水力機(jī)械的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種水力機(jī)械(1)，該水力機(jī)械包括：沿周向并排布置的葉片(10)；和布置在相應(yīng)的固定導(dǎo)葉內(nèi)部的可轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)流葉片(20)。每個(gè)固定導(dǎo)葉的出口端點(diǎn)(11)與共同的基準(zhǔn)圓接觸。每個(gè)導(dǎo)流葉片包括壓力側(cè)翼面(21)和負(fù)壓側(cè)翼面(22)，并具有連接與翼面(21、22)兩者都接觸的內(nèi)接圓(24)的中心的弧線(xiàn)。當(dāng)每個(gè)導(dǎo)流葉片都采取最大開(kāi)度時(shí)，最大內(nèi)接圓24m的中心點(diǎn)(O)，相對(duì)于在出口端點(diǎn)與負(fù)壓側(cè)翼面(22)之間繪制的最短距離的直線(xiàn)與弧線(xiàn)(25)彼此相交的交點(diǎn)(32)，位于所述導(dǎo)流葉片的出口側(cè)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】水力機(jī)械

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例涉及一種水力機(jī)械（水力機(jī)械）。

【背景技術(shù)】
[0002] 已知用于通過(guò)使用水動(dòng)力發(fā)電的水力機(jī)械，例如混流式水輪機(jī)（7 5 ^ i 7形水 車(chē)，混流式渦輪機(jī)，軸向輻流式渦輪機(jī)）。圖10示出了混流式水輪機(jī)的一個(gè)結(jié)構(gòu)示例。如 圖10所示，混流式水輪機(jī)包括殼體502、沿圓周方向并排布置在殼體502中的多個(gè)固定導(dǎo)葉 510和多個(gè)導(dǎo)流葉片520,其中每一個(gè)導(dǎo)流葉片都布置在對(duì)應(yīng)的固定導(dǎo)葉510內(nèi)側(cè)并且構(gòu)造 成繞旋轉(zhuǎn)軸523轉(zhuǎn)動(dòng)。在固定導(dǎo)葉510和導(dǎo)流葉片520之間形成靜止翼列流路531 (參見(jiàn) 圖11)。穿過(guò)靜止翼列流路531的水流使轉(zhuǎn)輪503轉(zhuǎn)動(dòng)。渦輪機(jī)主軸504連接至轉(zhuǎn)輪503。 通過(guò)渦輪機(jī)主軸504驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)（未顯示）。
[0003] 當(dāng)混流式水輪機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，流自殼體502的水穿過(guò)在固定導(dǎo)葉510和導(dǎo) 流葉片520之間形成的內(nèi)周側(cè)的靜止翼列流路531流動(dòng)，并且該水流入可轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)輪503， 從而使轉(zhuǎn)輪503轉(zhuǎn)動(dòng)。由于轉(zhuǎn)輪503的轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)電機(jī)（未顯示）通過(guò)渦輪機(jī)主軸504被驅(qū) 動(dòng)旋轉(zhuǎn)。從轉(zhuǎn)輪503流出的水經(jīng)由吸出管505被引導(dǎo)至排放管道（未顯示）。
[0004] 另一方面，在混流式水輪機(jī)構(gòu)造成泵渦輪的情況下，當(dāng)混流式水輪機(jī)作為泵運(yùn)行 時(shí)，水從吸出管505流經(jīng)轉(zhuǎn)輪503、流經(jīng)位于固定導(dǎo)葉510和導(dǎo)流葉片520之間的靜止翼列 流路531。然后，水從殼體502流向外部。
[0005] 下面，參考圖11更詳細(xì)地描述固定導(dǎo)葉510和導(dǎo)流葉片520。圖11是示意性的 剖視圖，在垂直于圖10的導(dǎo)流葉片520的旋轉(zhuǎn)軸523的截面中示出了固定導(dǎo)葉510和導(dǎo)流 葉片520。如圖11所示，多個(gè)固定導(dǎo)葉510和多個(gè)導(dǎo)流葉片520分別沿周向并排布置。每 個(gè)導(dǎo)流葉片520繞旋轉(zhuǎn)軸523轉(zhuǎn)動(dòng)以調(diào)節(jié)導(dǎo)流葉片的開(kāi)度，從而改變?cè)趯?dǎo)流葉片520與相 鄰的其它導(dǎo)流葉片520之間流動(dòng)的水的流量。因此，調(diào)節(jié)流入設(shè)置在導(dǎo)流葉片520的出口 側(cè)的轉(zhuǎn)輪503的水的流量，從而調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸出。導(dǎo)流葉片520的外輪廓由壓力側(cè)翼面 521和負(fù)壓側(cè)翼面522限定。最大內(nèi)接圓524m--與壓力側(cè)翼面521和負(fù)壓側(cè)翼面522兩 者都接觸的內(nèi)接圓中最大的一個(gè)--的中心點(diǎn)01位于導(dǎo)流葉片520的入口側(cè)。
[0006] [現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)]
[0007] [專(zhuān)利文獻(xiàn)]
[0008] [專(zhuān)利文獻(xiàn) 1] JP10-184523A
[0009] [專(zhuān)利文獻(xiàn) 2] JP3_267583A
[0010] [專(zhuān)利文獻(xiàn) 3]JP2〇〇3_9〇279A
[0011] [專(zhuān)利文獻(xiàn) 4]JP2〇〇7_ll3554A


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 為了增大發(fā)電機(jī)的輸出，有必要擴(kuò)大導(dǎo)流葉片的開(kāi)度以增加流入轉(zhuǎn)輪503的水的 流量。然而，在上述的水力機(jī)械中，由于最大內(nèi)接圓524m的中心點(diǎn)01位于導(dǎo)流葉片520的 入口側(cè)，當(dāng)導(dǎo)流葉片開(kāi)度變大時(shí)，固定導(dǎo)葉510和導(dǎo)流葉片520之間形成的靜止翼列流路 531在最大內(nèi)接圓524m附近變得極窄。因此，流過(guò)靜止翼列流路531的水的流速可以在最 大內(nèi)接圓524m附近局部增大，這帶來(lái)例如流動(dòng)的水與固定導(dǎo)葉510之間以及流動(dòng)的水與導(dǎo) 流葉片520之間存在例如大摩擦損失的問(wèn)題，或者由靜止翼列流路531中的流動(dòng)分離或渦 流造成水力損失。
[0013] 本發(fā)明的目的是通過(guò)將導(dǎo)流葉片上的最大內(nèi)接圓定位在最佳位置上來(lái)降低固定 導(dǎo)葉與導(dǎo)流葉片之間形成的流路中的水力損失。
[0014] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，本發(fā)明提供了一種水力機(jī)械，包括：沿周向并排布置的多個(gè)固定 導(dǎo)葉，其中每一個(gè)固定導(dǎo)葉都包括一出口端點(diǎn)；和
[0015] 布置在相應(yīng)的固定導(dǎo)葉內(nèi)側(cè)的多個(gè)導(dǎo)流葉片，其中每一個(gè)導(dǎo)流葉片都包括壓力側(cè) 翼面和負(fù)壓側(cè)翼面，并且構(gòu)造成繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)；
[0016] 其中：
[0017] 每個(gè)固定導(dǎo)葉的出口端點(diǎn)與共同的基準(zhǔn)圓接觸；
[0018] 每個(gè)導(dǎo)流葉片都具有連接與壓力側(cè)翼面和負(fù)壓側(cè)翼面兩者都接觸的內(nèi)接圓的中 心的弧線(xiàn)；和
[0019] 當(dāng)每個(gè)導(dǎo)流葉片采取最大開(kāi)度時(shí)，在導(dǎo)流葉片的內(nèi)接圓中具有最大直徑的最大內(nèi) 接圓的中心點(diǎn)，相對(duì)于在固定導(dǎo)葉的出口端點(diǎn)與對(duì)應(yīng)的導(dǎo)流葉片的負(fù)壓側(cè)翼面之間繪制的 最短距離的直線(xiàn)與所述弧線(xiàn)彼此相交的交點(diǎn)，位于所述導(dǎo)流葉片的出口側(cè)。
[0020] 可替代地，根據(jù)另一實(shí)施例，提供了一種水力機(jī)械，包括：多個(gè)沿周向并排布置的 固定導(dǎo)葉；和
[0021] 多個(gè)布置在相應(yīng)的固定導(dǎo)葉內(nèi)側(cè)的導(dǎo)流葉片，其中每一個(gè)導(dǎo)流葉片都包括壓力側(cè) 翼面和負(fù)壓側(cè)翼面，并且構(gòu)造成繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)；
[0022] 其中：
[0023] 每個(gè)導(dǎo)流葉片都具有連接與壓力側(cè)翼面和負(fù)壓側(cè)翼面兩者都接觸的內(nèi)接圓的中 心的弧線(xiàn)；和
[0024] 當(dāng)從每個(gè)導(dǎo)流葉片的弧線(xiàn)的中點(diǎn)直到最大內(nèi)接圓的中心點(diǎn)的距離表示為1、從弧 線(xiàn)的中點(diǎn)直到弧線(xiàn)的出口側(cè)的端點(diǎn)的距離表示為L(zhǎng)時(shí)，滿(mǎn)足0 < K 0. 6L的關(guān)系。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖1是示意圖，示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的水力機(jī)械的一個(gè)結(jié)構(gòu)示例。
[0026] 圖2是示意性的放大視圖，在垂直于圖1所示的導(dǎo)流葉片的旋轉(zhuǎn)軸的截面中示出 了放大的固定導(dǎo)葉和導(dǎo)流葉片。
[0027] 圖3是對(duì)應(yīng)于圖2的視圖，用于說(shuō)明固定導(dǎo)葉與導(dǎo)流葉片之間的幾何關(guān)系。
[0028] 圖4是示意性的放大視圖，示出了作為比較性的示例的放大的固定導(dǎo)葉與導(dǎo)流葉 片，其中導(dǎo)流葉片的旋轉(zhuǎn)軸被省略。
[0029] 圖5(a)是對(duì)應(yīng)于圖2的視圖，示出了放大的固定導(dǎo)葉和導(dǎo)流葉片，其中導(dǎo)流葉片 的旋轉(zhuǎn)軸被省略。
[0030] 圖5(b)是曲線(xiàn)圖，示出了在導(dǎo)流葉片采取最大開(kāi)度的條件下在流路的中心線(xiàn)上 預(yù)定位置的流動(dòng)的水的流速。
[0031] 圖6是曲線(xiàn)圖，示出了導(dǎo)流葉片的開(kāi)度與在固定導(dǎo)葉與導(dǎo)流葉片之間形成的流路 中的壓力損失之間的關(guān)系。
[0032] 圖7是曲線(xiàn)圖，示出導(dǎo)流葉片的開(kāi)度和渦輪機(jī)效率。
[0033] 圖8(a)是對(duì)應(yīng)于圖2的視圖，示出了放大的導(dǎo)流葉片，其中導(dǎo)流葉片的旋轉(zhuǎn)軸被 省略。
[0034] 圖8(b)是曲線(xiàn)圖，示出了在導(dǎo)流葉片采取最大開(kāi)度的條件下導(dǎo)流葉片的最大內(nèi) 接圓的位置與導(dǎo)流葉片的出口側(cè)的端點(diǎn)附近的壓頭損失的關(guān)系。
[0035] 圖9 (a)是對(duì)應(yīng)于圖2的視圖，示意性地示出了固定導(dǎo)葉與導(dǎo)流葉片之間的位置關(guān) 系被修改的示例。
[0036] 圖9(b)是對(duì)應(yīng)于圖2的視圖，示意性地示出了固定導(dǎo)葉與導(dǎo)流葉片之間的位置關(guān) 系被修改的另一實(shí)例，其中導(dǎo)流葉片的旋轉(zhuǎn)軸被省略。
[0037] 圖10是示意圖，示出了水力機(jī)械的一個(gè)結(jié)構(gòu)示例。
[0038] 圖11是示意剖面圖，在垂直于圖10所示的導(dǎo)流葉片的旋轉(zhuǎn)軸的截面中示出了固 定導(dǎo)葉和導(dǎo)流葉片。

【具體實(shí)施方式】
[0039] 以下將參考附圖描述一個(gè)實(shí)施例。圖1是示出根據(jù)本實(shí)施例的水力機(jī)械的一個(gè)結(jié) 構(gòu)示例的示意圖，圖2是示意性放大圖，在垂直于圖1所示的導(dǎo)流葉片的旋轉(zhuǎn)軸的剖面中示 出了放大的固定導(dǎo)葉和導(dǎo)流葉片。
[0040] 根據(jù)該實(shí)施例的水力機(jī)械1構(gòu)造成例如混流式水輪機(jī)。如圖1所示，水力機(jī)械1包 括殼體2、沿周向并排布置在殼體2中的多個(gè)固定導(dǎo)葉10,以及多個(gè)導(dǎo)流葉片20,其中每一 個(gè)導(dǎo)流葉片都布置在對(duì)應(yīng)的固定導(dǎo)葉10內(nèi)部，并構(gòu)造成繞旋轉(zhuǎn)軸23旋轉(zhuǎn)。在固定導(dǎo)葉10 和導(dǎo)流葉片20之間形成靜止翼列流路31 (在下文中描述為"流路31"）。被引導(dǎo)穿過(guò)流路 31的水流使轉(zhuǎn)輪3轉(zhuǎn)動(dòng)。渦輪機(jī)主軸4連接至轉(zhuǎn)輪3。通過(guò)渦輪機(jī)主軸4驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)（未 顯示）。
[0041] 下面，描述構(gòu)成水力機(jī)械1的各結(jié)構(gòu)要素。首先，描述固定導(dǎo)葉10。如圖2所示， 多個(gè)固定導(dǎo)葉10沿周向并排布置在殼體2中，如上面所述。每個(gè)固定導(dǎo)葉10都固定在殼 體2上。此外，各固定導(dǎo)葉10具有位于所述導(dǎo)流葉片20 -側(cè)的壓力側(cè)翼面13和位于壓力 側(cè)翼面13的對(duì)向側(cè)的負(fù)壓側(cè)翼面14。與共同的基準(zhǔn)圓12接觸的出口端點(diǎn)11設(shè)置在每個(gè) 固定導(dǎo)葉10的出口部分上。在本說(shuō)明書(shū)中，該出口端點(diǎn)11是指一個(gè)點(diǎn)，在該點(diǎn)固定導(dǎo)葉10 的壓力側(cè)翼面13首先接觸流路31的一側(cè)的共同的基準(zhǔn)圓12。固定導(dǎo)葉10設(shè)置用于整流 和向轉(zhuǎn)輪3引導(dǎo)流動(dòng)的水。
[0042] 下面，描述導(dǎo)流葉片20。如圖2所示，多個(gè)導(dǎo)流葉片20沿周向并排布置在殼體2 中相應(yīng)的固定導(dǎo)葉10的內(nèi)側(cè)。每個(gè)導(dǎo)流葉片20設(shè)置成可繞旋轉(zhuǎn)軸23轉(zhuǎn)動(dòng)。各導(dǎo)流葉片 20的旋轉(zhuǎn)軸23位于共同的節(jié)圓29上。各導(dǎo)流葉片20的旋轉(zhuǎn)軸23位于其上的節(jié)圓29設(shè) 置成與基準(zhǔn)圓12同心。節(jié)圓29的直徑比基準(zhǔn)圓12的直徑小。每個(gè)導(dǎo)流葉片20具有位于 轉(zhuǎn)輪3 -側(cè)的壓力側(cè)翼面21和位于固定導(dǎo)葉10 -側(cè)的負(fù)壓側(cè)翼面22。在本實(shí)施例中，一 個(gè)導(dǎo)流葉片20位于一個(gè)固定導(dǎo)葉10內(nèi)側(cè)以與其相對(duì)應(yīng)。各導(dǎo)流葉片20設(shè)置用于調(diào)節(jié)流 入轉(zhuǎn)輪3的水的流量。
[0043] 根據(jù)水力機(jī)械1的這種結(jié)構(gòu)，流自殼體2的水流經(jīng)在內(nèi)周側(cè)的固定導(dǎo)葉10與導(dǎo)流 葉片20之間形成的靜止翼列流路31流入轉(zhuǎn)輪3。該流動(dòng)的水使轉(zhuǎn)輪3轉(zhuǎn)動(dòng)。由于轉(zhuǎn)輪3 的轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)電機(jī)（未顯示）經(jīng)渦輪主軸4被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。從轉(zhuǎn)輪3流出的水經(jīng)由吸出管5被 引導(dǎo)至排放管道（未顯示）。
[0044] 更詳細(xì)地描述導(dǎo)流葉片20。每個(gè)導(dǎo)流葉片20繞旋轉(zhuǎn)軸23旋轉(zhuǎn)以調(diào)節(jié)導(dǎo)流葉片 的開(kāi)度，從而使在該導(dǎo)流葉片20與相鄰的其它導(dǎo)流葉片20之間流動(dòng)的水的流量發(fā)生變化。 因此，調(diào)節(jié)了流入設(shè)置于導(dǎo)流葉片20的出口側(cè)的轉(zhuǎn)輪3內(nèi)的水的流量，從而調(diào)節(jié)了發(fā)電機(jī) 的輸出。例如，通過(guò)增大導(dǎo)流葉片的開(kāi)度以增加流入轉(zhuǎn)輪3的水的流量，可以增大發(fā)電機(jī)的 輸出。最大的導(dǎo)流葉片開(kāi)度被稱(chēng)為"最大開(kāi)度",它意味著流經(jīng)在相鄰的導(dǎo)流葉片20之間形 成的流路的水的流量變成最大的名義最大開(kāi)度。也就是說(shuō)，導(dǎo)流葉片20的最大開(kāi)度是指導(dǎo) 流葉片20的在流經(jīng)在該導(dǎo)流葉片20與相鄰的另一導(dǎo)流葉片20之間形成的流路的水的流 量變成在用于運(yùn)行渦輪的導(dǎo)流葉片開(kāi)度中最大的開(kāi)度。最大開(kāi)度是在設(shè)計(jì)中為每個(gè)對(duì)象水 力機(jī)械1預(yù)先確定的。
[0045] 下面，描述固定導(dǎo)葉10和導(dǎo)流葉片20之間的幾何關(guān)系。如上所述，各導(dǎo)流葉片20 的外輪廓由所述壓力側(cè)翼面21和負(fù)壓側(cè)翼面22限定。存在與壓力側(cè)翼面21和負(fù)壓側(cè)翼 面22兩者都接觸的內(nèi)接圓24。在這些內(nèi)接圓24中，具有最大直徑的內(nèi)接圓24被稱(chēng)為"最 大內(nèi)接圓24m"。此外，連接與壓力側(cè)翼面21和負(fù)壓側(cè)翼面22兩者都接觸的內(nèi)接圓24的中 心的線(xiàn)稱(chēng)為"弧線(xiàn)（中弧線(xiàn)）25"。
[0046] 如圖2所示，在每個(gè)導(dǎo)流葉片20都采取最大開(kāi)度的條件下，從固定導(dǎo)葉10的出口 端點(diǎn)11到相應(yīng)的導(dǎo)流葉片20的負(fù)壓側(cè)翼面22繪制直線(xiàn)39作為最短距離。直線(xiàn)39和弧線(xiàn) 25的交點(diǎn)被表示為32。在此實(shí)施例中，導(dǎo)流葉片20的內(nèi)接圓24中具有最大直徑的最大內(nèi) 接圓24m的中心點(diǎn)0相對(duì)于直線(xiàn)39與弧線(xiàn)25的交點(diǎn)32位于該導(dǎo)流葉片20的出口側(cè)。根 據(jù)該實(shí)施例，當(dāng)每個(gè)導(dǎo)流葉片20采取最大開(kāi)度時(shí)，固定導(dǎo)葉10和導(dǎo)流葉片20之間形成的 流路31將不會(huì)被最大內(nèi)接圓24m變得極窄。因此，可以防止流經(jīng)該流路31的水的流速被最 大內(nèi)接圓24m局部增加，從而使流動(dòng)的水與固定導(dǎo)葉10和導(dǎo)流葉片20之間的摩擦損失可 被降低，以及由靜止翼列流路31中的流動(dòng)分離或渦流造成的水力損失可以被有效地抑制。
[0047] 圖3是對(duì)應(yīng)于圖2的視圖，該圖是用于進(jìn)一步解釋固定導(dǎo)葉10和導(dǎo)流葉片20之 間的幾何關(guān)系的示意性放大視圖。如圖3所示，在垂直于旋轉(zhuǎn)軸23的軸線(xiàn)方向的截面中， 繪制了與在固定導(dǎo)葉10和導(dǎo)流葉片20之間形成的流路31的中心線(xiàn)33相交的給定的直線(xiàn) 34。直線(xiàn)34與固定導(dǎo)葉10和導(dǎo)流葉片20相交的交點(diǎn)分別表示為35和36。在這種情況 下，優(yōu)選的是，兩個(gè)交點(diǎn)35和36之間的距離從流路31的中心線(xiàn)33的最上游端37朝向最 下游端38連續(xù)增加。
[0048] 在此，流路31的中心線(xiàn)33的最上游端37被定義如下（參見(jiàn)圖3)。首先，在垂直 于旋轉(zhuǎn)軸23的軸線(xiàn)方向的截面中，在垂直于流動(dòng)通道31的中心線(xiàn)33的給定的直線(xiàn)34中選 擇穿過(guò)導(dǎo)流葉片20的最上游端點(diǎn)37a的直線(xiàn)。最上游端37是指所選擇的直線(xiàn)與流路31的 中心線(xiàn)33相交的交點(diǎn)37。另一方面，流路31的中心線(xiàn)33的最下游端38被定義如下（參 見(jiàn)圖3)。首先，在垂直于旋轉(zhuǎn)軸23的軸線(xiàn)方向的截面中，在垂直于流路31的中心線(xiàn)33的 給定的直線(xiàn)34中選擇穿過(guò)固定導(dǎo)葉10的出口端點(diǎn)11的直線(xiàn)。最下游端38是指所選擇的 直線(xiàn)34與流路31的中心線(xiàn)33相交的交點(diǎn)38。根據(jù)本實(shí)施例，在每個(gè)導(dǎo)流葉片20采取最 大開(kāi)度的條件下，流過(guò)在固定導(dǎo)葉10與導(dǎo)流葉片20之間形成的流路31的水的流量從流路 31的中心線(xiàn)33的最上游端37朝向其最下游端38連續(xù)增加。據(jù)此，流過(guò)流路31的水的流 速?gòu)牧髀?1的中心線(xiàn)33的最上游端37朝向其最下游端38連續(xù)降低。因此，不存在流速 局部地增加或降低的可能性。其結(jié)果是，由靜止翼列流路31中的流動(dòng)分離或渦流所造成的 水力損失（水動(dòng)力損失）可以更有效被抑制。
[0049] 作為比較性的示例，圖4示出了水力機(jī)械中放大的固定導(dǎo)葉510和導(dǎo)流葉片520。 在圖4中，固定導(dǎo)葉510和導(dǎo)流葉片520對(duì)應(yīng)于圖10所示的水力機(jī)械的固定導(dǎo)葉510和導(dǎo) 流葉片520。此外，在圖4中，省略了導(dǎo)流葉片520的旋轉(zhuǎn)軸523的圖示。如圖4所示，導(dǎo)流 葉片520的最大內(nèi)接圓524m的位置與圖3所示的導(dǎo)流葉片20的最大內(nèi)接圓24m的位置不 同。圖4所示的導(dǎo)流葉片520的其它結(jié)構(gòu)和固定導(dǎo)葉510的結(jié)構(gòu)與圖3所示的導(dǎo)流葉片20 的結(jié)構(gòu)和固定導(dǎo)葉10的結(jié)構(gòu)大致相同。如圖4所示，在每一個(gè)導(dǎo)流葉片520都采取最大開(kāi) 度的條件下，從固定導(dǎo)葉510的出口端點(diǎn)511到對(duì)應(yīng)的導(dǎo)流葉片520的負(fù)壓側(cè)翼面522繪 制直線(xiàn)539作為最短距離。直線(xiàn)539與弧線(xiàn)525的交點(diǎn)表示為532。此時(shí)，與圖2所示的導(dǎo) 流葉片20的情況不同，導(dǎo)流葉片520的內(nèi)接圓524中具有最大直徑的最大內(nèi)接圓524m的 中心點(diǎn)01相對(duì)于直線(xiàn)539與弧線(xiàn)525的交點(diǎn)532位于所述導(dǎo)流葉片520的入口側(cè)。此外， 如圖4所示，在垂直于旋轉(zhuǎn)軸523的軸線(xiàn)方向的截面中，繪制垂直于流路531的中心線(xiàn)533 的給定的直線(xiàn)534。直線(xiàn)534與固定導(dǎo)葉510和導(dǎo)流葉片520相交的交點(diǎn)分別表示為535 和536。在這種情況下，與圖2所示的導(dǎo)流葉片20的情況不同，圖4所示的兩個(gè)交點(diǎn)535和 536之間的距離不會(huì)從流路531的中心線(xiàn)533的最上游端537朝向其最下游端538連續(xù)增 力口。具體地，在垂直于流路531的中心線(xiàn)533的給定的直線(xiàn)534中選擇穿過(guò)導(dǎo)流葉片20的 最大內(nèi)接圓524m的中心點(diǎn)01的直線(xiàn)。所選擇的直線(xiàn)與中心線(xiàn)533的交點(diǎn)表示為541。在 這種情況下，兩個(gè)交點(diǎn)535和536之間的距離從中心線(xiàn)533的最上游端537朝向交點(diǎn)541 逐漸減小，然后從交點(diǎn)541朝向最下游端538逐漸增大。
[0050] 接著，參見(jiàn)圖5 (a)和5 (b)解釋施用圖2所示的導(dǎo)流葉片20時(shí)與施用圖4所示的 導(dǎo)流葉片520時(shí)流速之間的差異。圖5(a)是對(duì)應(yīng)于圖2的視圖，示出了放大的固定導(dǎo)葉 10和導(dǎo)流葉片20,以及圖5 (b)是示出了在導(dǎo)流葉片20采取最大開(kāi)度的條件下流體（流動(dòng) 的水）在流路31的中心線(xiàn)33上的預(yù)定位置的流速的曲線(xiàn)圖。如圖5(a)所示，從流路31、 531的中心線(xiàn)33、533的最上游端37、537直到其最下游端38、538之間的距離被表示為X。 從流路31、531的中心線(xiàn)33、533的最上游端37、537直到預(yù)定的點(diǎn)P的距離被表示為X。圖 5 (b)示出的曲線(xiàn)圖的橫坐標(biāo)軸示出了無(wú)因次距離x/X，曲線(xiàn)圖的縱坐標(biāo)軸示出了當(dāng)導(dǎo)流葉 片20采取最大開(kāi)度時(shí)流體在點(diǎn)P的流速（m/s)。在圖5(b)中， Xl代表當(dāng)垂直于中心線(xiàn)533 穿過(guò)中心線(xiàn)33、533上的預(yù)定的點(diǎn)P的直線(xiàn)534穿過(guò)圖4所示的導(dǎo)流葉片520的最大內(nèi)接圓 524m的中心點(diǎn)01時(shí)X的值?？梢詮膱D5(b)所示的曲線(xiàn)圖理解的是，與施用圖4所示的導(dǎo) 流葉片520的情況相比，在施用圖2所示的導(dǎo)流葉片20的情況下流動(dòng)的流速增加會(huì)更受抑 制。因此，流路中相應(yīng)于流速而增加的摩擦損失可以類(lèi)似地被抑制。特別地，在x = Xl的位 置附近，圖2所示的導(dǎo)流葉片20與圖4所示的導(dǎo)流葉片520的流速之間的差異變得明顯。 這是因?yàn)?，?dāng)施用圖4所示的導(dǎo)流葉片520時(shí)，如上所述，由于在固定導(dǎo)葉510和導(dǎo)流葉片 520之間形成的流路531在最大內(nèi)接圓524m附近變得極窄，在流路531中最大內(nèi)接圓524m 附近的流速局部增加。由此，當(dāng)施用圖4所示的導(dǎo)流葉片520時(shí)，流動(dòng)的水與固定導(dǎo)葉510 和導(dǎo)流葉片520之間可能發(fā)生較大的摩擦損失，以及可能發(fā)生由靜止翼列流路531中的流 動(dòng)分離或渦流造成較大的水力損失。
[0051] 下面，參考圖6和7描述施用圖2所示的導(dǎo)流葉片20時(shí)與施用圖4所示的導(dǎo)流葉 片520時(shí)之間壓力損失的差異。在圖6中，橫坐標(biāo)軸示出導(dǎo)流葉片的開(kāi)度a(mm)，縱坐標(biāo)軸 示出在固定導(dǎo)葉10、510和導(dǎo)流葉片20、520之間形成的流路31、531中的壓力損失AHsg/ Η。在圖7中，橫坐標(biāo)軸示出導(dǎo)流葉片開(kāi)度a(mm)，縱坐標(biāo)軸示出渦輪機(jī)效率ητ(%)?？梢?從圖6中理解的是，與施用圖4所示的導(dǎo)流葉片520的情況相比，當(dāng)放大導(dǎo)流葉片的開(kāi)度a 以輸出更大動(dòng)力時(shí)，靜止翼列流路31中的損失AHsg/H可在施用圖2所示的導(dǎo)流葉片20 的情況下更受抑制。因此，如圖7所示，與施用圖4所示的導(dǎo)流葉片520的情況相比，當(dāng)放 大導(dǎo)流葉片的開(kāi)度a以輸出更大動(dòng)力時(shí)，操作范圍內(nèi)的垂直區(qū)間中的渦輪機(jī)效率ι? τ比施 用圖2所示的導(dǎo)流葉片20的情況下更高。
[0052] 下面，參考圖8 (a)和8 (b)說(shuō)明該實(shí)施例中的導(dǎo)流葉片20的最大內(nèi)接圓24m的位 置。圖8 (a)是對(duì)應(yīng)于圖2的視圖，示出了放大的導(dǎo)流葉片20,圖8(b)示出了在導(dǎo)流葉片20 采取最大開(kāi)度的條件下導(dǎo)流葉片20的最大內(nèi)接圓24m的位置與導(dǎo)流葉片20的出口側(cè)的端 點(diǎn)27附近的壓頭損失之間的關(guān)系的曲線(xiàn)圖。如圖8(a)所示，從導(dǎo)流葉片20的弧線(xiàn)25的 中點(diǎn)26直到最大內(nèi)接圓24m的中心點(diǎn)0的距離被表示為1。從弧線(xiàn)25的中點(diǎn)26直到弧線(xiàn) 25的出口側(cè)的端點(diǎn)27的距離被表示為L(zhǎng)?；【€(xiàn)25的中點(diǎn)26是指弧線(xiàn)25的全部長(zhǎng)度的中 點(diǎn)。在圖8(b)的曲線(xiàn)圖中，橫坐標(biāo)軸示出距離1和縱坐標(biāo)軸示出導(dǎo)流葉片20的出口側(cè)的端 點(diǎn)27附近的壓頭損失。如圖8(b)中所示，當(dāng)1>0. 6L時(shí)，從導(dǎo)流葉片20的最大內(nèi)接圓24m 附近的最大厚度位置朝向出口側(cè)的端點(diǎn)27的曲率變得更大。因此，在導(dǎo)流葉片20的出口 側(cè)的端點(diǎn)27的下游產(chǎn)生大的回流，其增加了導(dǎo)流葉片20的出口側(cè)的壓頭損失。也就是說(shuō)， 在該實(shí)施例中的導(dǎo)流葉片20優(yōu)選地具有滿(mǎn)足0 < 1 < 0. 6L的關(guān)系的結(jié)構(gòu)。
[0053] 如上所述，根據(jù)該實(shí)施例，在每個(gè)導(dǎo)流葉片20都采取最大開(kāi)度的條件下，固定導(dǎo) 葉10和導(dǎo)流葉片20之間形成的流路31將不會(huì)由最大內(nèi)接圓24m變得極窄。因此，能夠防 止流經(jīng)流路31的水的流速被最大內(nèi)接圓24m局部增加，由此，流動(dòng)的水與固定導(dǎo)葉10之間 和流動(dòng)的水與導(dǎo)流葉片20之間的摩擦損失可被減小，以及靜止翼列流路31中的流動(dòng)分離 或渦流所造成的水力損失可以被有效地抑制。
[0054] 在上述實(shí)施例中，固定導(dǎo)葉10與導(dǎo)流葉片20之間的位置關(guān)系可以選擇性地修改， 這取決于發(fā)電機(jī)的容量和/或使用條件。
[0055] 圖9(a)和9(b)示出了固定導(dǎo)葉10與導(dǎo)流葉片20之間的關(guān)系被修改的示例。在 圖9(a)所示的示例中，導(dǎo)流葉片20的旋轉(zhuǎn)軸23沿節(jié)圓29周向地移動(dòng)（在圖示的示例中 順時(shí)針?lè)较颍┮越咏龉潭▽?dǎo)葉10。在圖9(b)所示的示例中，固定導(dǎo)葉10的出口端點(diǎn) 11沿著基準(zhǔn)圓12周向移動(dòng)（在圖示的示例中逆時(shí)針?lè)较颍﹣?lái)接近導(dǎo)流葉片20。與圖2所 示的情況相比較，在圖9 (a)所示的導(dǎo)流葉片20和圖9 (b)所示的導(dǎo)流葉片20兩者中，直線(xiàn) 39與弧線(xiàn)25的交點(diǎn)32位于導(dǎo)流葉片20的入口側(cè)。此外，如圖9(a)和9(b)所示，導(dǎo)流葉 片20的最大內(nèi)接圓24m的中心點(diǎn)0相對(duì)于交點(diǎn)32位于更靠近導(dǎo)流葉片20的出口側(cè)。此 夕卜，根據(jù)圖9(a)和9(b)所示的修改示例，由于導(dǎo)流葉片20的內(nèi)接圓24中具有最大直徑的 最大內(nèi)接圓24m的中心點(diǎn)0相對(duì)于直線(xiàn)39和弧線(xiàn)25的交點(diǎn)32位于導(dǎo)流葉片20的出口側(cè)， 與上述實(shí)施例可以獲得的作用效果相同。
[0056] 在上述實(shí)施例中，如圖3所示，在垂直于旋轉(zhuǎn)軸23的軸線(xiàn)方向的截面中，垂直于流 路31的中心線(xiàn)33的給定的直線(xiàn)34與固定導(dǎo)葉10和導(dǎo)流葉片20相交的交點(diǎn)被表示為35 和36,交點(diǎn)35和36之間的距離從流路31的中心線(xiàn)33的最上游端37朝向最下游端38連 續(xù)增大，其通過(guò)示例示出。然而，本發(fā)明并不限于這樣的示例。作為另一示例，在垂直于旋 轉(zhuǎn)軸23的軸線(xiàn)方向的截面中，垂直于流路31的中心線(xiàn)33的給定的直線(xiàn)34與固定導(dǎo)葉10 和導(dǎo)流葉片20相交的交點(diǎn)被表示為35和36,交點(diǎn)35和36之間的距離從流路31的中心 線(xiàn)33的最上游端37朝向最下游端38連續(xù)減小。根據(jù)該實(shí)施例，當(dāng)每個(gè)導(dǎo)流葉片20都采 取最大開(kāi)度時(shí)，能夠抑制摩擦損失和流動(dòng)分離或渦流造成的水力損失的增加，而不發(fā)生流 速的任何局部增加。
[0057] 所述實(shí)施例僅作為示例，并且本發(fā)明的范圍并不局限于此。
[0058] 附圖標(biāo)記列表
[0059] 1水力機(jī)械
[0060] 2 殼體
[0061] 3 轉(zhuǎn)輪
[0062] 4渦輪機(jī)主軸
[0063] 5吸出管
[0064] 10固定導(dǎo)葉
[0065] 11出口端點(diǎn)
[0066] 12基準(zhǔn)圓
[0067] 13壓力側(cè)翼面
[0068] 14負(fù)壓側(cè)翼面
[0069] 20導(dǎo)流葉片 [0070] 21壓力側(cè)翼面
[0071] 22負(fù)壓側(cè)翼面
[0072] 23旋轉(zhuǎn)軸
[0073] 24內(nèi)接圓
[0074] 24m最大內(nèi)接圓
[0075] 25 弧線(xiàn)
[0076] 26 中點(diǎn)
[0077] 27 端點(diǎn)
[0078] 19 節(jié)圓
[0079] 31 流路
[0080] 32 交點(diǎn)
[0081] 33中心線(xiàn)
[0082] 34 直線(xiàn)
[0083] 35 交點(diǎn)
[0084] 36 交點(diǎn)
[0085] 37最上游端
[0086] 38最下游端
[0087] 502 殼體
[0088] 503 轉(zhuǎn)輪
[0089] 504渦輪軸
[0090] 505吸出管
[0091] 506基準(zhǔn)圓
[0092] 510固定導(dǎo)葉
[0093] 511 出 口端點(diǎn)
[0094] 520導(dǎo)流葉片
[0095] 521壓力側(cè)翼面
[0096] 522負(fù)壓側(cè)翼面
[0097] 523旋轉(zhuǎn)軸
[0098] 5?內(nèi)接圓
[0099] 524m最大內(nèi)接圓
[0100] 525 弧線(xiàn)
[0101] 531 流路
[0102] 532 交點(diǎn)
[0103] 533中心線(xiàn)
[0104] 541 交點(diǎn)
【權(quán)利要求】
1. 一種水力機(jī)械，包括： 沿周向并排布置的多個(gè)固定導(dǎo)葉，其中每一個(gè)固定導(dǎo)葉都包括一出口端點(diǎn)；和 布置在相應(yīng)的固定導(dǎo)葉內(nèi)部的多個(gè)導(dǎo)流葉片，其中每一個(gè)導(dǎo)流葉片都包括壓力側(cè)翼面 和負(fù)壓側(cè)翼面，并且構(gòu)造成繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)； 其特征在于： 每個(gè)固定導(dǎo)葉的出口端點(diǎn)與共同的基準(zhǔn)圓接觸； 每個(gè)導(dǎo)流葉片都具有連接與壓力側(cè)翼面和負(fù)壓側(cè)翼面兩者都接觸的內(nèi)接圓的中心的 弧線(xiàn)；和 當(dāng)每個(gè)導(dǎo)流葉片采取最大開(kāi)度時(shí)，在導(dǎo)流葉片的內(nèi)接圓中具有最大直徑的最大內(nèi)接圓 的中心點(diǎn)，相對(duì)于在固定導(dǎo)葉的出口端點(diǎn)與對(duì)應(yīng)的導(dǎo)流葉片的負(fù)壓側(cè)翼面之間繪制的最短 距離的直線(xiàn)與所述弧線(xiàn)彼此相交的交點(diǎn)，位于所述導(dǎo)流葉片的出口側(cè)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水力機(jī)械，其特征在于： 在導(dǎo)流葉片和固定導(dǎo)葉之間形成流路；和 當(dāng)從垂直于旋轉(zhuǎn)軸的軸向方向的截面觀察流路時(shí)，兩個(gè)交點(diǎn)--限定為垂直于流路的 中心線(xiàn)的給定的直線(xiàn)與相應(yīng)的導(dǎo)流葉片和固定導(dǎo)葉相交的交點(diǎn)--之間的距離從流路的 中心線(xiàn)的最上游端朝向其最下游端連續(xù)增加。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水力機(jī)械，其特征在于： 在導(dǎo)流葉片和固定導(dǎo)葉之間形成流路；和 當(dāng)從垂直于旋轉(zhuǎn)軸的軸向方向的截面觀察流路時(shí)，兩個(gè)交點(diǎn)--限定為垂直于流路的 中心線(xiàn)的給定的直線(xiàn)與相應(yīng)的導(dǎo)流葉片和固定導(dǎo)葉相交的交點(diǎn)--之間的距離從流路的 中心線(xiàn)的最上游端朝向其最下游端連續(xù)減小。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的水力機(jī)械，其特征在于： 當(dāng)從每個(gè)導(dǎo)流葉片的弧線(xiàn)的中點(diǎn)直到最大內(nèi)接圓的中心點(diǎn)的距離表示為1，從弧線(xiàn)的 中點(diǎn)直到弧線(xiàn)的出口側(cè)的端點(diǎn)的距離表示為L(zhǎng)時(shí)，滿(mǎn)足0彡1彡0. 6L的關(guān)系。
5. -種水力機(jī)械，包括： 多個(gè)沿周向并排布置的固定導(dǎo)葉；和 多個(gè)布置在相應(yīng)的固定導(dǎo)葉內(nèi)部的導(dǎo)流葉片，每一個(gè)導(dǎo)流葉片都包括壓力側(cè)翼面和負(fù) 壓側(cè)翼面，并且構(gòu)造成繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)； 其特征在于： 每個(gè)導(dǎo)流葉片都具有連接與壓力側(cè)翼面和負(fù)壓側(cè)翼面兩者都接觸的內(nèi)接圓的中心的 弧線(xiàn)；和 當(dāng)從每個(gè)導(dǎo)流葉片的弧線(xiàn)的中點(diǎn)直到最大內(nèi)接圓的中心點(diǎn)的距離表示為1，從弧線(xiàn)的 中點(diǎn)直到弧線(xiàn)的出口側(cè)的端點(diǎn)的距離表示為L(zhǎng)時(shí)，滿(mǎn)足0彡1彡0. 6L的關(guān)系。
【文檔編號(hào)】F03B3/10GK104066971SQ201380006384
【公開(kāi)日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2013年10月4日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月17日
【發(fā)明者】原田翔, 黑澤貞男, 川尻秀之, 西本篤人 申請(qǐng)人:株式會(huì)社 東芝