一種泵用作水輪機的調節方法及裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術提供一種泵用作水輪機的調節方法，該方法通過調節導葉角度來控制轉輪進口處水流的速度方向，使得入流的速度方向與最優效率工況下的入流速度方向一致或接近。本發明專利技術還提供一種泵用作水輪機的調節裝置，該裝置包括殼體、角度調節桿、第一導葉轉動軸體、導葉輪轂、導葉葉片和第二導葉轉動軸體；導葉葉片，角度調節桿，第一導葉轉動軸體和第二導葉轉動軸體安裝后成為一個整體，該整體可相對于殼體和導葉輪轂沿軸體方向轉動。本發明專利技術提供的調節方法能夠擴大泵用作水輪機的適用范圍；能夠顯著提高部分負荷工況下水電機組的運行效率和發電功率，充分利用水頭從而增加工程的經濟效益；能夠調節水流對轉輪葉片各部位均勻做功，提高葉片使用壽命。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及微型水電
，具體的說是一種泵用作水輪機的調節方法及裝置。
技術介紹
微型水電站是一類以裝機容量低于100kW為特點的水利工程，對環境及生態沒有不利影響。起初，微型水電站被用來為鄉郊地區、偏遠地區以及丘陵地區等一些由于經濟成本較高而無法接入主干電網的區域供電，在當地組建孤立電網。近年來在發達地區，由于大型水電站已經基本建完，這種微型水電站成為了未來水電的主要方向。該系統可以被應用在任何有能量差的水系統中，包括供水系統，灌溉系統，污水及雨水系統，將多余能量回收并滿足日益增長的電力需求。為了降低建造成本、縮短投資回本周期，多將水泵轉輪作為微型水電機組的能量轉換部件使用。泵用作水輪機的優勢在于，現成的水泵機組種類多，參數多樣化，無需訂制，省去了設計時間，設計費用和加工時間。水泵本身比傳統水輪機組要廉價，在后期維護中，零部件的可互換性也使得備件容易獲取，維護成本較低。泵用作水輪機的最佳效率比傳統水輪機低，但對于微型水電站，水泵用作水輪機的綜合經濟收益較高。對于一般不建造水庫的微型水電站，其流動條件不可調節，也不能恒定。當該種水輪機組運行在非設計工況，尤其是部分負荷工況下，其效率將會快速下降(見圖1)，影響微型水電站的發電功率和經濟收益。高效工況區較小是此類微型水電站的主要缺點。
技術實現思路
本專利技術針對現有的技術狀況，提供一種泵用作水輪機的調節方法及裝置，該方法能夠擴大機組的運行范圍，提高非最優工況下轉輪的能量轉化效率。本專利技術的目的是這樣實現的：一種泵用作水輪機的調節方法，通過調節導葉角度來控制轉輪進口處水流的速度方向，使得入流的速度方向與最優效率工況下的入流速度方向一致或接近。如圖2所示，假設轉輪最優效率工況下絕對速度為V，其速度可分解為周向分量U和與葉片相對速度分量W；其水流方向分量Vz取決于流量Q，周向分量U取決于轉速N和葉柵所處半徑R，V與U的夾角γ取決于導葉角度。當流量減小至Q*時，Vz*小于Vz，U*等于U，為了使轉輪保持高效率運行，必須使得葉片相對速度分量W*的方向保持與W一致或盡量接近，即β*與β相等或盡量接近。通過上述條件求解可以得知，將導葉逆時針旋轉一定角度，使得γ*小于γ即可滿足，具體旋轉角度視Q*具體數值而定。當流量增大時，則導葉順時針旋轉。為了敘述方便，規定導葉原位置角度為0°，逆時針旋轉記為負角度，順時針旋轉記為正角度。調節導葉角度的旋轉軸在流道的子午面內，該旋轉軸的方向垂直或近似垂直于子午面流動方向。調節導葉角度的操作在機組停止運行時及在機組運行過程中均可進行。調節導葉角度的操作采用手動方式進行控制，或使用接力器進行自動控制。一種泵用作水輪機的調節裝置，包括殼體，位于殼體內的導葉輪轂、與導葉輪轂連接的多個導葉葉片，以及位于殼體外與導葉葉片連接的多個角度調節桿；導葉葉片的前端設有第一導葉轉動軸體、后端設有第二導葉轉動軸體，第一導葉轉動軸體、第二導葉轉動軸體具有同一旋轉軸；殼體上設有與第一導葉轉動軸體相配合的軸孔，導葉輪轂上設有與第二導葉轉動軸體相配合的軸孔，通過旋轉角度調節桿可以調節導葉葉片的角度。所述的調節裝置，導葉葉片，角度調節桿，第一導葉轉動軸體和第二導葉轉動軸體安裝后成為一個整體，相對位置固定；這個整體可相對于殼體和導葉輪轂沿軸體方向轉動。所述的調節裝置，其整體位于葉輪的高水壓側；導葉出口邊和轉輪進口邊之間的軸向距離為轉輪直徑的0.05-0.1倍。所述的調節裝置，殼體、第一導葉轉動軸體、導葉輪轂、導葉葉片和第二導葉轉動軸體中所有配合面均為球面，并共用同一球心。所述的調節裝置，其特征在于導葉葉片與殼體及導葉輪轂的配合球面上，粘接有密封材料，目的在于盡量消除配合加工過程中存在的誤差所導致的間隙。所述的調節裝置，導葉葉片的個數與轉輪葉片的個數互質。與現有技術相比，本專利技術具有以下有益的技術效果：經過數值模擬與試驗驗證，本專利技術提供的調節方法能夠擴大泵用作水輪機的適用范圍，充分利用水壓差(即水頭)(圖3)，降低由于較小水文條件差異而引發的電站設計成本，機組選型誤差；能夠顯著提高部分負荷工況下水電機組的運行效率和發電功率(圖4)，從而增加工程的經濟效益；成本較低，便于制造、加工、使用和維護，易于推廣應用；能夠調節水流對轉輪葉片各部位均勻做功，提高葉片使用壽命；調節控制機構可根據具體情況選擇人工操作或者接力器控制，靈活方便。附圖說明為了使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本專利技術作進一步的詳細描述，其中：圖1為泵用作水輪機的性能曲線。圖2為調節方法速度矢量求解圖。圖3為本調節方法作用下泵用作水輪機的綜合特性曲線。圖4為不同導葉角度下泵用作水輪機的流量—效率曲線。圖5為調節裝置的結構示意圖(子午面投影)。圖6為調節裝置的結構示意圖(三維線框)。圖1是固定導葉狀態下的性能曲線，很明顯，處于部分負荷工況時，流量降低將導致效率的快速下降。圖3是本調節方法作用下泵用作水輪機的綜合特性曲線，圖中還標示了效率等值線，可以看出應用本調節方法的水輪機，運行工況范圍更寬，高效運行區域更大。流量數的計算公式為水頭數的計算公式為其中Q為流量，n為轉速，H為水頭，D為轉輪直徑，g為重力加速度。圖5、圖6中，1為殼體；2為角度調節桿；3為第一導葉轉動軸體；4為導葉輪轂；5為導葉葉片；6為第二導葉轉動軸體。具體實施方式以下將結合附圖，對本專利技術的優選實施例進行詳細的描述；應當理解，優選實施例僅為了說明本專利技術，而不是為了限制本專利技術的保護范圍。基于所描述的本專利技術的實施例，本領域普通技術人員在無需創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。實施例一如圖5、圖6所示，一種泵用作水輪機的調節裝置，包括殼體1，位于殼體1內的導葉輪轂4、與導葉輪轂4連接的多個導葉葉片5，以及位于殼體1外與導葉葉片5連接的多個角度調節桿2；導葉葉片5的前端設有第一導葉轉動軸體3、后端設有第二導葉轉動軸體6，第一導葉轉動軸體3、第二導葉轉動軸體6具有同一旋轉軸；殼體1上設有與第一導葉轉動軸體3相配合的軸孔，導葉輪轂4上設有與第二導葉轉動軸體6相配合的軸孔，通過旋轉角度調節桿2可以調節導葉葉片5的角度。導葉葉片5，角度調節桿2，第一導葉轉動軸體3和第二導葉轉動軸體6安裝后成為一個整體，相對位置固定。這個整體可相對于殼體1和導葉輪轂4沿軸體方向轉動。上述調節裝置，其整體位于葉輪的高水壓側；導葉出本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種泵用作水輪機的調節方法，其特征在于：通過調節導葉角度來控制轉輪進口處水流的速度方向，使得入流的速度方向與最優效率工況下的入流速度方向一致或接近。

【技術特征摘要】
1.一種泵用作水輪機的調節方法，其特征在于：通過調節導葉角度來控制轉輪進口處水
流的速度方向，使得入流的速度方向與最優效率工況下的入流速度方向一致或接近。
2.根據權利要求1所述的調節方法，其特征在于：調節導葉角度的旋轉軸在流道的子午
面內，該旋轉軸的方向垂直或近似垂直于子午面流動方向。
3.根據權利要求1或2所述的調節方法，其特征在于：調節導葉角度的操作在機組停止
運行時及在機組運行過程中均可進行。
4.根據權利要求1或2所述的調節方法，其特征在于：調節導葉角度的操作采用手動方
式進行控制，或使用接力器進行自動控制。
5.根據權利要求1或2所述的調節方法的應用，其特征在于：該調節方法應用范圍為軸
流式或混流式水泵轉輪用作水輪機的情況。
6.一種泵用作水輪機的調節裝置，其特征在于：包括殼體，位于殼體內的導葉輪轂、與
導葉輪轂連接的多個導葉葉片，以及位于殼體外與導葉葉片連接的多個角度調節桿；導葉葉
片的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：錢忠東，王凡，郭志偉，董靜，王馳航，
申請(專利權)人：武漢大學，
類型：發明
國別省市：湖北;42