[实用新型]一种用于微水头电站的灯泡贯流式水轮机

说明书

技术领域：

本实用新型属于流体机械的水力发电设备技术领域，特别是涉及一种用于微水头电站的灯泡贯流式水轮机。

背景技术：

随着世界各国的高水头水力资源逐渐开发罄尽，各国都不约而同地把目光转向了低水头水力资源。目前我国已开发或正在开发的低水头水电站的应用水头都在2.5m以上，同时我国2.5m以下的微水头水力资源也极其丰富，有千万kW数量级的资源量可供开发利用，且微水头水力资源大多处于经济发达地区，对其形成的电力输送具有不可比拟的优越性。

目前为止，采用筑坝集能发电的传统水电开发方式和技术已非常成熟，对这种开发方式及所对应的发电设备来说，水头越高经济性越好而越有开发价值，反之则水头越低经济性越差以致从经济角度导致无开发价值。学界通常认为微水头水力资源开发的经济性很差，基本上无开发价值。其主要原因在于，传统开发方式所需建造的大坝、水道及发电厂房的费用及传统开发方式所造成较大的土地淹没和人口的迁移的费用会占到整个工程的很大一部分。对微水头水力资源来说，由于其能量密度较低、单点发电（装机）规模较小，若采用传统开发方式与装备，则难以承受造价昂贵的土建、淹没赔偿及装备等费用。

中国专利申请88218302.8提出了“一种微小型水轮机” ，由金属机壳的上盖板、进水管、机壳、尾水管共同组成封闭式连通体结构，只要流量足够大，进水管进口处的水头压力几乎全部可作用于叶轮上，效率可比敞开式机壳的水轮机提高10%左右，且无需构筑拦坝、水槽等水工建筑，只要0.7米以上水头将地脚固定便可使用，造价较低、安装方便。该方案存在的主要不足是，该水轮机结构接近于混流式水轮机，但没有混流式水轮机的蜗壳，因此水流流态比较紊乱，通过导流盘即类似于混流式水轮机的导叶机构流入叶轮区，整个流动过程中水流流向一直在改变，从而导致过流量较小，且流动过程中产生的摩擦、撞击、涡流、脱流等水头损失均会对做功能力产生影响，使其输出功率较小。

中国专利申请95103906.7提出了“一种低微水头下高效灌流式水轮机” ，采用水轮体分轮段而统一补换气却相对独立闭合使得水头重力流过半墙“巷”而获重力能并通过系统有机补换气行为又使空腔回复的轮叶获生浮势能，以此提高作为低微水头水轮机无功出力的水能转换效率达到95%。该方案存在的主要不足是，因获重力能以及获浮势能的方式为补换气，不能使水流连续并顺畅的通过并对叶轮做功，使其过流能力较弱，导致输出功率较小；且其结构复杂，制造成本较高；同时，其输出的是水轮机无功出力（无功功率），仅适用于在电气设备中建立和维持磁场，无法用于以一般建设运行的以有功功率、无功功率一起输出，并以有功功率输出为主的水电站。

目前，微水头水力资源基本上处于未开发状态，也未引起人们的重视。在我国能源资源相对紧缺的情况下，想方设法降低部分工程造价，以提高这部分水利资源的经济开发价值，在尽量减少对环境的影响下增加清洁能源供应，从而实现高效和环保开发水力资源的目的是本流体机械的水力发电设备技术领域中亟待解决的重大难题之一。

发明内容：

本实用新型的目的是为克服现有技术的不足而提供一种用于微水头电站的灯泡贯流式水轮机，它能够高效利用0.6m-2.5m的微水头水力资源，具有水能转换效率高、工程造价及装备成本低的优点，适用于对各种自然环境下的微水头水力资源的开发利用。

根据本实用新型提出的一种用于微水头电站的灯泡贯流式水轮机，包括进水管、灯泡段、转轮室和尾水管，其中，灯泡段中设有灯泡体，灯泡体由固定支撑撑起，灯泡体连接转轮室中水轮机的主轴，主轴连接转轮，转轮由轮毂、泄水锥及轮毂上沿圆周方向平均分布叶片组成，其特征在于所述的进水管的进口呈三面扩张型，灯泡体直径D₀与转轮直径D₁的比值即灯泡比为0.58～0.65，固定支撑为对称型支撑或非对称型支撑，所述的对称型支撑为设置于竖直方向上的随水流方向由圆弧形收缩至尖角的对称分布支撑，非对称型支撑为设置于竖直方向上的由圆弧形收缩至尖角的正曲度支撑与水平方向上的正曲度翼型支撑的结合。