一种具有弯扭掠特性的水泵水轮机转轮制造技术

本发明专利技术提出了一种具有弯扭掠特性的水泵水轮机转轮，属于水力发电设备领域。解决了现有水泵水轮机在单一的设计空间内往往无法满足同时控制驼峰特性与“S”特性要求的问题。水泵水轮机包括上冠、下环和转轮叶片，转轮叶片数量为多个，多个转轮叶片沿旋转轴Z轴布置并设置在上冠和下环之间，转轮叶片以水泵旋转方向为正方向，转轮叶片的两端侧边分别为转轮叶片高压边和转轮叶片低压边，转轮叶片高压边在轴面投影为不与Z轴平行的直线或二次曲线或圆弧，转轮叶片高压边在圆柱面投影展开为不与Z轴平行的直线或二次曲线或圆弧，转轮叶片的叶片安放角沿转轮叶片高压边展向线性分布。它主要用于水泵水轮机转轮。要用于水泵水轮机转轮。要用于水泵水轮机转轮。

【技术实现步骤摘要】
一种具有弯扭掠特性的水泵水轮机转轮


[0001]本专利技术属于水力发电设备领域，特别是涉及一种具有弯扭掠特性的水泵水轮机转轮。

技术介绍

[0002]在“碳达峰、碳中和”的大能源政策背景下，抽水蓄能机组作为目前唯一可靠的，可大规模商用的成熟的储能技术，在未来智能电网中发挥削峰填谷的调节作用，其重要性不言而喻。
[0003]抽水蓄能机组在电网用电高峰时以水轮机工况运行发电，从而减轻电网压力；而在用电低谷时以水泵工况运行，将电网中多余能耗以水势能的形式储存。目前的形式下，新能源(如风能、太阳能等)装机容量逐年增加的同时，也增加电网的波动性，为保证电网的稳定性，抽水蓄能机组势必更加频繁地在水泵工况及水轮机工况进行切换，因此，提升抽水蓄能机组额定工况运行效率，改善抽水蓄能机组非稳定特性显得尤为重要。
[0004]作为抽水蓄能机组的核心部件，水泵水轮机在水泵工况和水轮机工况运行时分别存在驼峰特性与“S”特性域两个典型不稳定特性，且研究表明这两个不稳定特性与水泵水轮机过渡过程稳定性息息相关。近年来，抽水蓄能电站向着超高水头、低比转速方向发展。随着抽水蓄能机组的发展，水泵水轮机必然更加频繁地在不同运行工况之间进行切换，而超高水头工况下这两个不稳定区域的存在将给抽水蓄能机组的安全、稳定的运行带来更大的挑战。
[0005]研究表明，驼峰特性与“S”特性多与水泵水轮机内无叶区内复杂的流场变化有关。水泵水轮机转轮高压边，作为泵工况下无叶区入口，水轮机工况下无叶区出口，其设计得当与否关系着整个机组的性能。而在常规设计中，涉及水泵水轮机转轮高压边的设计参数单一，在单一的设计空间内往往无法满足同时控制驼峰特性与“S”特性的要求。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术旨在提出一种具有弯扭掠特性的水泵水轮机转轮，以解决现有水泵水轮机在单一的设计空间内往往无法满足同时控制驼峰特性与“S”特性要求的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种具有弯扭掠特性的水泵水轮机转轮，所述水泵水轮机包括上冠、下环和转轮叶片，所述转轮叶片数量为多个，多个转轮叶片沿旋转轴Z轴布置并设置在上冠和下环之间，所述转轮叶片以水泵旋转方向为正方向，所述转轮叶片的两端侧边分别为转轮叶片高压边和转轮叶片低压边，所述转轮叶片高压边在轴面投影为不与Z轴平行的直线或二次曲线或圆弧，所述转轮叶片高压边在圆柱面投影展开为不与Z轴平行的直线或二次曲线或圆弧，所述转轮叶片的叶片安放角沿转轮叶片高压边展向线性分布。
[0008]更进一步的，所述转轮叶片高压边在轴面投影的投影几何由转轮叶片高压边上冠处直径D
A
、转轮叶片高压边中点处直径D
B
和转轮叶片高压边下环处直径D
C
三个参数控制。
[0009]更进一步的，所述转轮叶片高压边上冠处直径D
A
、转轮叶片高压边中点处直径D
B
和转轮叶片高压边下环处直径D
C
的取值范围为0.80
‑
0.9D0，D0为活动导叶分布圆直径。
[0010]更进一步的，所述转轮叶片高压边在圆柱面投影的投影几何由转轮叶片高压边上冠处周向位置坐标θ
A
、转轮叶片高压边中点处周向位置坐标θ
B
和转轮叶片高压边下环处周向位置坐标θ
C
三个参数控制。
[0011]更进一步的，所述转轮叶片高压边上冠处周向位置坐标θ
A
、转轮叶片高压边中点处周向位置坐标θ
B
和转轮叶片高压边下环处周向位置坐标θ
C
的取值满足θ
max
、θ
min
分别为θ
A
、θ
B
、θ
C
中的最大值和最小值，B0为转轮叶片高压边的高度，D0为活动导叶分布圆直径。
[0012]更进一步的，所述转轮叶片的叶片安放角通过转轮叶片高压边上冠处叶片安放角β
A
和转轮叶片高压边下环处叶片安放角β
C
进行控制。
[0013]更进一步的，所述转轮叶片高压边上冠处叶片安放角β
A
和转轮叶片高压边下环处叶片安放角β
C
满足|β
A
‑
β
C
|≤10
°
。
[0014]更进一步的，所述转轮叶片高压边倒椭圆角。
[0015]更进一步的，所述椭圆角的椭圆率变化范围为1
‑
10。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：常规设计中转轮高压边位置为周向位置原点。本专利技术通过控制转轮叶片高压边在轴面及高压边柱面投影展开的曲线形状，调整安放角在转轮叶片高压边上的线性分布规律，以及改变转轮叶片高压边的椭圆率，达到对水泵水轮机转轮高压边参数化设计的目的。数值模拟结果证明，通过本专利技术的优化设计提供了一种具有“掠”“弯”“扭”的特性的转轮，可降低设计工况下无叶区及转轮流域内水力损失，进而提升水泵水轮机运行效率；改变水力损失随流量变化规律，进而降低水轮机工况“S”不稳定特性及水泵工况“驼峰”不稳定特性。
附图说明
[0017]构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0018]图1为本专利技术所述的水泵水轮机转轮装配结构示意图；
[0019]图2为本专利技术所述的泵水轮机常规转轮叶片轴面结构示意图；
[0020]图3为本专利技术所述的具有弯扭掠特性的水泵水轮机转轮叶片轴面结构示意图；
[0021]图4为本专利技术所述的水泵水轮机常规转轮叶片圆柱面投影示意图；
[0022]图5为本专利技术所述的具有弯扭掠特性的水泵水轮机转轮叶片圆柱面投影图；
[0023]图6为本专利技术所述的水泵水轮机常规叶片Z
‑
Y面示意图；
[0024]图7为本专利技术所述的具有扭转特性的水泵水轮机转轮叶片Z
‑
Y面示意图；
[0025]图8为本专利技术所述的水泵水轮机转轮叶片高压边倒椭圆角示意图；
[0026]图9为本专利技术所述的具有弯扭掠特性的水泵水轮机转轮叶片Z
‑
Y面示意图；
[0027]图10为本专利技术所述的水泵水轮机常规叶片Z
‑
X面示意图；
[0028]图11为本专利技术所述的具有弯扭掠特性的水泵水轮机转轮叶片Z
‑
X面示意图；
[0029]图12为本专利技术所述的水泵水轮机活动导叶分布圆示意图；
[0030]图13为本专利技术所述的水泵水轮机转轮叶片高压边安放角示意图一；
[0031]图14为本专利技术所述的水泵水轮机转轮叶片高压边安放角示意图二。
[0032]1‑
上冠，2
‑
下环，3
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有弯扭掠特性的水泵水轮机转轮，所述水泵水轮机包括上冠(1)、下环(2)和转轮叶片(3)，所述转轮叶片(3)数量为多个，多个转轮叶片(3)沿旋转轴Z轴布置并设置在上冠(1)和下环(2)之间，所述转轮叶片(3)以水泵旋转方向为正方向，其特征在于：所述转轮叶片(3)的两端侧边分别为转轮叶片高压边(4)和转轮叶片低压边(5)，所述转轮叶片高压边(4)在轴面投影为不与Z轴平行的直线或二次曲线或圆弧，所述转轮叶片高压边(4)在圆柱面投影展开为不与Z轴平行的直线或二次曲线或圆弧，所述转轮叶片(3)的叶片安放角沿转轮叶片高压边(4)展向线性分布。2.根据权利要求1所述的一种具有弯扭掠特性的水泵水轮机转轮，其特征在于：所述转轮叶片高压边(4)在轴面投影的投影几何由转轮叶片高压边上冠处直径D
A
、转轮叶片高压边中点处直径D
B
和转轮叶片高压边下环处直径D
C
三个参数控制。3.根据权利要求2所述的一种具有弯扭掠特性的水泵水轮机转轮，其特征在于：所述转轮叶片高压边上冠处直径D
A
、转轮叶片高压边中点处直径D
B
和转轮叶片高压边下环处直径D
C
的取值范围为0.80
‑
0.9D0，D0为活动导叶分布圆直径。4.根据权利要求1所述的一种具有弯扭掠特性的水泵水轮机转轮，其特征在于：所述转轮叶片高压边(4)在圆柱面投影的投影几何由转轮叶片高压边上冠处周向位置坐标θ
A
、转轮叶片高压边中点处周向位置坐标θ
B
和转轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：覃永粼，李德友，付晓龙，王洪杰，刘占生，魏显著，覃大清，王晓航，赵越，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：