本發(fā)明涉及葉輪的，具體而言，涉及一種減蝕葉輪及摻氣減蝕葉輪組。

背景技術(shù)：

1、隨著我國能源需求不斷提高，在水電開發(fā)的基礎(chǔ)上，積極開發(fā)儲能技術(shù)。抽水蓄能技術(shù)是目前應(yīng)用最廣泛、技術(shù)最成熟的大規(guī)模儲能方式之一。抽水蓄能電站具有調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、儲能、事故備用和黑啟動等多種功能，是建設(shè)現(xiàn)代智能電網(wǎng)新型電力系統(tǒng)的重要支撐，是構(gòu)建清潔低碳、安全可靠、智慧靈活、經(jīng)濟高效新型電力系統(tǒng)的重要組成部分。

2、對于混流式水泵水輪機而言，其通常包括豎直的轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸的下端設(shè)有環(huán)形的轉(zhuǎn)輪，轉(zhuǎn)輪的外圍設(shè)有環(huán)形的固定導(dǎo)葉、活動導(dǎo)葉以及蝸殼，蝸殼與上游的水流連通，從而在環(huán)形的蝸殼內(nèi)部形成高壓的混流區(qū)域，也就是說，轉(zhuǎn)輪位于混流區(qū)域內(nèi)，而轉(zhuǎn)輪的下方與低壓的尾水管連通，尾水管則與蓄水池連通。當(dāng)上游放水、水流通過蝸殼和導(dǎo)葉的引導(dǎo)沖擊轉(zhuǎn)輪的葉片、從而驅(qū)動轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動時，即可帶動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，進而帶動發(fā)電機發(fā)電。對葉片做完功后流速變緩、壓力變小的水流通過尾水管流至蓄水池內(nèi)。

3、具體而言，在水輪機工況下，葉輪內(nèi)的流動與混流式水輪機相似，流體將能量傳遞給葉片，使得葉道內(nèi)的壓力由進口至出口逐漸下降。因此，葉輪的低壓側(cè)始終位于水泵工況的進口即水輪機工況的出口。相反，在水泵工況下，葉輪內(nèi)的流動與離心泵相似，由于葉片做功，使得葉道內(nèi)的壓力由進口至出口逐漸上升；無論在水泵工況還是水輪機工況下，來流撞擊總發(fā)生在葉片進口邊（前緣），撞擊之后流動繞過前緣并從葉片表面分離，則造成葉片表面局部的壓力驟降；同時，葉片尾緣由于流動分離，也出現(xiàn)局部壓力降低與升高。因此，會出現(xiàn)局部的負壓或低壓而形成負壓區(qū)，相應(yīng)地，其水流會形成渦流、空泡。特別是，當(dāng)液體內(nèi)局部壓力降低時，原本溶解在液體內(nèi)部或液固交界面上的蒸氣或氣體會析出而形成空穴（空泡），當(dāng)空泡不斷地“生成”、“長大”、“破裂”、“再次生成”后，即形成所謂的“空化”。此時，金屬材料在經(jīng)受空化沖擊后，表面會出現(xiàn)變形和材料剝蝕等現(xiàn)象，被稱為氣蝕?？栈强赡媸剿盟啓C的一個重要問題，特別是在水泵水輪機模式下，它通常會引起各水流部件的噪音、振動、材料損壞和運行穩(wěn)定性?？栈且环N包含可壓縮流動特性的水動力運動，在壓力低于飽和蒸汽壓時會產(chǎn)生空泡，在壓力逐漸升高后空泡又會潰滅，空泡潰滅時將產(chǎn)生瞬時的局部高溫（約5200k）、高壓（50mpa以上），并能形成強烈的沖擊波和速度高達100m/s以上的微射流，而射流會繼續(xù)折入到機組表面，機組的抗疲勞度會有所下降，引起空化的產(chǎn)生。

4、為了有效地解決上述空化問題，在水輪機設(shè)計時，通常會設(shè)置相應(yīng)的防空化結(jié)構(gòu)，具體地，即通過設(shè)置相應(yīng)的補氣管路，以便將外部的空氣輸入混流區(qū)域等負壓區(qū)域內(nèi)進行補氣，以消除負壓區(qū)域水流的負壓以及渦流的形成。

5、然而現(xiàn)有的水輪機補氣結(jié)構(gòu)和補氣原理存在如下技術(shù)缺陷：首先，當(dāng)外界的空氣或者壓縮空氣被輸入到混流區(qū)域等負壓區(qū)域內(nèi)補氣時，其都是一種固定節(jié)奏的“被動式補氣”，也就是說，無法根據(jù)水輪機不同的運行工況所構(gòu)成的實際需要科學(xué)合理地調(diào)節(jié)補氣量，其后果是，造成補氣不足甚至出現(xiàn)由于氣壓過低水流沿著補氣孔發(fā)生逆流的情況，使水輪機存在安全隱患；或者造成過量補氣，既造成浪費，不利于提升效率、降低成本，又會額外增加氣泡。在整個混流區(qū)域，真正的負壓空泡區(qū)只是個別位置，而現(xiàn)有技術(shù)難以針對真正的負壓空泡區(qū)域進行“摻氣減蝕”。尤其是，水流是一種幾乎不可壓縮的流體，而氣體是一種可壓縮流體，因此，用可壓縮的氣體去彌補平衡不可壓縮的水流形成的負壓區(qū)和空泡，其效果無法等同于壓力平衡狀態(tài)下的水流性能。也就是說，上述補氣的方法只能減輕負壓、氣蝕等影響，但是不能從根本上消除負壓、氣蝕所造成的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種減蝕葉輪及摻氣減蝕葉輪組，其能夠向葉片的負壓區(qū)補充水，進而平衡壓力來減小氣蝕現(xiàn)象。

2、本發(fā)明的實施例通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

3、一種減蝕葉輪，包括蝸殼、轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)輪、轉(zhuǎn)盤和若干葉片；所述轉(zhuǎn)輪和轉(zhuǎn)盤相對設(shè)置且兩者之間預(yù)留有流通間隙；所述蝸殼包裹于所述轉(zhuǎn)輪外部并連通所述流通間隙；若干所述葉片呈環(huán)形均勻分布于所述流通間隙內(nèi)部并連接于所述轉(zhuǎn)輪和轉(zhuǎn)盤；所述轉(zhuǎn)軸連接于所述轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)中心；所述轉(zhuǎn)軸成管狀；所述葉片和轉(zhuǎn)輪內(nèi)部均設(shè)置通道且兩者的通道連通；所述轉(zhuǎn)輪的通道連通所述轉(zhuǎn)軸的內(nèi)部；所述葉片的通道延伸至所述葉片負壓區(qū)域的表面；所述轉(zhuǎn)盤還設(shè)置有開口，以使所述流通間隙和外部連通。

4、進一步地，所述流通間隙與蝸殼之間還可旋轉(zhuǎn)的設(shè)置有若干活動導(dǎo)葉，以使所述活動導(dǎo)葉的角度可調(diào)；若干所述活動導(dǎo)葉圍繞所述轉(zhuǎn)輪成環(huán)形分布。

5、進一步地，還包括防逆流機構(gòu)；所述防逆流機構(gòu)包括環(huán)座和若干防逆流片；所述環(huán)座設(shè)置于所述轉(zhuǎn)軸內(nèi)部；若干所述防逆流片鉸接于所述環(huán)座的內(nèi)部，以使流體經(jīng)所述葉片流向轉(zhuǎn)軸時，若干所述防逆流片并攏，且流體經(jīng)所述轉(zhuǎn)軸流向葉片時，若干所述防逆流片張開。

6、進一步地，還包括張開卡箍和閉合卡箍；所述張開卡箍和閉合卡箍設(shè)置于所述環(huán)座的兩側(cè)且均配合于所述防逆流片設(shè)置，以使所述防逆流片擺動至張開極限時抵接所述張開卡箍且擺動至閉合極限時抵接所述閉合卡箍。

7、進一步地，所述葉片表面于所述通道處設(shè)置有網(wǎng)孔板。

8、一種摻氣減蝕葉輪組，包括氣壓源、計量控制閥和上述的減蝕葉輪；所述氣壓源通過所述計量控制閥連接于所述轉(zhuǎn)軸。

9、進一步地，還包括電子流量計、穩(wěn)壓罐和穩(wěn)流管；所述計量控制閥后端依次連接所述穩(wěn)壓罐、電子流量計和穩(wěn)流管；所述穩(wěn)流管連接于所述轉(zhuǎn)軸內(nèi)部。

10、進一步地，所述轉(zhuǎn)軸設(shè)置有旋轉(zhuǎn)接頭；所述穩(wěn)流管通過所述旋轉(zhuǎn)接頭連接于所述轉(zhuǎn)軸。

11、進一步地，所述穩(wěn)流管內(nèi)部的流道截面呈蜂窩狀。

12、本發(fā)明實施例的技術(shù)方案至少具有如下優(yōu)點和有益效果：

13、本發(fā)明的減蝕葉輪使用時，轉(zhuǎn)輪、轉(zhuǎn)盤和若干葉片一同旋轉(zhuǎn)，水在葉片的作用下從蝸殼流向轉(zhuǎn)盤的開口或從轉(zhuǎn)盤的開口流向蝸殼。同時在葉片自身的作用下，其兩端水壓不同。在其負壓區(qū)容易形成氣蝕現(xiàn)象。因此，可以通過空心轉(zhuǎn)軸通入空氣，同時使得空氣經(jīng)過轉(zhuǎn)輪和葉片的通道將轉(zhuǎn)軸內(nèi)部的空氣導(dǎo)向葉片的負壓區(qū)表面，進而平衡轉(zhuǎn)輪區(qū)域內(nèi)的負壓、并沖散該區(qū)域的渦流，減小轉(zhuǎn)輪流道間的不穩(wěn)定流動以及減少空化空蝕的發(fā)生。相對于額外的流體管路來輸送氣流相比，通過轉(zhuǎn)軸內(nèi)部和葉片及轉(zhuǎn)輪內(nèi)的通道可有效地避免主軸轉(zhuǎn)動時管道產(chǎn)生的糾纏、干涉，大大方便結(jié)構(gòu)布置和裝配。

14、流通間隙與蝸殼之間還可旋轉(zhuǎn)的設(shè)置有若干活動導(dǎo)葉，使得導(dǎo)葉的角度可以根據(jù)需要進行調(diào)整，進而使得經(jīng)蝸殼進入的水能夠以更好的角度沖擊葉片，使得葉片產(chǎn)生更強的動力來發(fā)電。

15、防逆流機構(gòu)使得水只能流向葉片而不能經(jīng)通道回流，保證水能夠有效的流通至葉片的表面。

16、網(wǎng)孔板使得空氣經(jīng)通道流向葉片表面時產(chǎn)生更綿密的氣泡進入混流區(qū)域內(nèi)平衡負壓、減弱空化以及改善不穩(wěn)定流動現(xiàn)象。

技術(shù)特征：

1.一種減蝕葉輪，其特征在于：包括蝸殼、轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)輪、轉(zhuǎn)盤和若干葉片；所述轉(zhuǎn)輪和轉(zhuǎn)盤相對設(shè)置且兩者之間預(yù)留有流通間隙；所述蝸殼包裹于所述轉(zhuǎn)輪外部并連通所述流通間隙；若干所述葉片呈環(huán)形均勻分布于所述流通間隙內(nèi)部并連接于所述轉(zhuǎn)輪和轉(zhuǎn)盤；所述轉(zhuǎn)軸連接于所述轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)中心；所述轉(zhuǎn)軸成管狀；所述葉片和轉(zhuǎn)輪內(nèi)部均設(shè)置通道且兩者的通道連通；所述轉(zhuǎn)輪的通道連通所述轉(zhuǎn)軸的內(nèi)部；所述葉片的通道延伸至所述葉片負壓區(qū)域的表面；所述轉(zhuǎn)盤還設(shè)置有開口，以使所述流通間隙和外部連通。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的減蝕葉輪，其特征在于：所述流通間隙與蝸殼之間還可旋轉(zhuǎn)的設(shè)置有若干活動導(dǎo)葉，以使所述活動導(dǎo)葉的角度可調(diào)；若干所述活動導(dǎo)葉圍繞所述轉(zhuǎn)輪成環(huán)形分布。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的減蝕葉輪，其特征在于：還包括防逆流機構(gòu)；所述防逆流機構(gòu)包括環(huán)座和若干防逆流片；所述環(huán)座設(shè)置于所述轉(zhuǎn)軸內(nèi)部；若干所述防逆流片鉸接于所述環(huán)座的內(nèi)部，以使流體經(jīng)所述葉片流向轉(zhuǎn)軸時，若干所述防逆流片并攏，且流體經(jīng)所述轉(zhuǎn)軸流向葉片時，若干所述防逆流片張開。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的減蝕葉輪，其特征在于：還包括張開卡箍和閉合卡箍；所述張開卡箍和閉合卡箍設(shè)置于所述環(huán)座的兩側(cè)且均配合于所述防逆流片設(shè)置，以使所述防逆流片擺動至張開極限時抵接所述張開卡箍且擺動至閉合極限時抵接所述閉合卡箍。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的減蝕葉輪，其特征在于：所述葉片表面于所述通道處設(shè)置有網(wǎng)孔板。

6.一種摻氣減蝕葉輪組，其特征在于：包括氣壓源、計量控制閥和權(quán)利要求1-5任意一項所述的減蝕葉輪；所述氣壓源通過所述計量控制閥連接于所述轉(zhuǎn)軸。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的摻氣減蝕葉輪組，其特征在于：還包括電子流量計、穩(wěn)壓罐和穩(wěn)流管；所述計量控制閥后端依次連接所述穩(wěn)壓罐、電子流量計和穩(wěn)流管；所述穩(wěn)流管連接于所述轉(zhuǎn)軸內(nèi)部。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的摻氣減蝕葉輪組，其特征在于：所述轉(zhuǎn)軸設(shè)置有旋轉(zhuǎn)接頭；所述穩(wěn)流管通過所述旋轉(zhuǎn)接頭連接于所述轉(zhuǎn)軸。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的摻氣減蝕葉輪組，其特征在于：所述穩(wěn)流管內(nèi)部的流道截面呈蜂窩狀。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及葉輪的技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種減蝕葉輪及摻氣減蝕葉輪組。包括蝸殼、轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)輪、轉(zhuǎn)盤和若干葉片。轉(zhuǎn)輪和轉(zhuǎn)盤相對設(shè)置且兩者之間預(yù)留有流通間隙。蝸殼包裹于轉(zhuǎn)輪外部并連通流通間隙。若干葉片呈環(huán)形均勻分布于流通間隙內(nèi)部并連接于轉(zhuǎn)輪和轉(zhuǎn)盤。轉(zhuǎn)軸連接于轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)中心。轉(zhuǎn)軸成管狀。葉片和轉(zhuǎn)輪內(nèi)部均設(shè)置通道且兩者的通道連通。轉(zhuǎn)輪的通道連通轉(zhuǎn)軸的內(nèi)部。葉片的通道延伸至葉片負壓區(qū)域的表面。轉(zhuǎn)盤還設(shè)置有開口，以使流通間隙和外部連通。通過空心轉(zhuǎn)軸通入空氣，同時使得空氣經(jīng)過轉(zhuǎn)輪和葉片的通道將轉(zhuǎn)軸內(nèi)部的空氣導(dǎo)向葉片的負壓區(qū)表面，進而平衡轉(zhuǎn)輪區(qū)域內(nèi)的負壓、并沖散該區(qū)域的渦流，減少空化空蝕的發(fā)生。

技術(shù)研發(fā)人員：盧加興,潘園園,周鈺卓,劉小兵,張川,何炎駿
受保護的技術(shù)使用者：西華大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6