[发明专利]低水头竖井贯流双向高效水轮机转轮及其机电装置和配套流道

说明书

技术领域

本发明涉及一种低水头竖井贯流双向高效水轮机转轮及其机电装置和配套流道，属于能源利用技术领域。

背景技术

目前，随着世界各国的高水头水力资源逐渐开发罄尽，各国都不约而同地把目光转向了低水头水力资源,如海洋潮汐能。进入21世纪后，由于受石油价格大幅上涨的影响和二氧化碳减排的压力，潮汐能作为一种洁净可再生能源而再次被世界各国所重视。潮汐发电是利用潮水涨、落产生的水位差所具有势能来发电，将海水涨、落潮的能量变为机械能转变为电能（发电）的过程。具体是在海湾或有潮汐的河口建一拦水堤坝，将海湾或河口与海洋隔开构成水库，再在坝内或坝房安装水轮发电机组，然后利用潮汐涨落时海水位的升降，使海水通过轮机转动水轮发电机组发电。由于潮汐发电水头比较低，主要采用贯流式水轮机。竖井贯流式机组在我国只有数量极少的小容量机组在运行，其主要原因是对竖井贯流式机组的流道设计、机组总体的结构型式、增速器的连接方式及双调结构的受油器布置如何解决等关键技术缺乏深入的研究、设计，致使这种结构简单、安装、维护方便，水力性能优良，造价便宜（比灯泡贯流式机组造价低20%～60%）的竖井贯流式机组未能得到开发、推广使用。因此，开展新型竖井贯流式水轮发电机组研究，降低潮汐电站建设与运营成本，促进潮汐电站发展，任务迫切，意义深远。

发明内容

本发明针对上述问题的不足，提出一种水轮机能双向工作，且有较好的能量转换性能同时造价低的低水头竖井贯流双向高效水轮机转轮。

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案是：一种低水头竖井贯流双向高效水轮机转轮，包括转轮轮毂、泄水锥，所述转轮轮毂沿周向均匀设置有多个截面为对称翼型的叶片，而转轮轮毂的泄水一侧安装泄水锥；所述叶片的形状为中间厚两边薄，且叶片最小厚度b₁与最大厚度b₂之比为0.28～0.35，同时叶片的翼形弯曲角在90°～95°之间；所述叶片初始安放角为66°,调整值在+3°之间。

优选的：所述叶片为沿转轮轮毂沿周向均匀分布设置的三个对称翼型的叶片。

优选的：所述转轮高度h与水轮机直径d的比值为0.26，转轮轮毂的直径d₀和水轮机直径d的比值为0.35。

优选的：所述转轮转速速度为200-300转/分钟。

一种基于上述所述低水头竖井贯流双向高效水轮机转轮的机电装置，包括发电机、活动导叶、主轴和水轮机，所述主轴依次连接着水轮机、发电机，将水轮机的机械能传递给发电机；所述转轮安装在水轮机出水一侧，而活动导叶安装在位于转轮进水一侧的水轮机进口前；所述水轮机与发电机之间设置有增速器。

一种基于上述所述低水头竖井贯流双向高效水轮机转轮的配套机电的配套流道，所述流道包括进水段、竖井段、导叶段、转轮段、尾水管段四个部分组成；所述发电机和增速器布置在竖井里面；所述活动导叶布置在导叶段，安装在位于转轮进水一侧的水轮机进口前；所述主轴连接着水轮机、增速器、发电机，将水轮机的机械能传递给增速器和发电机；所述所述水轮机设置在转轮段中的转轮室内；所述转轮安装在水轮机的主轴末端。

本发明的工作原理：本发明适用于双向潮汐发电电站。在涨潮开始后，外海潮水位与库水位接近相等时关闭水闸。随着潮水位上升，形成外高内低的落差，当水头超过水轮机允许最低工作水头时，水轮机投入运行，开始发电，此时水流由外海流向水库，使库水位上升，但潮水上升较快，故工作水头也不断增加，直至高潮时刻。退潮时候，潮位下降，库水位位于高水位，水头落至水轮机允许最低的工作水头，水轮机停止发电。这种潮汐电站的主要优点是，除水库内外水位相平外，不管在涨潮还是在落潮时均能发电，其发电的时间和发电量都比单向潮汐电站多，能够比较充分地利用潮汐能量。两次发电水流方向相反，要求水轮机能双向工作，并且水轮机的正反向工作都能有较好的能量转换性能，获得尽可能多的潮汐能，提高潮汐能的利用率，提高潮汐电站的效益。