导水机构及水泵水轮机的制作方法

1.本技术涉及流体机械技术领域，具体涉及一种导水机构及水泵水轮机。


背景技术：

2.抽水蓄能机组具有调峰填谷、调频调相、储能、事故备用和黑启动等多种功能，是构建新型电力系统、保障电力系统稳定运行、实现新能源大规模发展的重要支撑。水泵水轮机作为抽水蓄能电站的核心部分，其能量性能和稳定性能直接关系到电站的安全稳定运行。
3.活动导叶是水泵水轮机重要的导水部件，对机组的能量性能和稳定性能起重要作用。现有的水泵水轮机活动导叶数通常为16～24之间的偶数，呈圆周均匀分布于转轮外围，各活动导叶型线完全一样，机组运行时，导叶绕其旋转轴旋转同步开启或关闭，实现控制水流的作用。然而，现有技术中，水泵水轮机的驼峰余量和“s”特性是影响稳定运行的重要因素。


技术实现要素：

4.本技术提供一种导水机构及水泵水轮机，旨在提高水泵水轮机的驼峰余量，改善“s”特性，以提高水泵水轮机的运行稳定性。
5.本技术提出一种导水机构，包括：
6.顶盖和底环；
7.多个活动导叶，所述多个活动导叶设置于所述顶盖和所述底环之间，且与所述顶盖和底环转动连接，沿所述顶盖和底环的周向间隔设置；所述活动导叶可绕旋转轴实现同步开启和关闭；所述活动导叶具有高压边安放角和低压边安放角；其中，周向相邻的两个活动导叶的导叶型线不同；在周向相邻的两个活动导叶处于所述开启状态时，所述周向相邻的两个活动导叶的高压边安放角不同和/或周向相邻的两个活动导叶的低压边安放角不同。
8.可选地，所述多个活动导叶包括多个第一活动导叶和多个第二活动导叶；所述第一活动导叶和所述第二活动导叶具有不同的导叶型线；周向相邻的两个所述第一活动导叶之间设置有一个所述第二活动导叶；
9.所述第一活动导叶具有第一高压边安放角和第一低压边安放角，所述第二活动导叶具有第二高压边安放角和第二低压边安放角；
10.在周向相邻的第一活动导叶和第二活动导叶处于开启状态时，所述第一高压边安放角和所述第二高压边安放角不同和/或所述第一低压边安放角和所述第二低压边安放角不同。
11.可选地，在周向相邻的第一活动导叶和第二活动导叶处于开启状态时，所述第一高压边安放角和所述第二高压边安放角不同，所述第一低压边安放角和所述第二低压边安放角相同。
12.可选地，在周向相邻的第一活动导叶和第二活动导叶处于开启状态时，所述第一高压边安放角和所述第二高压边安放角相同，所述第一低压边安放角和所述第二低压边安放角不同。
13.可选地，在周向相邻的第一活动导叶和第二活动导叶处于开启状态时，所述第一高压边安放角和所述第二高压边安放角不同，所述第一低压边安放角和所述第二低压边安放角不同。
14.可选地，所述活动导叶包括叶片和转轴，所述叶片固定在所述转轴上，所述转轴与所述顶盖和底环转动连接；
15.所述叶片具有在所述顶盖和底环周向上相对设置的高压边和低压边以及连接所述高压边和低压边的内侧边和外侧边；所述内侧边具有第一型线，所述外侧边具有第二型线；
16.其中，周向相邻的两个所述活动导叶的第一型线不同和/或第二型线不同。
17.可选地，在垂直于所述顶盖轴向的投影平面内，周向相邻的两个所述活动导叶中的一个转轴位于其对应的叶片的内侧边和外侧边之间，另一个转轴的部分周缘凸出其对应叶片的内侧边和外侧。
18.可选地，所述高压边具有所述活动导叶的第一端点，所述第一端点与所述顶盖和底环的轴心的连线为第一连线；所述第一连线具有第一法线，所述高压边具有过所述第一端点的第二法线，第一法线与第二法线之间的夹角为所述高压边安放角；
19.所述低压边具有所述活动导叶的第二端点；所述第二端点与所述顶盖和底环的轴心的连线为第二连线；所述第二连线具有第三法线，所述低压边具有过所述第二端点的第四法线，第三法线与第四法线之间的夹角为所述低压边安放角。
20.可选地，所述第一端点与所述顶盖和底环的轴心的距离为第一距离；所述第二端点与所述顶盖的轴线的距离为第二距离；
21.其中，周向相邻的两个所述活动导叶的第一距离不同和/或周向相邻的两个所述活动导叶的第二距离不同。
22.可选地，本技术还提出一种水泵水轮机，包括如前所述的导水机构。
23.相比较于常规的型线以及安放角完全一致的活动导叶，本技术的技术方案中所提出相邻的两个活动导叶结构不同，且在圆周方向上间隔排列。具体地而言，相邻的活动导叶的安放角不同且导叶型线不同，从而可以控制水流非均匀变化，以提高水泵水轮机的驼峰余量，改善s特性，提高机组稳定性能。
附图说明
24.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1是本技术实施例提供的导水机构的立体结构示意图；
26.图2是本技术实施例中活动导叶的详细结构示意图；
27.图3是本技术实施例中活动导叶的排布结构示意图；
28.图4是本技术实施例中相邻活动导叶的详细结构示意图。
29.附图标记列表
[0030][0031]
具体实施方式
[0032]
下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0033]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0034]
在本技术中，“示例性”一词用来表示“用作例子、例证或说明”。本技术中被描述为“示例性”的任何实施例不一定被解释为比其它实施例更优选或更具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本发明，给出了以下描述。在以下描述中，为了解释的目的而列出了细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本发明。在其它实例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本发明的描述变得晦涩。因此，本发明并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本技术所公开的原理和特征的最广范围相一致。
[0035]
活动导叶是水泵水轮机重要的导水部件，对机组的能量性能和稳定性能起重要作用。现有的水泵水轮机的导水机构通常包括活动导叶、顶盖和底环。活动导叶转动安装在顶盖和底环上。活动导叶数通常为16～24之间的偶数，并沿顶盖和底环的周向间隔设置，以呈
圆周均匀分布于转轮外围，各活动导叶型线完全一样，机组运行时，导叶绕其旋转轴旋转同步开启或关闭，实现控制水流的作用。然而，现有技术中，水泵水轮机活动导叶处的水流在圆周方向均匀变化，导致驼峰余量和“s”特性是影响机组稳定运行的重要因素。
[0036]
为此，本技术提出一种导水机构，旨在提高驼峰余量、改善“s”特性，达到提高水泵水轮机机组稳定性的目的。具体地，参照图1和图2所示，本技术提出一种导水机构，包括：
[0037]
顶盖100和底环200；
[0038]
多个活动导叶300，所述多个活动导叶300设置于所述顶盖100和所述底环200之间，且与所述顶盖100和底环200转动连接，沿所述顶盖100和底环200的周向间隔设置；所述活动导叶300可绕旋转轴实现同步开启和关闭；所述活动导叶300具有高压边安放角a和低压边安放角b；其中，周向相邻的两个活动导叶300的导叶型线不同；在周向相邻的两个活动导叶300处于所述开启状态时，所述周向相邻的两个活动导叶300的高压边安放角a不同和/或周向相邻的两个活动导叶300的低压边安放角b不同。
[0039]
相比较于常规的型线以及安放角完全一致的活动导叶300，本技术的技术方案中所提出相邻的两个活动导叶300结构不同，且活动导叶300在圆周方向上间隔排列。具体地而言，相邻的活动导叶300的安放角不同且导叶型线不同，从而可以控制水流非均匀变化，以提高水泵水轮机的驼峰余量，改善s特性，提高机组稳定性能。
[0040]
需要说明的是，活动导叶300是水泵水轮机中重要的导水部件，其具有开启状态和关闭状态两种工作状态。活动导叶300在开启状态和关闭状态之间的切换结构不是本技术的改进重点，可以采用本领域的公知技术，在此不进行赘述。进一步地，需要说明的是，在本技术的技术方案，相邻的两个活动导叶300在结构上存在差异，但是一般而言，相邻的两个活动导叶300(全部的活动导叶300)同处于开启状态或者关闭状态。
[0041]
参照图2所述，任一活动导叶300包括转轴302和叶片301。叶片301固定在转轴302上。转轴302转动安装在顶盖100和底环200上。叶片301包括高压边l1、低压边l2、内侧边l4和外侧边l3。高压边l1、内侧边l4、低压边l2和外侧边l3围合限定出叶片301。
[0042]
外侧边l3背离顶盖100的轴心。内侧边l4面向顶盖100的轴心。高压边l1远离顶盖100的轴心o，低压边l2靠近顶盖100的轴心o。叶片301在顶盖100上的投影中，内侧边l4和外侧边l3的线型为导叶型线。其中，内侧边l4对应的导叶型线为第一型线，外侧边l3对应的导叶型线为第二型线。导叶型线可以为直线、曲线或者由直线段和曲线段组合而成。导叶型线的形状根据具体情况设置，其一般设置为抛物线型、双曲线型、椭圆弧型等形状。
[0043]
所述高压边l1具有所述活动导叶300的第一端点p1，所述第一端点p1与所述顶盖100和底环200的轴心o的连线为第一连线；所述第一连线具有第一法线，所述高压边l1具有过所述第一端点p1的第二法线，第一法线与第二法线之间的夹角为所述高压边安放角a；所述低压边l2具有所述活动导叶300的第二端点p2；所述第二端点p2与所述顶盖100的轴心o的连线为第二连线；所述第二连线具有第三法线，所述低压边l2具有过所述第二端点p2的第四法线，第三法线与第四法线之间的夹角为所述低压边安放角b。
[0044]
在实施例中，第一端点p1为高压边l1上距离其所在的活动导叶300的转轴302的轴心最远的一点；第二端点p2为低压边l2上距离其所在的活动导叶300的转轴302的轴心最远的一点。第一端点p1和第二端点p2的距离为其所在的活动导叶300上任意两点距离的最大值。
[0045]
作为上述实施例的可选实施方式，结合图3和图4所示，所述多个活动导叶300包括多个第一活动导叶310和多个第二活动导叶320；所述第一活动导叶310和所述第二活动导叶320具有不同的导叶型线；周向相邻的两个所述第一活动导叶310之间设置有一个所述第二活动导叶320。在实施例中，多个第一活动导叶310沿周向间隔设置，且型线、安放角相同，作为第一组活动导叶；多个第二活动导叶320沿周向间隔设置，且型线、安放角相同，作为第二组活动导叶。相邻的两个第一活动导叶310之间设置有第二活动导叶320。
[0046]
在实施例中，一般而言，第一活动导叶310的轴心、第二活动导叶320的轴心位于同一圆周上。在一些可选的实施例中，第一活动导叶310的轴心可以设置在第一圆周上，第二活动导叶320的轴心可以设置在第二圆周上。
[0047]
所述第一活动导叶310具有第一高压边安放角a1和第一低压边安放角b1，所述第二活动导叶320具有第二高压边安放角a2和第二低压边安放角b2。在周向相邻的第一活动导叶310和第二活动导叶320处于开启状态时，所述第一高压边安放角a1和所述第二高压边安放角a2不同和/或所述第一低压边安放角b1和所述第二低压边安放角b2不同。
[0048]
比如，在一些实施例中，在周向相邻的第一活动导叶310和第二活动导叶320处于开启状态时，所述第一高压边安放角a1和所述第二高压边安放角a2不同，所述第一低压边安放角b1和所述第二低压边安放角b2相同。该实施例中，通过将第一组活动导叶的高压边安放角a和第二组活动导叶的高压边安放角a设置为不同，来达到提高驼峰余量，改善“s”特性的目的。
[0049]
又比如，在一些实施例中，在周向相邻的第一活动导叶310和第二活动导叶320处于开启状态时，所述第一高压边安放角a1和所述第二高压边安放角a2相同，所述第一低压边安放角b1和所述第二低压边安放角b2不同。该实施例中，通过将第一组活动导叶的低压边安放角b和第二组活动导叶的低压边安放角b设置为不同，来达到提高驼峰余量，改善“s”特性的目的。
[0050]
再比如，在一些实施例中，在周向相邻的第一活动导叶310和第二活动导叶320处于开启状态时，所述第一高压边安放角a1和所述第二高压边安放角a2不同，所述第一低压边安放角b1和所述第二低压边安放角b2不同。该实施例中，通过将第一组活动导叶的高压边安放角a和第二组活动导叶的高压边安放角a设置为不同，且第一组活动导叶的低压边安放角b和第二组活动导叶的低压边安放角b设置为不同来达到提高驼峰余量，改善“s”特性的目的。
[0051]
作为上述实施例的技术方案，其中，周向相邻的两个所述活动导叶300的第一型线不同和/或第二型线不同。比如，第一活动导叶310的第一型线与第二活动导叶320的第一型线不同，第一活动导叶310的第二型线与第二活动导叶320的第二型线不同；第一活动导叶310的第一型线与第二活动导叶320的第一型线不同，第一活动导叶310的第二型线与第二活动导叶320的第二型线相同；第一活动导叶310的第一型线与第二活动导叶320的第一型线相同，第一活动导叶310的第二型线与第二活动导叶320的第二型线不同。该实施例中，通过将第一组活动导叶的第一型线和第二组活动导叶的第一型线设置为不同和/或第一组活动导叶的第二型线和第二组活动导叶的第二型线设置为不同来达到提高驼峰余量，改善“s”特性的目的。
[0052]
比如，第一活动导叶310的第一型线为第一抛物线型，第二活动导叶320的第一型
线为第二抛物线型；第一活动导叶310的第二型线为第三抛物线型，第二活动导叶320的第二型线为第四抛物线型。
[0053]
作为上述实施例的可选实施方式，图4所示，在垂直于所述顶盖100轴向的投影平面内，周向相邻的两个所述活动导叶300中的一个转轴302位于其对应的叶片301的内侧边l4和外侧边l3之间，另一个转轴302的部分周缘凸出其对应叶片301的内侧边l4和外侧边l3。比如，第二活动导叶320的转轴302的投影位于其对应的叶片301的内侧边l4和外侧边l3限定的空间内；第一活动导叶310的转轴302的投影的一部分周缘分凸出其对应的叶片301的内侧边l4和外侧边l3外，而位于其对应的叶片301的内侧边l4和外侧边l3限定的空间外侧。
[0054]
作为上述实施例的可选实施方式，所述第一端点p1与所述顶盖100的轴心o的距离为第一距离；所述第二端点p2与所述顶盖100的轴心o的距离为第二距离；其中，周向相邻的两个所述活动导叶300的第一距离不同和/或周向相邻的两个所述活动导叶300的第二距离不同。比如，第一活动导叶310的第一距离与第二活动导叶320的第一距离不同，第一活动导叶310的第二距离与第二活动导叶320的第二距离不同；第一活动导叶310的第一距离与第二活动导叶320的第一距离不同，第一活动导叶310的第二距离与第二活动导叶320的第二距离相同；第一活动导叶310的第一距离与第二活动导叶320的第一距离相同，第一活动导叶310的第二距离与第二活动导叶320的第二距离不同。该实施例中，通过两组活动导叶300的端点的径向距离设置为不同，以使得水流非均匀变化，而达到提高驼峰余量，改善“s”特性的目的。
[0055]
作为上述实施例的可选实施方式，本技术还提出一种水泵水轮机，包括导水机构。该导水机构采用了前述实施例的一部分技术方案或者全部技术方案，因而具备前述实施例的技术优势。含有本技术实施例提出的导水机构的水泵水轮机的驼峰余量提高，s特性得以改善，机组运行稳定性提高。
[0056]
以上对本技术实施例所提供的一种导水机构及水泵水轮机进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种导水机构，其特征在于，包括：顶盖和底环；多个活动导叶，所述多个活动导叶设置于所述顶盖和所述底环之间，且与所述顶盖和底环转动连接，沿所述顶盖和底环的周向间隔设置；所述活动导叶可绕旋转轴实现同步开启和关闭；所述活动导叶具有高压边安放角和低压边安放角；其中，周向相邻的两个活动导叶的导叶型线不同；在周向相邻的两个活动导叶开启时，所述周向相邻的两个活动导叶的高压边安放角不同和/或周向相邻的两个活动导叶的低压边安放角不同。2.如权利要求1所述的导水机构，其特征在于，所述多个活动导叶包括多个第一活动导叶和多个第二活动导叶；所述第一活动导叶和所述第二活动导叶具有不同的导叶型线；周向相邻的两个所述第一活动导叶之间设置有一个所述第二活动导叶；所述第一活动导叶具有第一高压边安放角和第一低压边安放角，所述第二活动导叶具有第二高压边安放角和第二低压边安放角；在周向相邻的第一活动导叶和第二活动导叶处于开启状态时，所述第一高压边安放角和所述第二高压边安放角不同和/或所述第一低压边安放角和所述第二低压边安放角不同。3.如权利要求2所述的导水机构，其特征在于，在周向相邻的第一活动导叶和第二活动导叶处于开启状态时，所述第一高压边安放角和所述第二高压边安放角不同，所述第一低压边安放角和所述第二低压边安放角相同。4.如权利要求2所述的导水机构，其特征在于，在周向相邻的第一活动导叶和第二活动导叶处于开启状态时，所述第一高压边安放角和所述第二高压边安放角相同，所述第一低压边安放角和所述第二低压边安放角不同。5.如权利要求2所述的导水机构，其特征在于，在周向相邻的第一活动导叶和第二活动导叶处于开启状态时，所述第一高压边安放角和所述第二高压边安放角不同，所述第一低压边安放角和所述第二低压边安放角不同。6.如权利要求1所述的导水机构，其特征在于，所述活动导叶包括叶片和转轴，所述叶片固定在所述转轴上，所述转轴与所述顶盖和底环转动连接；所述叶片具有在所述顶盖和底环周向上相对设置的高压边和低压边以及连接所述高压边和低压边的内侧边和外侧边；所述内侧边具有第一型线，所述外侧边具有第二型线；其中，周向相邻的两个所述活动导叶的第一型线不同和/或第二型线不同。7.如权利要求6所述的导水机构，其特征在于，在垂直于所述顶盖轴向的投影平面内，周向相邻的两个所述活动导叶中的一个转轴位于其对应的叶片的内侧边和外侧边之间，另一个转轴的部分周缘凸出其对应叶片的内侧边和外侧。8.如权利要求6所述的导水机构，其特征在于，所述高压边具有所述活动导叶的第一端点，所述第一端点与所述顶盖和底环的轴心的连线为第一连线；所述第一连线具有第一法线，所述高压边具有过所述第一端点的第二法线，第一法线与第二法线之间的夹角为所述高压边安放角；所述低压边具有所述活动导叶的第二端点；所述第二端点与所述顶盖和底环的轴心的连线为第二连线；所述第二连线具有第三法线，所述低压边具有过所述第二端点的第四法线，第三法线与第四法线之间的夹角为所述低压边安放角。
9.如权利要求8所述的导水机构，其特征在于，所述第一端点与所述顶盖和底环的轴心的距离为第一距离；所述第二端点与所述顶盖和底环的轴心的距离为第二距离；其中，周向相邻的两个所述活动导叶的第一距离不同和/或周向相邻的两个所述活动导叶的第二距离不同。10.一种水泵水轮机，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的导水机构。

技术总结
本申请提供一种导水机构及水泵水轮机，其中，该导水机构包括顶盖、底环和多个活动导叶，所述多个活动导叶设置于所述顶盖和所述底环之间，且与所述顶盖和底环转动连接，沿所述顶盖和底环的周向间隔设置；所述活动导叶可绕旋转轴实现同步开启和关闭；所述活动导叶具有高压边安放角和低压边安放角；其中，周向相邻的两个活动导叶的导叶型线不同；在周向相邻的两个活动导叶处于所述开启状态时，所述周向相邻的两个活动导叶的高压边安放角不同和/或周向相邻的两个活动导叶的低压边安放角不同。本申请旨在提高水泵水轮机的驼峰余量，改善“S”特性，以提高水泵水轮机的运行稳定性。以提高水泵水轮机的运行稳定性。以提高水泵水轮机的运行稳定性。


技术研发人员：倪晋兵 郑津生 李国凤 耿博 赵毅锋 邓磊 韩文福 陈舰 魏欢 房建华 肖微 丁景焕 刘伟超 何海平 王秀玲
受保护的技术使用者：东方电气集团东方电机有限公司
技术研发日：2023.02.27
技术公布日：2023/7/4