[发明专利]一种新型超低比转速水泵水轮机

说明书

本发明公开了一种新型超低比转速水泵水轮机，包括依次连接的蜗壳(4)、转轮(1)、第二级导叶域(3)以及尾水管(2)，且蜗壳流道水流轴向出入，其中，蜗壳(4)内带有若干负曲率的第一级导叶(5)，且第一级导叶(5)以单列环形方式均布；转轮(1)包含若干个转桨式叶片(6)，第二级导叶域(3)包含若干个对称鲸型活动导叶(7)。本发明水泵水轮机即可以满足在发电、抽水两种工况高效运行，且机组在典型工况过渡过程运行中具有较为良好的稳定性能。

技术领域

本发明属于水力机械技术领域，特别是涉及一种新型超低比转速水泵水轮机。

背景技术

据统计现有抽水蓄能电站配置可逆式机组承担电力超过740万千瓦，且因可逆式机组具有双向运行的特点(水轮机工况发电、水泵工况抽水)，水泵水轮机是当下在建水电站的首选机型。

水泵水轮机系统由于启停机频繁，诸如大幅度增减负荷、事故甩负荷、以及发电转调相等工况转换过程多变复杂，运行过程会出现压力脉动、振动异常、摆度超标、抬机、扫膛等现象，甚至是安全事故。出现上述现象的主要原因在于水泵水轮机内部流场特性，然而现有公知技术难以有效地控制上述现象，此已成为制约我国水泵水轮机及其系统发展的障碍，同时也是影响电力系统稳定安全运行的关键科学问题之一。具有良好运行性能的水泵水轮机不仅能够满足当下小水电改造工程的需求，亦是新能源并网安全稳定运行的绿色保障。

现有水泵水轮机多为混流式机组，轴向入流径向出流，机组在偏离设计工况运行时，各过流部件均会出现不同尺度的涡旋流动，尤其是叶尖容易产生空化现象。导叶、叶片进出口边轴向设置，使得牵连运动与相对运动合成的绝对运动方向与法向夹角呈现尽可能小的锐角，全流道近似轴向通流削弱了非设计工况运行中涡旋尺度，甚至是避免了某些典型工况运行中涡流出现及其二次效应，从而提高了机组的运行稳定性。

中国专利申请CN201611149428.8公开了一种带双离合机构的轴流式水泵水轮机，其转轮和叶片均带离合结构，使得水泵水轮机可逆运行在发电、抽水两种工况，但该结构设计复杂不便于日后维护，且导叶与转轮互换功能在两种工况，将出现两种工况是否存在较宽的共同高效区问题等。中国专利申请CN201610015261.X公开了一种水泵水轮机及其使用方法，在固定导叶前设置两倍数量的小型活动导叶，实现机组流量的控制，但该结构与常用型水泵水轮机一样，并不能从结构设计角度有效地改善非设计工况下运行的机组内流场不稳定现象。

综上所述，为提高水泵水轮机运行稳定性，在保证发电及抽水两种工况运行效率的前提下，研发出一种具有多工况运行稳定性的新型可逆机组是时下国内外学者研究的新方向。同时采用改良方式满足容易加工制造的要求，能够进一步降低机组整体造价已成为当今水电站水泵水轮机领域亟待解决的重点问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术所存在的不足而提供一种新型超低比转速水泵水轮机，其能够在实现发电、抽水两种工况下水流能高效转换的基础上，解决水泵水轮机内流场涡旋难题以提高机组运行稳定性。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种新型超低比转速水泵水轮机，包括依次连接的蜗壳、转轮、第二级导叶域以及尾水管，且蜗壳流道水流轴向出入，其中，

蜗壳内带有若干负曲率的第一级导叶，且第一级导叶以单列环形方式均布；转轮包含若干个转桨式叶片，第二级导叶域包含若干个对称鲸型活动导叶。

本发明进一步的改进在于，蜗壳呈喇叭状，其截面为环形，其进出口截面积比例为0.4～0.6。

本发明进一步的改进在于，第一级导叶的数量为17～19个。

本发明进一步的改进在于，转桨式叶片的数量为20～22个。

本发明进一步的改进在于，对称鲸型活动导叶的数量为20～22个。