CN102144089B - 水力设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水力设备，具有：构建为S型管的流体通道(40)，所述流体通道具有第一区段、第二区段和第三区段(100，200，300)。流体通道(40)在所述第一区段(100)中具有第一直径(400)和第一中线(410)，并且在所述第三区段(300)中具有第二直径(500)和第二中线(510)。在所述第一中线和第二中线之间设置有距离(600)。此外，水力设备具有在所述第一区段(100)中的涡轮叶片(10)以及在所述第三区段(300)中的通过轴(20)与所述涡轮叶片(10)耦合的发电机(30)。流体通道(40)在所述发电机(30)的区域中主要具有钢。

Description

水力设备
本发明涉及一种水力设备。
已公开了不同的水力设备。
在图1中示出了具有S型管几何结构的一种已知的水力设备的例子。在此，流体通道40可以S型地设置有第一区段100、第二区段200和第三区段300。在此，第一区段100和第三区段300可以笔直地构建，并且第一区段和第二区段彼此间隔地设置。第二区段200用于将第一区段100与第三区段300连接。在第一区段的区域中可以设置带有涡轮叶片10的叶轮。通过轴20可以将涡轮叶片10与发电机30耦合。通过流经流体通道40的水流驱动涡轮叶片10，并且该旋转运动在发电机30中转换为电能。发电机30通常设置在混凝土构成的基座50上。
作为现有技术，参考FR 2 550 826、US 4,319,142、US 1,859,215和JP60-008474 A。
本发明的任务是，设计一种具有改进的效率的水力设备。
该任务通过根据权利要求1所述的水力设备来解决。
由此，设计了一种水力设备，其带有构建为S型管的流体通道，该流体通道带有第一区段、第二区段和第三区段。流体通道在第一区段中具有第一直径和第一中线，并且在第三区段中具有第二直径和第二中线。在第一中线和第二中线之间设计有距离。水力设备此外具有在第一区段中的涡轮叶片以及在第三区段中的通过轴与涡轮叶片耦合的发电机。流体通道在发电机的区域中主要具有钢。
根据本发明的一个方面，第二区段的长度与在第一中线和第二中线之间的距离的比为2至4，并且优选为3。
根据本发明的另一方面，在第三区段中在流体通道的顶部的区域中设置用于发电机的基座。所述顶部例如可以构建为钢结构。
根据本发明的另一方面，基座构建为使得其能够去除第三区段中在流体通道中的动水荷载(hydro-dynamischen Lasten)。
根据本发明的另一方面，在第一区段或者第三区段上设置有第一扩宽部和第二扩宽部。
本发明所基于的认识是，通常仅仅考虑在叶轮叶片之前和之后的情况。在此会出现的是，在流体通道以及在抽吸管中形成的损耗可以被忽略。尤其是第三区段的构型应当实现为使得在抽吸管中出现的动水荷载被去除。为此，在第三区段中的流体通道的覆盖部应当相应地构建。然而，在第三区段中的流体通道的覆盖部的构型也影响在流体通道的第二区段中或者抽吸管中的倾斜。通过在第三区段中的流体通道的覆盖部的改进构型，可以降低在第二区段中的所需倾斜。这尤其是可以通过使用钢来去除动水荷载来实现。由此，在流体通道40中可以实现更小的倾斜、更大的曲率半径以及更有利的流体特性。
本发明的其他扩展方案是从属权利要求的主题。
本发明的实施例和优点在下面参照附图来进一步阐述。
图1示出了根据现有技术的水力设备的示意图，
图2示出了根据第一实施例的水力设备的示意图，
图3示出了根据第二实施例的水力设备的示意性俯视图，并且
图4示出了根据第二实施例的水力设备的示意图。
图2示出了根据第一实施例的水力设备的示意图。水力设备具有第一区段100、第二区段200和第三区段300。流体通道40基本上构建为S型管并且通过第一区段100、第二区段200和第三区段300延伸。在第一区段100中，流体通道40基本上笔直地构建并且具有第一直径400和第一中线410。在第三区段300中，流体通道同样基本上笔直地构建并且具有第二直径500和第二中线510。第二区段200将第一区段100与第三区段300连接。第一中线410和第二中线510彼此相距第一距离600地设置。
在第一区段100的区域中，叶轮设置有涡轮叶片10。发电机30在第三区段300的范围中设置在基座50上。叶轮10通过轴20与发电机30连接。
任选地，在第一区段100和/或第三区段300上可以设计流体通道的第一扩宽部800或者第二扩宽部900。第二区段200可以具有中线220。中线220可以具有为α的倾斜。α可以在10°到30°之间，尤其是在18°到22°之间。α优选可以为21°。
在第一区段100中设置压力区域，并且在叶轮10之后的区段中设置流体通道的抽吸区域。
第一区域100、第二区域200和第三区域300在此尤其是构建为使得流体并不脱离通道壁。通过根据第一实施例的流体通道40的构型，可以将第二区段200构建得比现有技术中更长。
在第三区段中的流体通道40顶部41构建为使得其能够承接出现的动水荷载。顶部41例如可以具有钢用于去除动水荷载。流体通道40的在发电机30之下的区域中的区段或者顶部41任选地具有钢并且尤其是不锈钢。不锈钢尤其是用于接触水的表面。由此，流体通道40可以基本上由混凝土构建，其中在发电机30以下的区域设计为由(不锈)钢构成。
根据第一实施例，发电机30可以设置在作为基座的钢轨上或者钢支承体上，该基座可以与顶部41结合。所述钢支承体用于承接流体通道的动水荷载。
发电机30可以优选没有传动装置地与轴20或者叶轮叶片耦合。由此，在传动链中可以出现更少的损耗并且可以避免快速转动的部件。这是特别有利的，因为需要更少的维护开销以及更少地使用含油的工作燃料。叶轮10可以优选构建为迎流向的叶轮(Luvlaeufer)，这能够实现最优的流入条件。导向轮可以构建为支承结构，使得在驱动水通道中需要最少数目的装置。通过水力设备的构型并且尤其是通过流体通道40的构型，可以避免小的转向半径，使得在涡轮机上形成最小的水头损失(Fallhoehenverluste)。
图3示出了根据第二实施例的水力设备的俯视图。该水力设备具有带有流体通道40的第一区段100、第二区段200和第三区段300。在流体通道40中此外设置有涡轮叶片10和与此相连的轴。在流体通道40之外在基座50上设置有发电机30。
图4示出了根据第二实施例的水力设备的示意图。水力设备具有第一区段100、第二区段200和第三区段300。流体通道40基本上构建为S型管并且通过第一区段100、第二区段200和第三区段300延伸。在第一区段100中，流体通道40基本上笔直地构建并且具有第一直径400和第一中线410。在第三区段300中，流体通道同样基本上笔直地构建并且具有第二直径500和第二中线510。第二区段200将第一区段100与第三区段300连接。第一中线410和第二中线510彼此相距第一距离600地设置。
在第一区段100的区域中，叶轮设置有涡轮叶片10。发电机30在第三区段300的范围中设置在基座50上。叶轮10通过轴20与发电机30连接。
任选地，在第一区段100和/或第三区段300上可以设计流体通道的第一扩宽部800或者第二扩宽部900。第二区段200可以具有中线220。中线220可以具有为α的倾斜。α可以在10°到30°之间，尤其是在18°到22°之间。α优选可以为21°。
第一直径400和第二直径500可以在4m到6m之间，优选在4.50m到5m之间并且尤其是4.8m。第二区段200的长度700可以在15m到21m之间，优选为18m。在两个中线410、510之间的距离600可以在4m到8m之间，优选为6m。
第二区段200的长度700与在第一中线410和第二中线510之间的距离的比为2至4，并且优选为3。
根据本发明的一个实施例，在第一直径400及第二直径500与第二区段200的长度700之间的比为0.15至0.35，并且尤其是0.267。根据本发明的另一方面，第一直径400或者第二直径500与角α的比可以在0.2到0.3之间并且尤其是0.229。
借助根据本发明的S型管或者流体通道的构型，可以在第一区段和第二区段之间以及在第二区段和第三区段之间实现平滑的过渡。这是特别有利的，因为由此可以减少在流体通道中的涡流。

Claims (5)

1.一种水力设备，具有：
构建为S型管的流体通道（40），所述流体通道具有第一区段、第二区段和第三区段（100，200，300），其中所述流体通道（40）在所述第一区段（100）中具有第一直径（400）和第一中线（410），并且在所述第三区段（300）中具有第二直径（500）和第二中线（510），其中在所述第一中线和第二中线之间设置有距离（600）；
在所述第一区段（100）中的涡轮叶片（10）以及在所述第三区段（300）中的通过轴（20）与所述涡轮叶片（10）直接耦合的发电机（30）；
其中所述流体通道（40）在所述第三区段（300）中在所述发电机（30）的区域中主要具有钢，所述第二区段（200）的长度（700）与所述第一中线及第二中线（410，510）之间的距离（600）的比为2到4；
其中在第三区段（300）中的流体通道的顶部由钢构成并且承载所述发电机。
2.根据权利要求1所述的水力设备，其中所述长度（700）与所述距离（600）的比为3。
3.根据权利要求1所述的水力设备，其中在所述第三区段（300）中在所述流体通道（40）的顶部（41）的区域中设置有用于所述发电机（30）的基座（50），并且所述基座优选构建为钢结构。
4.根据权利要求3所述的水力设备，其中所述基座（50）构建为使得能够去除在所述第三区段（300）中在流体通道（40）中的动水荷载。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的水力设备，所述水力设备在所述第一区段和/或第三区段（100，300）上具有第一扩宽部和/或第二扩宽部（800，900）。
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