[发明专利]混流式水泵水轮机

说明书

技术领域

本发明涉及一种水泵水轮机，特别涉及一种混流式水泵水轮机。

背景技术

抽水蓄能电站是利用电网中负荷低谷时的电力，由下水库抽水到上水库蓄能，待电网高峰负荷时，放水回到下水库发电的水电站，又称蓄能式水电站。它不仅能够调峰、调频、调相，还承担紧急事故备用，保证电网安全、稳定运行，同时还能够改善能源结构、缓解用水矛盾。

目前，随着经济社会的快速发展，对抽水蓄能电站的要求也越来越高，抽水蓄能机组作为电站机组的核心部件，其安全稳定高效运行极为重要。抽水蓄能机组中的水泵水轮机既要满足在水泵工况下运行，又要在水轮机工况下运行。与常规的机组相比，工况更加复杂多变。然而，现有的水泵水轮机还存在以下缺陷：⑴水泵水轮机的转轮叶片一般为7个或9个，转轮出口的空间较小，水力损失及二次流损失很大，严重影响了水泵水轮机的运行效率；⑵由于抽水蓄能电站的特殊用途，使机组不可避免地运行在偏离设计工况点，比如在部分负荷区，水轮机的转轮进口动静干涉现象剧烈，尾水管压力脉动也较大，尤其在S区，运行工况的不稳定现象极为突出；⑶由于转轮的叶片背面脱流情况严重，引起转轮进口高强度的空化等一系列问题，严重影响着抽水蓄能电站的安全稳定运行及经济效益。

中国发明专利申请（专利申请号201110183170.4）公开了一种混流式水泵水轮机长短叶片转轮，包括一个上冠、一个下环、若干个经过优化设计的长叶片和短叶片。通过对长叶片和短叶片的包角、叶片的进出口角、短叶片轴面流道的长度,短叶片到相邻长叶片背面开口的大小等参数进行优化，可以使水轮机工况部分负荷条件下尾水管压力脉动大大降低，转轮直径减小，从而提高转轮效率。但是，该长短叶片转轮还存在以下缺点：由于水泵水轮机叶片间流道较长，在“S”区叶片间产生的流动漩涡十分严重，对流场稳定性产生重要影响，机组运行稳定性问题依然存在。

发明内容

本发明的目的是提供一种可大大降低“S”区涡强度、提高流场稳定性的混流式水泵水轮机。

本发明的上述目的是通过以下的技术措施来实现的：一种混流式水泵水轮机，包括蜗壳、固定导叶、活动导叶、转轮和尾水管，所述转轮位于蜗壳内中部，所述固定导叶和活动导叶分布在蜗壳内靠近转轮处，所述尾水管上接蜗壳底面中部，所述转轮主要由上冠、下环及叶片组成，所述叶片位于上冠和下环之间，其特征在于：所述叶片成组沿下环的圆周分布，每组叶片由一个长叶片、一个中长叶片和两个短叶片组成，其中一个短叶片作为第一短叶片位于该组叶片的长叶片与中长叶片之间，另一个短叶片作为第二短叶片位于该组叶片的中长叶片与相邻组叶片的长叶片之间。

本发明每组叶片由一个长叶片、一个中长叶片和两个短叶片组成，在“S区”叶片间产生的漩涡可以被有力的分解，涡强度大大降低，且两个短叶片产生的尾流漩涡可以相互作用，消除了其进一步发展成较大漩涡的可能性；S区曲线的弯曲程度明显减轻，二次流损失更小，流场的流动性能得到改善，保证了机组运行的稳定性，降低了机组发生振动的可能性。

作为本发明的一种改进，所述中长叶片的包角与长叶片的包角的关系为，所述第一短叶片、第二短叶片的包角与长叶片的包角的关系均为。

作为本发明的进一步改进，所述中长叶片的叶片出口安放角β2＝6.8°～7.7°，所述第一短叶片、第二短叶片的出口安放角β3＝14.2°～18.4°、长叶片的出口安放角β1＝14.2°～18.4°。

作为本发明的一种优选方式，每组叶片的中长叶片位于该组叶片的长叶片与相邻组叶片的长叶片的中间位置，每组叶片的第一短叶片位于该组叶片的长叶片和中长叶片的中间位置，每组叶片的第二短叶片位于该组叶片的中长叶片和相邻组叶片的长叶片的中间位置。

本发明所述长叶片的中间截面型线方程为：

y＝-0.3696x³-0.232x²-0.02173x-0.7814

y＝-0.2821x³-0.08044x²+0.08556x-0.8003

所述中长叶片的中间截面型线方程为：

y＝-0.02083x³+0.2262x²+0.1683x-1.079

y＝-0.05556x³+0.1652x²+0.2243x-1.057

第一短叶片的中间截面型线方程为：

y＝-1.391x²-5.572x-5.431