CN102606364A - 可调射流角度的多喷嘴斜击式水轮机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调射流角度的多喷嘴斜击式水轮机。包括引水管、与引水管连通的多个喷嘴和转轮，喷嘴可转动；喷嘴转动角度范围是5.5度～6.5度，构成喷嘴水射流方向与转轮水平面的夹角是17度～25度；喷嘴转动设置于引水管与喷嘴连接处，并可采用法兰转动连接或嵌入滑套转动连接等转动结构。本发明可调入射角度可根据流量大小、运行喷嘴数的多少，保证斗叶内部流动与单喷嘴运行时一致，不产生射流与内流的相互干涉；实现水力损失最小，提高水轮机水力效率；可以减小水轮机轴向力；本发明将喷嘴的射流角度与运行喷嘴数联合匹配，将喷嘴的射流角度设置为可调角度，最大可能地发挥水资源的效率，水轮机运行更稳定，实现能源效率最大化。

Description

可调射流角度的多喷嘴斜击式水轮机

技术领域

本发明属于斜击式水轮机设计制造领域，尤其属于斜击式水轮机的多喷嘴设计制造，特别涉及喷嘴设置结构。

背景技术

冲击式水轮机利用喷嘴把水流的压力能变成速度能，把水流的位能变成喷嘴出口的高速度动能。水流自离开喷嘴，进入转轮直至离开转轮的整个工作过程，不是在一个封闭系统内，而是在充满大气的机壳中进行，形成自由射流。射流与斗叶接触后，开始与绕流斗叶工作面进行能量交换。

冲击式水轮机按水流的流向可分为切击式(又称水斗式)和斜击式两类。水斗式是由喷嘴喷射的高速射流沿转轮圆周切线方向冲击水斗的水轮机，它的转轮是由若干个瓢形水斗固定在轮缘上所组成，适用水头一般为100～2000m。而斜击式水轮机的结构与水斗式水轮机基本相同，只是射流方向不是与圆周切线方向一致，而是具有一个倾角，并且同一时刻往往有3～4个斗叶在接受同一喷嘴流量大小不等的自由射流。喷嘴出口射流中心与转轮进水边平面呈一定的夹角a，该夹角a为22.5度～25度。转轮形状如半个瓢形水斗，接收水流量较小，只有单一喷嘴，通常因而只用于小型机组。

中国专利ZL200910308180.9公开了一种多喷嘴斜击式水轮机，该专利公开的多喷嘴斜击式水轮机可以大大提高单一喷嘴水轮机的比转速，但该专利所述斜击式水轮机的喷嘴数增多后容易出现射流以及斗叶内部水流相互干涉，并且不同的喷嘴数其出现射流以及斗叶内部水流相互干涉情况不同，降低了水轮机效率。并且斜击式水轮机常用环境水资源不稳定，水轮机需要根据及时的水量适应开启不同数量的喷嘴运行，目前简单开闭不同数量的喷嘴不能最大可能地发挥水资源的效率，同时水轮机运行也不稳定，不能实现能源效率最大化。

发明内容

本发明根据现有技术的不足公开了一种可调射流角度的多喷嘴斜击式水轮机。本发明要解决的问题是提供一种喷嘴可转动以改变喷嘴出口射流中心与转轮进水边平面夹角调整的多喷嘴斜击式水轮机；通过改变单一喷嘴以及多喷嘴斜击式水轮机喷嘴射流角度固定不变的结构型式，实现喷嘴射流角度可以随着水流流量的大小调整。

本发明通过以下技术方案实现：

可调射流角度的多喷嘴斜击式水轮机，包括引水管、与引水管连通的多个喷嘴和转轮，其特征是：所述喷嘴可转动。

进一步所述喷嘴转动角度范围是5.5度～6.5度，从而构成喷嘴水射流方向与转轮水平面的夹角是17度～25度。

具体喷嘴水射流方向与转轮水平面的夹角a与喷嘴数Z的关系是：

Z＝1 a＝22.5度～25度

Z＝2 a＝21.5度～22.5度

Z＝3 a＝19.5度～21.5度

Z＝4 a＝17.5度～19.5度

Z＝6 a＝17度～17.5度

所述喷嘴对称设置在转轮圆平面上方。

更进一步所述引水管与喷嘴连接处可转动。

所述引水管与喷嘴连接处是可调栓距孔的法兰转动连接结构。

另一种结构是引水管与喷嘴连接处是嵌入滑套转动连接结构。

本发明将改变单一喷嘴以及多喷嘴斜击式水轮机喷嘴射流角度固定不变的结构型式，实现喷嘴射流角度可以随着水流流量的大小，也就是随着投入的喷嘴数的多少改变射流角度，这样不同流量下斜击式水轮机进入斜击式斗叶的水流绕流能够更好地绕流，不至于产生绕流漩涡，减少了绕流的水力损失，能够更好地提高斜击式水轮机，特别是多喷嘴斜击式水轮机的水力效率。

实现本发明后，可以大大提高斜击式水轮机的使用范围，提高斜击式的流量和出力，使得斜击式水轮机能够应用于大中型机组中。

本发明喷嘴的转动结构可以是机械手动式，也可以采用程序控制的自动转动结构。

本发明的有益性：本发明实现可调入射角度后，可根据流量大小，以及运行喷嘴数的多少，保证斗叶内部流动与单喷嘴运行时一致，即不产生射流与内流的相互干涉问题；可以实现水力损失最小，达到提高斜击式水轮机水力效率的目的；可以实现多喷嘴运行时，斜击式水轮机轴向力适当减小的目的。因为斜击式水轮机与切击式水轮机不同，因水流入射角度原因产生轴向力，而且喷嘴数增加后，其轴向力也将增大，此时降低喷嘴的角度，其轴向力将减少。

本发明将喷嘴的射流角度与运行喷嘴数联合匹配，将喷嘴的射流角度设置为可调角度，本发明最大可能地发挥水资源的效率，同时水轮机运行更稳定，实现能源效率最大化。

附图说明

图1是本发明喷嘴射流角度示意图；

图2是本发明两组喷嘴斜击式水轮机示意图；

图3是本发明可转动喷嘴各角度示意图；

图4是本发明喷嘴一种转动平面示意图；

图5是本发明喷嘴另一转动平面示意图；

图6是本发明喷嘴另一转动平面示意图。

图中，1是引水管，2是电机，3是喷嘴，4是转轮，4a是转轮水平面，4b是转轮斗叶，5是连接处，5a转动槽，a是喷嘴水射流方向与转轮水平面的夹角，b是喷嘴转动角度，F是喷嘴水射流方向。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体的描述，本实施例只用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员可以根据上述本发明的内容作出一些非本质的改进和调整属于本发明保护的范围。

结合附图，如图所示，可调射流角度的多喷嘴斜击式水轮机，包括引水管1、与引水管1连通的多个喷嘴3和转轮4，所述喷嘴3可转动。喷嘴3转动角度b是5.5度～6.5度，构成喷嘴3水射流方向F与转轮4水平面4a的夹角a是17度～25度。喷嘴3对称设置在转轮4圆平面上方。

实现可转动喷嘴3有多种方式和结构。

实施例1

本例可调射流角度的多喷嘴斜击式水轮机，包括引水管1、与引水管1连通的多个喷嘴3和转轮4，所述喷嘴3可转动。喷嘴3转动角度b是5.5度～6.5度，构成喷嘴3水射流方向F与转轮4水平面4a的夹角a是17度～25度。

通常情况，可以设置2至6个喷嘴3，并将其均匀对称设置在转轮4圆平面上方，水轮机运行时每个喷嘴3水射流方向F与转轮4水平面4a的夹角a是相同的，并且在转动时同时或同步转动；根据运行水量大小可开启不同数量的喷嘴3，开启时应尽量开启对称位置的喷嘴3，开启不同数量的喷嘴3时，调整喷嘴3水射流方向F与转轮4水平面4a的夹角a，喷嘴3水射流方向与转轮4水平面的夹角a与喷嘴数Z的关系是：

Z＝1 a＝22.5度～25度

Z＝2 a＝21.5度～22.5度

Z＝3 a＝19.5度～21.5度

Z＝4 a＝17.5度～19.5度

Z＝6 a＝17度～17.5度

即在不同开启数量的喷嘴3时，采用不同的水射流方向F与转轮4水平面4a的夹角a，改变单一喷嘴3以及多喷嘴3斜击式水轮机水射流方向F与转轮4水平面4a的夹角a固定不变的结构型式，实现喷嘴水射流方向F与转轮4水平面4a的夹角a可以随着水流流量的大小，也就是随着投入的喷嘴3数量的多少进行改变射流角度，这样不同流量下斜击式水轮机进入斜击式斗叶4b的水流绕流能够更好地绕流，不至于产生绕流漩涡，减少了绕流的水力损失，能够更好地提高斜击式水轮机，特别是多喷嘴斜击式水轮机的水力效率。可以大大提高斜击式水轮机的使用范围，提高斜击式的流量和出力，使得斜击式水轮机能够应用于大中型机组中。

实施例2

与实施例1相同，可调射流角度的多喷嘴斜击式水轮机，包括引水管1、与引水管1连通的多个喷嘴3和转轮4，所述喷嘴3可转动。喷嘴3转动角度b是5.5度～6.5度，构成喷嘴3水射流方向F与转轮4水平面4a的夹角a是17度～25度。

本例采用法兰转动连接结构，转动连接处5设置在引水管1与喷嘴3连接位置，通常水轮机设计中转轮4与电机2连接，本例引水管1与喷嘴3连接处5设置在弯道上，并通过法兰连接，法兰连接有通常的密封等结构，为了实现旋转，采用一端法兰有条形转动槽5a结构，转动槽5a形成的弧形弧度夹角即转动角度b是5.5度～6.5度，配合引水管1与喷嘴3连接处5弯道设置实现喷嘴3水射流方向F与转轮4水平面4a的夹角a17度～25度的调整结构。调整时将喷嘴3一端的法兰在条形转动槽5a中移动可实现调节。

为增加强度，更好密封，可设置多个转动槽5a，本例均匀设置的是8个转动槽5a。同时转动槽5a除条形槽还可以是其他结构的滑槽结构，只要能实现转动调整，具有好的密封性能，满足水轮机要求即可。

实施例3

与实施例2相同，可调射流角度的多喷嘴斜击式水轮机，包括引水管1、与引水管1连通的多个喷嘴3和转轮4，所述喷嘴3可转动。喷嘴3转动角度b是5.5度～6.5度，构成喷嘴3水射流方向F与转轮4水平面4a的夹角a是17度～25度。

本例采用嵌入滑套转动连接结构，转动连接处5设置在引水管1与喷嘴3连接位置，通常水轮机设计中转轮4与电机2连接，本例将喷嘴3与引水管1连接端延长并形成与实施例2相同的弯道，连接端直管部分嵌入引水管1内并可绕引水管1轴向转动，在采用好常规的密封结构后可实现转动调整，满足调整喷嘴3水射流方向F与转轮4水平面4a的夹角a的需要；同时本例结构也能方便地与程序控制自动调整的装置配合，在诸如通常的齿轮驱动下实现转动调整。

Claims (6)

1.可调射流角度的多喷嘴斜击式水轮机，包括引水管(1)、与引水管(1)连通的多个喷嘴(3)和转轮(4)，其特征是：所述喷嘴(3)可转动。

2.根据权利要求1所述的可调射流角度的多喷嘴斜击式水轮机，其特征是：所述喷嘴(3)转动角度(b)是5.5度～6.5度，构成喷嘴(3)水射流方向与转轮(4)水平面的夹角(a)是17度～25度。

3.根据权利要求2所述的可调射流角度的多喷嘴斜击式水轮机，其特征是：所述喷嘴(3)水射流方向与转轮(4)水平面的夹角(a)与喷嘴数(Z)的关系是：

Z＝1 a＝22.5度～25度

Z＝2 a＝21.5度～22.5度

Z＝3 a＝19.5度～21.5度

Z＝4 a＝17.5度～19.5度

Z＝6 a＝17度～17.5度

所述喷嘴(3)对称设置在转轮(4)圆平面上方。

4.根据权利要求1至3任一项所述的可调射流角度的多喷嘴斜击式水轮机，其特征是：所述引水管(1)与喷嘴(3)连接处可转动。

5.根据权利要求4所述的可调射流角度的多喷嘴斜击式水轮机，其特征是：所述引水管(1)与喷嘴(3)连接处是可调栓距孔的法兰转动连接结构。

6.根据权利要求4所述的可调射流角度的多喷嘴斜击式水轮机，其特征是：所述引水管(1)与喷嘴(3)连接处是嵌入滑套转动连接结构。

Images