[发明专利]一种增加鱼类存活率的混流式水轮机

说明书

技术领域

本发明涉及一种混流式水轮机，具体的说是一种通过改进流道的设计增加鱼类存活率的混流式水轮机。

背景技术

通过水轮机的鱼易遭受各种形式的胁迫，可能引起高死亡率。这种胁迫包括涡轮机的运动或固定部件（导向叶片、叶片和轮叶）撞击的可能性，突然加速或减速和压力的突然改变。针对鱼类通过水轮机的损伤机理研究，国外（如美国、加拿大、瑞典、荷兰、德国及法国）主要以幼鲑为研究对象，测试幼鲑通过不同水轮机运行工况下存活率。幼鲑在混流式涡轮机的情况下死亡率变动在不到5%到95%以上之间，幼鲑的死亡原因主要是由于混流式涡轮机通常安装在较高的水头下。1995年，美国陆军工程师团成立了一个水轮机流道鱼类存活率研究小组，小组专家们将水轮机对鱼类可能造成的伤害机理分4类包括：1.机械机理：擦伤、摩擦和撞击，它取决于泄水和流速、水轮机叶片的个数和空间，以及流道的几何形状；2.压力，损伤取决于鱼及鱼类的承受压力大大小和压力的变化率；3.空蚀， 福斯特工程的最高鱼类存活率发生在水轮机的运行空蚀常数为临界值得1/2～1/3时；4.剪切力和紊流，剪切应力最大值出现在流体所经过的固体边界附近，如叶片前缘、轮叶和导叶处。

一旦确定了伤害机理，就可确定生物学设计标准，并引用于新的和改造的水轮机，使水轮机对鱼类更有利。目前国内水利工程对于帮助鱼类下行的措施考虑得甚少，甚至没有考虑，导致鱼类特别是一些珍稀鱼种在水轮机流道中受伤，甚至致死的事件时有发生，造成对鱼类资源的损害,三峡水电站的运行就曾发生中华鲟误入水轮机流道致死的事件，这对稀有的中华鲟资源造成较大的损失。对于普通的水轮机，鱼类通过水轮机的死亡率超过30%，可见水轮机的运行已对流域中鱼类的生存造成了一定的威胁。截至2009年底，我国水电装机容量已达1.97亿千瓦,目前大中型水电站有263座，位于世界第1位。因此，在加快我国水电建设的同时，对鱼类通过水轮机的损伤概率展开深入研究，探求减少鱼体损伤概率的水轮机流道型式是我国水电能源可持续发展所面临的一个重大课题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提出一种通过改进流道的设计增加鱼类存活率的混流式水轮机，在保证发电效率为90%的前提下，减少叶片个数，增加过流通道，改善流道流动状态，降低空蚀，均化内部压力，提高鱼类通过水轮机的存活率。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：提供一种增加鱼类存活率的混流式水轮机，主要由金属蜗壳、座环、负曲率固定导叶、活动导叶、导叶轴、盖板、轴承座、锥形尾水管和水轮机旋转部件组成；所述金属蜗壳内侧与座环经焊接相连；所述水轮机旋转部件包括X型水轮机转轮叶片、X型水轮机转轮上冠、X型水轮机转轮下环、主轴及泄水锥；所述X型水轮机转轮叶片通过焊接方法固定在X型水轮机转轮下环与X型水轮机转轮上冠之间，所述转轮上冠与主轴之间通过键传递力矩，所述泄水锥通过螺栓固定于转轮上冠下表面；所述主轴安装在轴承座上，所述盖板采用螺栓固定方式与座环相连；所述活动导叶固定在导叶轴上，所述导叶轴的下端支承在底环上，上端伸出盖板；所述负曲率固定导叶安装于所述活动导叶外侧，并与所述活动导叶布置在同心的圆柱面上，呈并排布置，组成双排环列叶栅；所述X型水轮机转轮叶片的进口边厚度增厚，自进口边到出口边叶片断面呈“鱼形结构”，叶片翼型的最小厚度与最大厚度之比为0.2～0.3。

本发明进一步限定的技术方案是：前述的增加鱼类存活率的混流式水轮机，所述X型水轮机转轮叶片的叶片数为6片，水轮机转轮高度                                               为水轮机转轮标称直径的0.76倍，水轮机转轮出口直径与水轮机转轮标称直径的比值为1.05。

前述的增加鱼类存活率的混流式水轮机，所述活动导叶分布圆直径为水轮机转轮标称直径的1.22倍。

前述的增加鱼类存活率的混流式水轮机，所述负曲率固定导叶的安装个数为8。

进一步的，前述的增加鱼类存活率的混流式水轮机，所述X型水轮机转轮上冠进口角为53.3°，出口角为20.1°；所述X型水轮机转轮下环采用具有锥角α的直线型结构，其锥角α为8°。