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混流式水轮机 |
Mixed Flow Turbine |
混流式水轮机属于反击式水轮机,混流式水轮机的水流是径向进入转轮,轴向离开转轮。混流式水轮机可应用水头范围很广,从20m至700m水头都有相应的产品供使用。 |
混流式水轮机转轮结构 |
下面通过一个混流式水轮机转轮模型来介绍其工作原理与结构,模型有16个叶片,图1是这个转轮模型的立体结构图,多个叶片固定在上冠下面的锥面上,叶片下端固定在下环内侧,为看清叶片形状,剖开部分下环。 |
图1--混流式转轮立体结构图 |
图2是把这个模型翻转过来,从下方观看立体结构图。 |
图2--混流式转轮立体结构图二 |
图3是转轮的轴截面立体图,在上冠下方有泄水锥,上冠与泄水锥组成圆滑的曲面,使水能顺畅的流过。 |
图3--混流式转轮轴截面立体图 |
水流是从四周水平方向进入混流式水轮机的转轮,见图4 |
图4--水流进入混流式转轮的方向 |
根据水头范围,混流式水轮机的转轮有多种形状,从外观看,主要体现在叶片根部外端直径Ds与出口处直径D2的大小不同与叶片高度b不同,同时也造成水流相对叶片走向不同,图5是几种主要的转轮轴面投影图,蓝色箭头线表示水流的走向。 |
图5--混流式转轮轴面投影图 |
图5的(a)图适用于高水头、小流量,转轮叶片高度小、叶片在水平方向长,水流在通过叶片时以水平方向为主;图5的(b)图适用于中水头、中流量,水流斜向通过叶片;图5的(c)图适用于中低水头、中大流量,靠转轮下方进入的水流主要以轴向通过叶片,靠转轮上方进入的水流以近似水平方向通过叶片;图5的(d)图适用于低水头、大流量,转轮叶片高度大、叶片在水平方向短,水流主要以轴向通过叶片。
注:以上讲的叶片高度长度与流量大小是针对尺寸相同的转轮进行比较。混流式水轮机转轮叶片数为9至21片。
图6是三峡水电站的混流式水轮机转轮照片,其轴面投影图与图5的(b)图近似。 |
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图6--三峡水电站混流式水轮机转轮(照片来自网络) |
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混流式转轮工作原理 |
在水轮机中,水流是通过活动导叶进入转轮的,活动导叶分布在转轮周围,见图7,导叶控制水流的大小与走向,参见水轮机的导水机构课件。 |
图7--水流经过导叶进入混流式水轮机转轮 |
混流式转轮叶片形状要使所有通过叶片的水流都能推动转轮旋转,都符合翼型的升力原理。
图8是混流式转轮叶片升力图,能较清楚的说明转轮叶片的受力状态,图中用箭头线表示了叶片在水流作用下产生升力的状态。左图是从转轮上部分进入的水流升力图,水流基本以径向朝中心流动,显示了2个叶片的受力,其它叶片受力情况是相同的;右图是从转轮下部分进入的水流升力图,水流基本以轴向朝下方流动,显示了1个叶片的受力,其它叶片受力情况是相同的。
注意:图中V是从导叶流向叶片的水流速度与大小,W是流向该叶片的水流相对叶片的速度与大小,L是该水流对叶片产生的升力,可看到所有水流产生的升力均是推动转轮同向旋转的力。 |
图8--混流式转轮叶片受力图 |
下面有一段动画演示转轮中水流走向,动画仅演示从转轮下部分进入的一股水流的运动状态,用蓝色小球表示水流质点。 |
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动画1 混流式水轮机转轮水流质点走向动画 |
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混流式水轮机的组成与结构 |
下面将介绍混流式水轮机的基本组成,图9是水轮机核心部分结构示意图。
水轮机的主要部件都是围绕座环展开的。座环下方有底环与尾水管,座环上方有顶盖,座环外侧安装蜗壳,座环内侧安装多个导叶,在中间安装转轮,转轮的轴承是安装在顶盖上的导轴承。在导轴承下方有轴密封装置防止水沿轴漏入顶盖上方。转轮的上冠与顶盖间缝隙很小,在转轮的下环与底环间缝隙也很小,在其间有止漏环,在保证转轮自由旋转的同时还要防止漏水影响水轮机效率。 |
图9--混流式水轮机的转轮与导叶 |
导叶安装在顶盖与底环之间,导叶轴穿过顶盖连接到导水控制机构,在顶盖上方安装控制环与接力器一同组成导水控制机构。转轮主轴上方将连接水轮发电机的主轴。
在图中用浅蓝色箭头线表示经过水轮机的水流走向,水从蜗壳内侧进入水轮机,通过导叶形成向中心的环流进入转轮,推动转轮旋转做功后由下方尾水管排出。 |