[实用新型]用于高水头、大容量的立轴串联式混流水轮机

说明书

本实用新型公开了一种用于高水头、大容量的立轴串联式混流水轮机。该混流水轮机包括上端贯穿发电机并为其提供动力的主轴，所述主轴架设在若干个导轴承和推力轴承上，所述主轴中部连接有用于驱动主轴转动的串联式混流水轮机，所述串联式混流水轮机包括轴向布置的至少两级混流式转轮，每级所述混流式转轮具有完全相同的规格尺寸，且均与主轴连接，相邻的每级转轮腔体之间均通过能够产生圆周旋转水流的分水通道串联，从而形成单一共流道；水流在单一共流道内依次通过串联的至少两级混流式转轮，实现按级数等比例分配和消纳高水头。本水轮机实现了对高水头、大流量水能的等比例分级消纳，提高了其在高水头条件下的运行稳定性。

技术领域

本实用新型涉及水力发电技术领域，具体地指一种用于高水头、大容量的立轴串联式混流水轮机。

背景技术

现有的水力发电水轮机包括冲击式水轮机和混流式水轮机。冲击式水轮机适用于高水头条件下，特别是大于700m水头，但冲击式水轮机存在以下弊端：其一，由于冲击式水轮机转轮露出水面，在大气压力下工作，喷嘴射流速度和水斗转轮的转速高，其单机容量受到转轮材料的限制，目前冲击式水轮机的最大单机容量为423MW；其二，在水头高于700m时，河流泥沙含量较大时，冲击式水轮机的泥沙磨损问题严重，设备维护周期和使用寿命大幅缩短。

混流式水轮机全部工作在水下流道中，具有较低的转速和更大的单机容量，目前最大单机容量可达1000MW；另外，相对于冲击式水轮机，混流式水轮机的效率更高、抗耐受泥沙的性能更优。现有技术中的混流式水轮机包括主轴、发电机、导轴承、推力轴承和单级混流水轮机，主轴上下两端分别架设在导轴承和推力轴承上，单级混流水轮机包括进水管、蜗壳、顶盖、底环、尾水管、转轮及其对应的导水机构；进水管由多段压力钢管通过法兰连接构成，其末端压力钢管与蜗壳相连接，蜗壳内部上侧设置有顶盖，蜗壳内部下侧设置有环形底环，顶盖上贯穿设有导叶机构，导叶机构的一端设有导叶，导叶位于顶盖和环形底环构成的上空腔内，导叶机构控制导叶的开度和启闭，进而控制进入转轮的水流流量；转轮设置在环形底环内下侧构成的转轮腔体内，转轮腔体一端与上腔体贯通，另一端连接作为出水口的尾水管；发电机布置在水轮机的上部，通过主轴和下部水轮机转轮连接，主轴的中间段与转轮相连，转轮转动驱动发电机发电；混流式水轮机运行时，转轮旋转过程中会产生一个沿主轴方向的轴向推力，推力轴承承担水轮机产生的全部推力负荷。随着水头的增大，特别是超过600m水头时，单级混流水轮机的运行稳定区由于水力稳定问题而大幅减小，导致转轮叶片对强度的要求急剧变大。作为水轮机的关键部件，转轮叶片由于刚强度要求过高而使得制造难度急剧变大，难以甚至无法合理选型和制造。

我国西部地区河流水能开发条件具备的开发水头高达800m～1000m，而且由于河道狭窄，电站厂房布置空间受限，单机容量需要达到500MW～1000MW。我国西部地区河流水能开发条件中前一项的高水头指标大大突破了现有的混流式水轮机的水头，后一项的大容量指标大大突破了现有的冲击式水轮机单机容量。

发明内容

本实用新型的目的就是要解决在大容量条件下，提高混流水轮机对高水头水能的运行稳定性，提供一种用于高水头、大容量的立轴串联式混流水轮机。

为实现上述目的，本实用新型研制出了一种用于高水头、大容量的立轴串联式混流水轮机，包括上端贯穿发电机并为其提供动力的主轴，其特别之处在于：所述主轴架设在若干个导轴承和推力轴承上，所述主轴中部连接有用于驱动主轴转动的串联式混流水轮机，所述串联式混流水轮机包括轴向布置的至少两级混流式转轮，每级所述混流式转轮具有完全相同的规格尺寸，且均与主轴连接，相邻的每级转轮腔体之间均通过能够产生圆周旋转水流的分水通道串联，从而形成单一共流道；水流在单一共流道内依次通过串联的至少两级混流式转轮，实现按级数等比例分配和消纳高水头。

进一步地，所述分水通道为安装在主轴四周，且沿轴向截面呈对称布置的横向U型压力钢管，水流经过分水通道产生圆周旋转水流，实现水头按级数等例比分配，还可以使水头损失减少到最小。