爱华网关于叶轮设计方案的讨论
——2010年11月根据大量的QQ聊天记录整理
QQ：
问个小小的问题，水从哪边进？是左进下出吗？
水上超人：
对，当然是左进下出嘛！固定叶轮在前面，旋转叶轮在后面。
QQ：
怎么好像管道越来越小啊？
水上超人：
管道越来越小那是视角问题，这是3D图片呀！立体效果造成的。
QQ：
现在的轴伸贯技术也达到效率87%左右了咯！
水上超人：
成熟的技术没有这个效果好呀! 这种水轮机可以超过轴流式的效率。
QQ：
你这个比现有技术，有哪些优点哦？
水上超人：
多级叶轮的稳定性好，平均效率就高呀！
这种水轮机集合了轴流式、贯流式和斜击式水轮机的优点，克服了它们的缺点。这种水轮机只需要安装一个固定叶轮和一个旋转叶轮就可以超过现有的轴流式水轮机了，安装多个叶轮主要是存在一个协调问题，搞不好反倒会降低工作效率。它主要由固定叶轮来分担轴向压力和改变水流的冲击方向，旋转叶轮所受到的主要是侧向推力，所以它不仅是工作效率高，而且叶轮的损耗小使用寿命长。
QQ：
你的转轮叶片，叶型是怎么弄出来的？有没有经过试验台验收呢？已经有运行的电站了吗？
水上超人：
虽然还没有经过叶型试验，也没有运行的电站，但是，可以肯定它会比现有的技术好，因为我们的叶轮设计是建立在现有技术的基础之上的。
QQ：
其实发明各种型式水轮机的前辈都是建立在长期的工程实践和理论研究的，不是这么简单！这个需要经过严密的论证。
QQ：
不是我们的思维定势让我们排斥这个方案，而是我们对水轮机的原理以及叶片的型线有深刻的认识。
水上超人：
谢谢大家的宝贵意见！希望你们去认真看看我上传的《多级水轮机的叶轮设计》那篇文章，那里面比较系统地介绍了这种叶轮的设计理念和工作原理。俗话说的是“条条道路通罗马”，我们发明的多级节能水轮机也有自己的科学根据，并不是单凭想象编造出来的科幻故事。
QQ：
最好是上试验台，有试验结果，我们才敢用啊！
水上超人：
上试验台的费用太高，还达不到真机的试验效果，为什么不做真机试验啊！
QQ：
或者是做个小型的机组，试用一下，算一下效率。也可以做小，微型机组试一下。
水上超人：
对，这个方法就很好嘛。推广发明专利的基本步骤是：理论、样品、小试、中试、批量生产。一种新产品的优点和缺点不是在几次试验之中就可以完全发现的，只有在大量的使用过程中才能充分地曝露出来。所以，在没有什么重大的安全隐患和经济损失的前提下，早日开发样机进行试用就是最可靠的方法了。
水上超人：
你们对我的设计方案还有什么疑问？也可以提出来讨论嘛。比如我们加大了滚筒的半径，不仅可以减少上下水道的弯道损失，而且还可以大大减少叶片水道的涡流损失，就是一个非常好的设计方案。
QQ：
你加大的是成本！
水上超人：
什么成本？这里的成本增加了，那里的成本就减少了，要从总体来看嘛。
QQ：
为什么呢？
水上超人：
我计算过，增大滚筒半径所减少的流量也只相当于上下水道的1/4左右。
如“多级水轮机叶轮示意图”所示，根据流体力学的连续性方程v1A1=v2A2，假设水轮机上下水道的横切面积为A1，叶轮水道的横切面积为A2，那么增大叶轮的滚筒半径r使2r≥R就会减少水流通道的横切面积A2，通过计算公式可得：A2 =πR2－πr2≤4πr2－πr2＝3πr2≤3A1/4。由此可见，增大叶轮的滚筒半径r使2r≥R也只减少了横切总面积A1的1/4左右，和原来的叶轮相比也并没有多少差别。但是，它却给我们带来了两大好处：一是可以减少水轮机上下水道的弯道损失；二是可以减少叶轮内部的涡流损失。所以，这个设计方案从表面上看是增加了成本，而实际效果却是节约了水能提高了转化效率呀。
QQ：
你的叶片怎样设计的？基于什么原理？
水上超人：
我们增大叶轮的滚筒半径r，就是为了减少叶片扭曲，尽量减少涡流损失。
QQ：
也就是你自己看着舒服就可以，随便来的吧？
水上超人：
不是随便来的，有科学根据呀！
QQ：
具体的原理是什么？你这个角度，形状都有很大的可变性。
水上超人：
角度和形状都有很大的可变性，是因为我还在寻找最好的设计方案，这些图片都是我的试验品，并不是我理想中的叶轮设计方案。
譬如这两张叶轮就有很大的差别，上面的叶轮没有扭曲就很容易导致水能的浪费，下面这个叶轮就比较合适，如果叶片再扭曲多了就会增加涡流损失。
QQ：
你说的：扭曲多了就会增加损失，那怎么样的扭曲才是最好的呢？
水上超人：
认真观察现有的叶轮可知：它们对水能的利用还是比较充分的，但是在涡流损失和轴向压力损失方面都是比较多的。
QQ：
你有计算过？还是有什么原理。为什么非要是这个形状？
水上超人：
叶轮有个无法改变难题，那就是里面小外面大。如果叶片不扭曲，就会出现漏流浪费水能（例如第一张固定叶轮40）；如果扭曲太多了，又会出现涡流损失水能（例如现有的轴流式水轮机叶轮）。所以，在设计叶片的扭曲程度时，我们就只有无奈地在“浪费”与“损失”之间寻求平衡了。
QQ：
你在《多级水轮机的叶轮设计》那篇文章中为什么没有说明这些道理呢？
水上超人：
因为这是现有技术，不是发明创新的内容。当我们没有找到更好的设计方案时，只需要应用现有的技术就可以了。
QQ：
我其实都看了你的东西很久了
水上超人：
谢谢关注！欢迎多提宝贵意见!
QQ：
如果是全新的发明可能还有很大的空间，但是水轮机一种非常复杂的机械，它的工况比飞机的发动机更加复杂。
水上超人：
你说的有道理，但是水轮机哪里会比飞机更复杂呢？所以我现在退而求其次。先向你们推荐下面这种最简单而又没有争议的多级节能水轮机模型1，它的实用效果肯定比现有的轴流式水轮机好。只是在高水头的条件下的节能效果没有那两种模型显著，在低水头条件节能效果差别不大。你们可以先开发这种机型，然后再开发那两种机型。
QQ：
如果你有时间去和高校联系一下，看他们能不能为你优化一下。
水上超人：
肯定能够优化，只要你们愿意合作，我们马上想办法优化。
QQ：
嘿嘿！这种东西估计只有高校才好搞经费，给你推荐西华大学。
水上超人：
我说这种简单模型比较好搞,也没什么风险。何必把经费看得那么重呢？大家想办法来分担风险和解决经费问题不就成了吗。
QQ：
不好搞，目前测效率的方法都不准确。
水上超人：
可以嘛！只要你们愿意合作，我免费提供技术支持。
QQ：
首先，你有木模吗？
水上超人：
没有木模，但是，可以找人进行有限元分析。
QQ：
优化以后再说。
水上超人：
根据我的分析，可能他们也优化不了多少，不过是多给你们一点安慰而已！想赚钱不冒一点儿风险是不可能的，俗话说的是：舍不得孩子套不住狼啊！
QQ：
你那个叶轮滚筒是实心的还是空心的？
水上超人：
当然应该做成空心的了，那样才能减轻重量和节约钢材嘛。这些图片是我用3dsMax软件制作的，由于才学会使用这个软件技术还不够熟练，所以就画成这个样子了，我自己都觉得很粗糙，一点儿也不精致。一般的机械制图好象应该用SolidEdge软件来画，我最近很忙没有时间去学习那些软件的使用方法，水轮机工程师们应该比较熟悉那些软件，只要把设计方案确定下来之后，再找他们转化为机械制图就比较容易了。
QQ：
安装一组叶轮和多组叶轮，在叶轮的设计方面有什么区别吗？
水上超人：
肯定有区别了。一般来说：安装的叶轮组数越多，叶片的倾斜角度就越小，叶片的扭曲程度也就越少。如果只是安装一组叶轮，那么叶片的倾斜角度和扭曲程度都是比较大的，特别是旋转叶轮的叶片形状就应该和现有的轴流式水轮机叶轮更加接近。
轴流式水轮机的叶轮已经发展这么多年了，经过了无数次的改进和提高，虽然不敢说是已经达到顶峰了，但至少也是接近顶峰了。所以，现有的成功技术我们还是不能轻易放弃的，除非是到了有新技术可以取代它的时候。
