本帖最后由 水上超人 于 2010-9-19 19:54 編輯
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摘要： 一種多級(jí)軸流式水輪機(jī)使用的兩種葉輪,，固定葉輪和旋轉(zhuǎn)葉輪的圓形滾筒側(cè)面都依次排列有8個(gè)同向傾斜的葉片，滾筒與葉輪的半徑比例為2r≥R,，固定葉片的軸向傾角大于旋轉(zhuǎn)葉片的軸向反傾角。它主要通過(guò)降低水輪機(jī)上下水道的流速來(lái)減少?gòu)澋罁p失，把沖擊水流集中到葉輪的外圍來(lái)增加旋轉(zhuǎn)推力,，減少旋轉(zhuǎn)葉輪的軸向壓力而導(dǎo)致的無(wú)用功損失等途徑來(lái)提高水輪機(jī)的工作效率。估計(jì)這種組合葉輪與現(xiàn)有的單一葉輪相比,，大約可以提高水能轉(zhuǎn)化效率10%左右,。應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)原理，還可以制造多級(jí)汽輪機(jī)及其它流體動(dòng)力機(jī)械的葉輪,。+ n% o1 J. a; ]; I1 f0 `4 k+ z
# d3 C- ~# c$ V$ H/ m3 s8 W( O D一,、 現(xiàn)有單級(jí)葉輪的局限性
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6 g5 z" G f: {( |, ^, v0 R 目前公知的水輪機(jī)基本上都是由單級(jí)葉輪構(gòu)成的，其葉輪結(jié)構(gòu)如圖“軸流式水輪機(jī)葉輪”所示,。這種葉輪的葉片軸向傾角大,、滾筒半徑小和葉片數(shù)量少，存在的問題是軸向壓力大和彎道損失多等等，用于單級(jí)葉輪水輪機(jī)還是可以勝任的,。但是,，用于我們發(fā)明的多級(jí)葉輪水輪機(jī)（參考文獻(xiàn)資料：多級(jí)節(jié)能水輪機(jī)，專利號(hào)：ZL200820009346.8）就會(huì)出現(xiàn)許多問題,，不但達(dá)不到節(jié)能的目的,，反而還有可能出現(xiàn)浪費(fèi)能量的現(xiàn)象。所以,，必須重新設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)葉輪和固定葉輪的結(jié)構(gòu),，才能達(dá)到節(jié)約水能之目的。 7 ~- K) f8 t+ Y: x% m
0 y, p6 e; _4 e( Y0 A- L D5 Y二,、新型多級(jí)葉輪的設(shè)計(jì)原理 ![]()
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我們?cè)O(shè)計(jì)的新型葉輪如“多級(jí)水輪機(jī)葉輪示意圖”所示,，根據(jù)流體力學(xué)的連續(xù)性方程v1A1=v2A2，增大葉輪的滾筒半徑r使2r≥R可以減少水流通道的橫切總面積A2,。假設(shè)A2 =πR2－πr2≤3πr2≤3A1/4,，那么v1≤3v2/4。根據(jù)水頭損失計(jì)算公式可知：水流速度是以v2的形式在影響水頭損失,。所以減少水輪機(jī)上下水道的流速,，可以大幅度減少水輪機(jī)上下水道的水頭損失；當(dāng)然也可以有效地減少第一級(jí)固定葉輪在調(diào)整沖擊水流方向時(shí)帶來(lái)的彎道損失,。根據(jù)力矩的計(jì)算公式M＝FL,，增大葉輪滾筒的半徑使2r≥R，盡量把沖擊水流集中到葉輪的外圍來(lái)做功,，這種做法既可以增加葉輪的旋轉(zhuǎn)推力,，同時(shí)也降低了葉輪內(nèi)部的彎道損失。 2 E0 i# y! r- v: J5 j B% k d
原來(lái)的單級(jí)水輪機(jī)是水流沿軸向沖擊葉片,，根據(jù)力的分解法則可知它產(chǎn)生的軸向壓力很大,，帶來(lái)的無(wú)用功損失就比較多。而我們發(fā)明的多級(jí)水輪機(jī)加入了固定整流葉輪之后,，就可以隨意地調(diào)節(jié)水流的沖擊方向,，并且由固定葉輪來(lái)承擔(dān)大部分軸向壓力，雖然也存在一些彎道損失,，但是卻可以減少許多無(wú)用功損失,。為了提高旋轉(zhuǎn)葉輪的橫向推力，我們可以把固定葉片的方向與旋轉(zhuǎn)葉片的方向進(jìn)行反向設(shè)置,；為了進(jìn)一步減少旋轉(zhuǎn)葉片的軸向壓力,，我們可以讓固定葉片的軸向傾角大于旋轉(zhuǎn)葉片的軸向反傾角，如“多級(jí)葉輪軸向示意圖”所示：∠a ＞∠b,。除此以外：為了減少?gòu)澋罁p失,，在設(shè)置固定整流葉片時(shí)要盡量減小葉片與水流方向的夾角；為了提高水輪機(jī)的工作效率,，在設(shè)置旋轉(zhuǎn)沖擊葉片時(shí)要盡量增大葉片與水流方向的夾角,。 ![]() / F3 K# K& ^+ c0 W, k; Q! w/ L: w! M
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不論固定葉輪調(diào)節(jié)水流方向還是旋轉(zhuǎn)葉輪回收水能，主要都是依靠葉片來(lái)完成任務(wù)的,。如果葉片數(shù)量太少就不能有效地完成任務(wù),，如果葉片數(shù)量太多又會(huì)帶來(lái)更多的彎道損失。根據(jù)我們的推測(cè)固定葉輪和旋轉(zhuǎn)葉輪的葉片數(shù)量應(yīng)該相同,，一般在八個(gè)左右比較適宜,。如果葉輪半徑比較大時(shí)也可以適當(dāng)增加葉片數(shù)量，這樣既可以提高水能的轉(zhuǎn)化效率又可以延長(zhǎng)葉輪的使用壽命,。 ![]()
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固定葉輪與旋轉(zhuǎn)葉輪的區(qū)別如“多級(jí)葉輪軸向示意圖”所示,，主要是固定葉輪的葉片和旋轉(zhuǎn)葉輪的葉片與水輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸所構(gòu)成的傾斜角方向相反。這兩種葉輪在水輪機(jī)中的組合安裝方式如“多級(jí)節(jié)能水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖”所示,，在第一級(jí)固定葉輪的前面和最后一級(jí)旋轉(zhuǎn)葉輪的后面各設(shè)一個(gè)整流罩來(lái)消除渦流阻力,，幾個(gè)固定葉輪和旋轉(zhuǎn)葉輪依次相間串聯(lián)在同一根轉(zhuǎn)動(dòng)軸上組成了水輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力機(jī)構(gòu)。 | 
發(fā)表于 2010-9-19 19:52:56
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