端面直线O’A’完全重合。

2.如图1-2所示，在导叶轴向方向上（此时O O’为同一点），导叶上端面直线OA与下端面直线O’A’共线。

即传统的水轮机活动导叶上端面直线OA与下端面直线O’A’互为平行。

随着技术的进步和认知的提高对水轮机性能的要求与日俱增，由最初的单一追求水轮机组出力演变为对水轮机组效率、空化的要求。近些年来相当数量的水力发电站出现不同程度的水力振动现象，水轮机运行稳定性问题逐渐显露，并成为评价水轮机水力性能的主要指标。作为水泵水轮机的重要通流部件双列叶栅的水力设计不仅影响水泵水轮机效率，而且直接关系机组的安全稳定运行。实践表明水轮机稳定性问题绝不仅仅是转轮扰动和尾水管压力脉动问题，水轮机导水部件内部水流的不稳定流动同样影响水轮机组的安全稳定。

发明内容

本发明的目的就是针对背景技术的现状，通过对导叶翼型进行改进，提供一种水泵水轮机空间曲面导叶，使其不仅具有与传统导叶相同的截断流量作用，而且能够减小水力损失、提高水轮机效率及运行稳定性。

本发明的技术方案是：一种水泵水轮机空间曲面导叶，包括有上端面、下端面及上下端面之间由若干直线组成的的直纹面，其特征在于：

所述上端面上的直线OA与下端面上直线O’A’不互为平行且不在同一平面内，其中：

A为水轮机工况水流流入侧的导叶进水边与上端面的连接点；

A’ 为水轮机工况水流流入侧的导叶进水边与下端面的连接点；

O为导叶在上端面转动中心；

O’ 为导叶在下端面转动中心。

为进一步提高本发明的效果：1、本发明所述的OA和O’A’在导叶轴向方向上的夹角α为：0.5度≤α＜360/n度；其中n为导叶个数。2、以水泵水轮机转动中心为基准，本发明在全关位置的包角φ=φ₀+Δφ；其中φ₀为同翼形常规导叶的包角，Δφ＞0.5度。

按照本发明，水泵水轮机空间曲面活动导叶可以使水泵水轮机在以下方面获益。

1.减小双列叶栅水力损失，提高水轮机工况效率

水轮机工况活动导叶承担形成环量和控制流量的作用，是水泵水轮机的重要通流部件，双列叶栅的水力损失直接影响水轮机效率。应用数值分析对双列叶栅水力损失进行预估，计算结果表明本发明可以减小双列叶栅水力损失，提高水轮机组效率。

首先对传统导叶进行优化设计，调整导叶翼型及固定导叶与活动导叶匹配关系，以使双列叶栅的水力损失达到最小，以此导叶翼型为基准设计本发明导叶，计算本发明导叶水力损失。从计算的双列叶栅水力损失比较可以看出：应用本发明导叶双列叶栅水力损失可以明显减小。

2.改善转轮进口环量分布，提高水泵水轮机运行稳定性

随着技术的进步和认知的提高对水轮机性能的要求与日俱增，由最初的单一追求水轮机组出力演变为对水轮机组效率、空化的要求。近些年来相当数量的水力发电站出现不同程度的水力振动现象，水轮机运行稳定性问题逐渐显露，并成为评价水轮机水力性能的主要指标。

实践表明：水轮机稳定性问题绝不仅仅是转轮扰动和尾水管压力脉动问题，水轮机导水部件内部水流的不稳定流动同样影响水轮机组的安全稳定。本发明导叶可以改变导叶出水边即转轮进口的环量分布，使其在轴线方向的分布更趋合理，从而消除导水部件不稳定流动对下游尾水管的影响，提高水轮机组运行稳定性。

3.具有与传统导叶相同的截断水流的作用

与传统水轮机的活动导叶相同，本发明导叶能够完全关闭，具有与传统导叶相同的截断流量作用。

附图说明

    图1 为常规水轮机导叶示例。其中：1-1为混流式水轮机导叶，

1-2为贯流式水轮机导叶。

图2 为本发明导叶示例。其中：2-1为导叶下端面在前，2-2为导叶上端面在前。