[发明专利]应用于低水头抽水蓄能电站的可逆式水泵水轮机转轮

说明书

技术领域

本发明涉及一种可逆式水泵水轮机转轮，具体涉及一种应用于低水头抽水蓄能电站的混流可逆式水泵水轮机转轮。

背景技术

随着电力系统的重新布局，可再生能源技术正在强有力的持续发展，尤其是风能作为目前具有最大经济可行潜力的发电方式之一，其变异性也最高。然而新能源发展势必会受到环境气候等因素制约，引起电网运行不稳定，抽水蓄能电站作为第三形式介入来稳定电网是当下研究的热点问题，抽水蓄能可以利用来自新能源的多余功率，通过水泵模式存储为具有高势能的水，和水轮机模式来供应足够的电力，从而使得电网稳定安全运行并且避免高频峰值，其在电力生产和消耗之间建立良好的开关连接。

为保证电力系统稳定性及能源的合理高效利用，抽水蓄能电站成为综合能源利用发展的前提保证。目前，高水头大容量水泵水轮机在国内外已有较为深入的研究，但是在公知技术中对低水头可逆式水泵水轮机研究甚少，尤其转轮作为可逆式水泵水轮机的核心部件，其在设计、优化、高效稳定运行等方面经验相当匮乏。

由于缺乏转轮高性能工作的水力设计、优化等的设计经验，使得这种结构简单、水利性能良好、安装维修方便、所需上水库和下水库开挖量少的小型可逆式水泵水轮机机组未得到应有的开发与推广。

此外在现有技术中，包括对其它水头的可逆式水泵水轮机，流道参数和叶片参数对水轮机模式“S”特性区性能影响考虑甚少。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种应用于低水头抽水蓄能电站的可逆式水泵水轮机转轮，其适用于水头<20m的低水头抽水蓄能电站，该转轮在水泵和水轮机两种模式下都能表现出良好的性能，且在水轮机工况下“S”特性区性能得到优化。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种应用于低水头抽水蓄能电站的可逆式水泵水轮机转轮，包括：

上冠，所述上冠为曲面，该曲面由一段圆弧作为母线围绕中心轴线旋转360°而成，该母线延长线与中心轴线相交；

下环，所述下环为曲面，该曲面由不同于上冠母线圆弧曲率的另一段圆弧作为母线围绕中心轴线旋转360度而成；以及，

若干连接在所述上冠和所述下环间的空间三维扭曲状叶片，所述叶片沿下环呈周向分布，在所述上冠上均匀分布三个减压孔。

上述上冠母线圆弧中心坐标为(-0.495D1,-0.806D1)，曲率半径为0.908D1；下环母线圆弧中心坐标为(-0.553D1,-0.39D1)，曲率半径为0.296D1，其中，坐标原点(0，0)为转轮进水边中点连线与转轮轴线的交点，D1指发电工况下的转轮直径。

上述叶片的两端分别是水轮机工况下的进水边和出水边，所述进水边在水泵工况下作为出水边，所述出水边在水泵工况下作为进水边；所述进水边高度与进水边直径比值为0.2～0.23，所述进水边与出水边的夹角在55°～85°之间。

上述叶片在垂直骨线方向厚度与进水边直径比值为0.012～0.022。

上述叶片的包角为118°～125°。

上述叶片在上冠处断面骨线长度与进水边直径比值为0.710～0.714，叶片在下环处断面骨线长度与进水边直径比值为0.697～0.701。

上述上冠与下环上分布的两相邻进水边距离与进水边直径比值为0.5，上冠上分布的两相邻出水边距离与进水边直径比值为0.158，下环上分布的两相邻出水边距离与进水边直径比值为0.312。

上述转轮的高度与进水边直径比值为0.36～0.368。

上述转轮的出口直径与进水边直径比值为0.56～0.568。

上述减压孔的孔径与进水边直径比值为0.012～0.022。

采用上述方案后，本发明通过对包括叶片、转轮的上冠下环的几何形状及尺寸进行优化，并简化结构，得到本发明作为可逆式水泵水轮机转轮，除了实现水泵模式和水轮机模式均能高效运行外，达到改善水轮机工况”S”特性区水力性能的目的；此外，因结构简单，加工制造方便且成本低。

附图说明

图1是本发明转轮整体三维结构示意图；

图2是本发明转轮直径方向剖视图；

图3是本发明转轮的两相邻叶片示意图；

图4是本发明转轮叶片包角示意图；

图5是本发明转轮的空间三维扭曲叶片示意图；

图6是本发明实施例示意图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。