一种贯流式环境友好型水轮机

摘要

本发明公开了一种贯流式环境友好型水轮机，包括引水管、导叶、转轮和扩散管，所述引水管的出口端与扩散管的进口端连接，在引水管出口端沿周向均匀设置导叶，转轮安装在引水管出口端的管内，转轮的轮毂与水轮机主轴连接，所述引水管内出口端还设有灯泡体，在灯泡体内安装发电机，发电机输入轴与转轮输出端连接，所述转轮的叶片为2片，且叶片的包角为180°～260°。本发明与常规贯流式水轮机相比,本发明的功能主要是从多个角度保护鱼类免受损伤，同时能量转换效率较高，特别适用于低水头电站。

权利要求

1.一种贯流式环境友好型水轮机，其特征在于：包括引水管、导叶、转轮和扩散管，所述引水管的出口端与扩散管的进口端连接，在引水管出口端沿周向均匀设置导叶，所述引水管出口端设有转轮室，在转轮室内安装转轮，转轮的轮毂与水轮机主轴连接，所述引水管内出口端还设有灯泡体，在灯泡体内安装发电机，发电机输入轴与转轮输出端连接，所述转轮的叶片为螺旋形叶片，叶片的宽度尺寸从叶片根部沿径向逐渐增大至引水管内壁，叶片进口为椭圆弧头部，叶片有2片，叶片的包角为180°～260°，以使叶片之间形成开阔的流道，用以保护鱼类免受损伤并提高能量利用率。

2.根据权利要求1所述的贯流式环境友好型水轮机，其特征在于：所述转轮的轮毂为纺锤型，且轮毂来流侧的直径为转轮直径的四分之一，轮毂出流侧的直径为转轮直径的五分之一。

3.根据权利要求1所述的贯流式环境友好型水轮机，其特征在于：所述导叶为直叶片，数量为7～11片。

4.根据权利要求1所述的贯流式环境友好型水轮机，其特征在于：所述转轮左右两侧对应的引水管、扩散管的管道为变径管，且管径沿远离转轮的方向逐渐变大。

5.根据权利要求4所述的贯流式环境友好型水轮机，其特征在于：所述引水管上的变径管的管径变化幅度大于扩散管上变径管的管径变化幅度。

说明书

一种贯流式环境友好型水轮机

技术领域

[0001] 本发明属于流体机械发电技术领域，特别是涉及一种贯流式水轮机。

背景技术

[0002] 我国能源利用结构中的两大支柱:一是以燃煤为主的火力发电;二是大中型水力发电，而新能源的利用不仅效率较低而且在能源结构中所占的比例很小。随着社会经济的飞速发展，我国能源利用的一些矛盾开始凸显，如能源总量不足、能源结构简单，以及能源分布在地域上的极度不平衡等。哥本哈根会议，对中国的能源消费提出了更严格的要求，必须减少化石能源的消费。为应对全球气候变暖切实履行我们做出的庄严承诺，在积极开发和利用各种可再生能源的同时，必须保护生态环境、这对国民经济健康发展具有重要意义。

[0003] 我国已经利用的可再生能源主要有水能、风能、太阳能、地热能和生物质能等。其中高水头电站的开发处于最成熟的位置，尤其是长江三峡、龙滩、溪洛渡、向家坝等巨型电站陆续建成发电，截至2013年，我国水电装机达到2.8亿千瓦，中国发电装机容量达到12.47亿千瓦，水电装机达到总装机容量的22.5%，大大缓解了我国能源利用的紧张状态。但我国的低水头（2～10m）电站资源丰富，低水头径流式水电站的装机容量约占水电装机容量的16%，另外低水头电站的鱼类资源丰富，我国的主要鱼种为四大家鱼，其基本上都分布在低水头流域中。贯流式水轮发电机就是一种利用低水头河流水利资源进行发电的水力机械，机组一般采用卧式布置，但是由于常规贯流式机组叶片数较多，机组设计时重点考虑能量指标导致压力随时间变化剧烈，对鱼类的损伤比较大。因此基于环境保护和水力发电的双向需求，开发了这种贯流式螺旋形环境友好型水轮机。

[0004] 面对日益严重的能源危机和巨大的环保压力,开发适合低水头电站特点的贯流式环境友好水轮发电机，对于开发利用低水头的水力资源兼具鱼类保护都是大有裨益的。

发明内容

[0005] 本发明的目的就是提供一种贯流式环境友好型水轮机，能完全解决上述现有技术的不足之处。

[0006] 本发明的目的通过下述技术方案来实现：

[0007] 一种贯流式环境友好型水轮机，包括引水管、导叶、转轮和扩散管，所述引水管的出口端与扩散管的进口端连接，在引水管出口端沿周向均匀设置导叶，所述引水管出口端设有转轮室，在转轮室内安装转轮，转轮的轮毂与水轮机主轴连接，所述引水管内出口端还设有灯泡体，在灯泡体内安装发电机，发电机输入轴与转轮输出端连接，其特征在于：所述转轮的叶片为2片，且叶片的包角为180°～260°。

[0008] 进一步，所述转轮的叶片进口为椭圆弧头部。

[0009] 采用上述结构可以避免鱼类的撞击损害。

[0010] 进一步，所述转轮叶片为螺旋形叶片。

[0011] 进一步，所述转轮的轮毂为纺锤型，且轮毂来流侧的直径为四分之一转轮的直径，轮毂出流侧的直径为五分之一转轮的直径。

[0012] 进一步，所述导叶为直叶片，数量为7～11片。

[0013] 进一步，所述转轮左右两侧对应的引水管、扩散管的管道为变径管，且管径沿远离转轮的方向逐渐变大。

[0014] 进一步，所述引水管上的变径管的管径变化幅度大于扩散管上变径管的管径变化幅度。

[0015] 采用上述结构可以增大转轮进口动能，扩散管能够减小出口动能，最终进出口流体可利用能量。

[0016] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：结构简单，设计合理，与常规贯流式水轮机相比, 本发明的功能主要是从多个角度保护鱼类免受损伤，同时能量转换效率较高，特别适用于低水头电站。

附图说明

[0017] 图1是本发明的结构示意图；

[0018] 图2是本发明中转轮的结构示意图。

具体实施方式

[0019] 下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。

[0020] 参见图1和图2，一种贯流式环境友好型水轮机，包括引水管1、导叶2、转轮3和扩散管4，所述引水管1的出口端与扩散管4的进口端连接，在引水管1出口端沿周向均匀设置导叶2，所述引水管1出口端设有转轮室，在转轮室内安装转轮3，转轮3安装在引水管1出口端的管内，转轮3的轮毂与水轮机主轴连接，所述引水管1内出口端还设有灯泡体5，在灯泡体5内安装发电机（图中未画出），发电机输入轴与转轮输出端连接。

[0021] 所述转轮3的叶片301为2片螺旋形叶片，且叶片301的包角为180°～260°，本实施例优选240°，叶片进口为为椭圆弧头部。叶片301安装在转轮3的轮毂302上，叶片301的宽度尺寸从叶片根部沿径向逐渐增大至引水管1内壁。

[0022] 所述转轮3的轮毂302为纺锤型，且轮毂来流侧的直径为四分之一转轮3的直径，轮毂出流侧的直径为五分之一转轮3的直径。

[0023] 所述导叶2为直叶片，数量为7～11片，本实施例优选9片。这种导叶数量的选择使得导叶之间形成的过流断面面积为常规水轮机过流面积的2～4倍。

[0024] 所述转轮3左右两侧对应的引水管1、扩散管4的管道为变径管101，且管径沿远离转轮的方向逐渐变大。所述引水管1上的变径管101的管径变化幅度大于扩散管4上变径管101的管径变化幅度。也就是说引水管1上的变径管101的管径变化较陡，扩散管4上的变径管101的管径变化较平缓。

[0025] 本发明水轮机的转轮3仅设有2片螺旋形叶片，且叶片的包角为240°的大包角，因此可以保证具有较高的能量转化效率，且不失经济性。转轮叶片之间形成开阔的流道，其过流断面面积为常规电站的2～4倍，方便鱼类顺利通过转轮流道，避免鱼类遭受机械碰撞。同时，使得转轮3内的流体速度为10m/s,远小于鱼类生物学保护准则19m/s；转轮叶片通道内形成的压力随时间的变化为488kPa/s,小于鱼类生物学保护准则544 kPa/s。

[0026] 在工作时，水流从引水管1进口端进入，依次经过容纳发电机的灯泡体5、转轮3和扩散管4，从扩散管4出口端流出。流动过程中，水流与转轮叶片301相互作用，带动转轮轮毂302转动，将水流能量转换为机械能，转轮轮毂302通过水轮机主轴带动灯泡体5内的发电机转动而发电。本发明的贯流式发电水轮机具有较简单的结构，圆弧形的叶型头部、宽阔的过流通道和平缓的压力随时间变化规律充分保护过机鱼类免于受到损伤，同时提高能量利用率，获得良好的能量性能。

[0027] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。