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CN101755120B - 包括从主水流中汲取的水流的喷射装置的液动力机器 - Google Patents

包括从主水流中汲取的水流的喷射装置的液动力机器 Download PDF

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Abstract

该机器由主水流(E)流经，包括至少一涡轮机叶片型体(1)，具有一上游端部(8)和一下游端部(10)，在下游端部附近形成至少一涡流区域或一减压区域或一空化区域(14)，机器包括在所述区域(14)中从所述主水流汲取的水流(E1，E2)的喷射装置。喷射装置包括一从主水流(E)汲取水流(E1，E2)的导道(16)，使水流基本沿着主水流(E)的流向通向下游端部(10)。

Description

包括从主水流中汲取的水流的喷射装置的液动力机器
技术领域
本发明涉及主水流流经的液动力机器，其包括涡轮机的至少一叶片型体，所述叶片型体具有一上游端部和一下游端部，在所述下游端部附近形成至少一涡流区域或一减压区域或一空化区域，所述液动力机器包括水流的喷射装置，所述喷射装置将从所述主水流汲取的所述水流——所述汲取的水流相对于所述主水流没有改变——喷射到所述涡流区域或减压区域或空化区域中，以局部地修改所述主水流或增加在所述所述涡流区域或减压区域或空化区域中的压力。
背景技术
该液动力机器例如用于水力发电生产的工厂。机器沿着水流安装，或从水库供水，在水库中流注一或者多条水路。
在这些液动力机器中，由于机器的构型，存在被扰动的主水流流经机器的区域，形成涡流或具有减压或者空化区域。这些区域干扰了液动力机器的总体性能，这是由于其降低了液动力机器中的主水流的作用效率，或引起液动力机器的运行问题。
专利文献US-1 942 995描述了前述类型的液动力机器，其允许在沿着涡轮机轮叶形成的空化区域中喷射从主水流汲取的水流。
不过，布置汲取的水流的出口孔，以沿着与主水流方向基本垂直的方向喷射水流。该孔口不能消除在叶片尾流中形成的涡流区域，并还干扰液动力机器的总体性能。
发明内容
本发明的目的之一在于通过提出一允许消除在任一叶片型体的尾流中形成的涡流区域的冲击式液动力机器来弥补这些弊端。
为此，本发明涉及一前述类型的液动力机器，所述水流的喷射装置包括一导道，所述导道基本沿着所述主水流的流向通向所述下游端部。
将从主水流汲取的水流喷射到叶片型体下游端部中，使得可以在紧接叶片型体的下游在叶片型体的尾流中形成的涡流区域中修改主水流。涡流区域因此被消除，这使得可以有效地填补在该区域中主水流作用性能的缺失，改善了液动力机器的性能与效用。
根据液动力机器的其它特征：
所述叶片型体的导道包括一入口和一出口，所述入口在所述叶片型体上游从所述主水流汲取水流，所述出口通向所述涡流区域或减压区域或空化区域，
所述喷射装置包括一阀门，所述阀门布置在所述汲取的水流的路径中，所述阀门在一打开位置和一闭合位置间是活动的，在所述打开位置，所述阀门使得取自所述主水流的汲取的水流通过，在闭合位置，所述阀门阻止所述汲取的水流的通过，
所述阀门的运动通过合适的控制装置来进行控制，
所述叶片型体是轴同辐流式涡轮机的轮体的多个叶片中的至少一叶片，所述叶片布置在一顶板体和一环带体之间，所述水流通过实施在所述顶板体或者所述环带体中的开口自所述顶板体或自所述环带体被汲取，所述水流通向所述至少一叶片的下游端部。
附图说明
本发明的其它方面和优点将在接下来的描述中展示，该描述是示意性的，参照附录图示，附图中：
图1是根据本发明的涡轮机的叶片型体的上部剖面示意图，
图2是根据本发明的轴同辐流式涡轮机(turbine Francis)的局部剖面示意图，
图3是图2的轴同辐流式涡轮机轮体的上部示意图。
具体实施方式
以下描述的本发明尤其地适用于轴同辐流式涡轮机类型的液动力机器。该液动力机器已为熟知，在本发明中不作详细描述。本发明还适用于存在形成涡流区域、减压区域或空化区域的问题的其它类型的液动力机器。
在描述中，词语“上游”和“下游”均相对于流经液动力机器的主水流E的流向定义。
参照图示1，描述了一涡轮机的叶片型体1类型的液动力机器装置。该叶片型体1例如是一前导流叶片、一导流叶片、或一涡轮机叶片。示意在图1上的叶片型体1是一前导流叶片。
前导流叶片和导流叶片用于导引主水流E，主水流流经涡轮机轮体4，触及叶片6，这引起轮体4围绕纵轴线Z-Z′的转动。
叶片型体1具有一上游端部8和一下游端部10，它们通过为主水流E触及的侧壁12相互连接。无论是对于一前导流叶片、一导流叶片或是一涡轮机叶片，一涡流区域和/或减压区域14在下游端部10附近产生，尤其是紧接着在下游端部10的下游，这会引起液动力机器内的振动。
叶片型体1包括至少一导道16，导道在所述型体内在一进入开口18和一出离开口20之间延伸。进入开口18布置在上游端部8附近，且通向例如叶片型体1的侧壁12之一。触及侧壁12的主水流E的一部分E1因而在导道16中通过进入开口18被汲取，并引入至出离开口20。根据另一实施方式，导道16在叶片型体1外部汲取水流E1，将该水流引导至出离开口20。
出离开口20通向下游端部10。因此，主水流E的汲取的水流E1在导道16中流动，通过出离开口20喷射到区域14中。这是为了得到修改区域14中的水流E的属性和因而防止振动现象的效果。
在一叶片6的情形中，同样地存在，在叶片的进口边或上游端部8和/或出口边或下游端部10的附近区域，产生轮体4的叶片6型体上的空化的问题。为了弥补这一弊端，图2上示意的叶片6，包括其它导道(未显示)，这些导道在一进入开口22和一出离开口24，26间在叶片内部延伸。导道的进入开口22布置在叶片6的上游端部8附近以在叶片上游从主水流E汲取一水流。导道的出离开口24，26布置成将所述汲取的水流喷射在叶片6的上游端部8和/或下游端部10附近的叶片6的侧壁上。汲取的和喷射的水流是为了得到局部地修改主水流E和因而避免叶片型体上形成空化的现象的效果。一些导道因而包括出离开口24，该出离开口通向上游端部8附近的叶片6侧壁，以避免在上游端部8附近的叶片上形成空化的现象。其它的导道包括出离开口26，其通向下游端部10附近的叶片6的侧壁，以避免下游端部10附近的叶片上形成空化的现象。
根据各种实施方式，进入开口和出离开口可根据可与主水流E的方向垂直的方向，沿着叶片6的上游端部8和下游端部10系列地布置，如通过图2上的出离开口24所示意。
根据一特别有利的实施方式，出离开口被布置成使得沿着主水流E的流向通向叶片6的下游端部10。开口例如通向叶片6的底部(culot)。汲取的水流在下游端部中的喷射使得可以消除在叶片6尾流中形成的涡流区域。
轮体4的叶片6布置在一顶板体28和一环带体30之间。
根据一实施方式，在叶片上的空化现象还可以通过实施在与叶片6相面对的顶板体28中的开口31来避免，如图3上所示意。这些开口31与出离开口24，26和/或与通过未显示的管路通向下游端部10的出离开口20相连通。在此实施方式中，一水流E2从主水流E汲取，且流经涡轮机的固定部分和活动的叶片6间的空间。汲取的水流E2在环形空间34中被汲取，环形空间位于顶板体28的上方。该水流E2在开口31中经过，继而被导向至出离开口24，26和/或20。
除了叶片上的空化现象外，还会产生叶片6间的空间33中的形成涡流的现象。这些现象可通过导道弥补，导道的入口孔和出口孔布置在叶片的上下游端部之间，通向叶片间的空间33。根据一实施方式，在叶片6间形成涡流的问题通过实施在顶板体28中的孔口32解决，如图2上所示意。
在此实施方式中，在环形区域34中在叶片6的上游汲取的水流E2在开口32中经过，向叶片6间的空间33给水，如图3上所示意。开口32分布在与空间33相对的顶板体28中，该空间33隔开叶片6。因而，汲取的水流E2被喷射到叶片6之间并修改水流E的属性以避免在叶片6间的形成涡流的现象。
作为变型，不经过顶板体28或在经过顶板体28之外，汲取的水流E2可通过实施在环带体30中的开口(未显示)经过环带体30。
根据适用于所有上述喷射装置的一实施方式，喷射装置包括一阀门72，阀门布置在汲取的水流的路径中，如图2和3上所示意。阀门72在一打开位置和一闭合位置间是活动的，在打开位置其使得汲取的水流通过，在闭合位置，其阻止汲取的水流的通过。阀门72例如布置在喷射装置的每个进入开口附近并允许手动地或自动地控制汲取的水流的喷射。在轴同辐流式涡轮机的情形中，阀门72设置在布置在顶板体28中的每个开口32的附近。
阀门72的运动通过控制装置(未显示)来进行控制，控制装置本身是已知的，机械的或电气的。因而，当在引起涡流区域或减压区域或空化区域形成的液动力机器的运行状态，机器的自动装置或操作者将该或多个阀门操作至打开位置，这允许在所述区域中喷射所述汲取的水流，并防止如上所述的这些区域的形成。
可以注意到，汲取的水流相对于主水流E没有被改变，即在汲取水流中水没有经过改变其组成成分的操作。

Claims (5)

1.主水流(E)流经的液动力机器，其包括涡轮机的至少一叶片型体(1)，所述叶片型体(1)具有一上游端部(8)和一下游端部(10)，在所述下游端部附近形成至少一涡流区域或一减压区域或一空化区域(14)，所述液动力机器包括水流(E1，E2)的喷射装置，所述喷射装置将从所述主水流汲取的水流(E1，E2)——所述汲取的水流相对于所述主水流(E)没有改变——喷射到所述涡流区域或减压区域或空化区域(14)中，以局部地修改所述主水流(E)或增加在所述涡流区域或减压区域或空化区域(14)中的压力，
其特征在于，所述汲取的水流(E1，E2)的喷射装置包括一导道(16)，所述导道基本沿着所述主水流(E)的流向通向所述下游端部(10)。
2.根据权利要求1所述的液动力机器，其特征在于，所述导道(16)包括一入口(18，31，32)和一出口，所述入口在所述叶片型体(1)上游从所述主水流(E)汲取所述汲取的水流(E1，E2)，所述出口通向所述涡流区域或减压区域或空化区域(14)。
3.根据权利要求2所述的液动力机器，其特征在于，所述喷射装置包括一阀门(72)，所述阀门布置在所述汲取的水流(E1，E2)的路径中，所述阀门(72)在一打开位置和一闭合位置间是活动的，在所述打开位置，所述阀门(72)使得取自所述主水流(E)的所述汲取的水流(E1，E2)通过，在闭合位置，所述阀门(72)阻止所述汲取的水流(E1，E2)的通过。
4.根据权利要求3所述的液动力机器，其特征在于，所述阀门(72)的运动通过合适的控制装置来进行控制。
5.根据权利要求1所述的液动力机器，其特征在于，所述叶片型体(1)是轴同辐流式涡轮机(2)的轮体(4)的多个叶片中的至少一叶片(6)，所述叶片布置在一顶板体(28)和一环带体(30)之间，所述汲取的水流(E2)通过实施在所述顶板体(28)或者所述环带体(30)中的开口(31，32)自所述顶板体(28)或自所述环带体(30)被汲取，所述汲取的水流(E2)通向所述至少一叶片(6)的下游端部(10)。
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