CN103370531A - 泵涡轮设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种泵涡轮设备，包括：具有涡轮叶轮（1.1）以及涡轮螺旋形壳体（1.2）和涡轮抽吸管（1.5）的涡轮机（1）；具有泵叶轮（2.1）以及泵螺旋形壳体（2.2）和泵抽吸管（2.5）的泵（2）；两个螺旋形壳体（1.2,2.2）彼此相对地设置；轴（3），在该轴上可旋转地地布置有涡轮叶轮（1.1）和泵叶轮（2.1）；电机（4），其与轴（3）驱动连接或者可进入驱动连接；两个螺旋形壳体（1.2,2.2）的压力管道（1.3,2.3）通入到共同的压力管道中；两个抽吸管（1.5,2.5）分别连接至抽吸管道（1.4,2.4），其中两个抽吸管道（1.4,2.4）通入到共同的抽吸管道（8）中；在抽吸管道（1.4,2.4）中分别设置有独立的锁止机构（1.6,2.6）。

Description

泵涡轮设备
技术领域
本发明涉及一种泵涡轮设备，包括具有涡轮叶轮、涡轮螺旋形壳体的涡轮机以及具有泵叶轮和泵螺旋形壳体的泵。泵和涡轮机能与电机驱动连接或者能够进入到驱动连接中。
背景技术
在此，弗朗西斯涡轮机或者巴尔顿涡轮机被考虑作为涡轮机使用。此外，不仅泵而且涡轮机都可以设计成单级或者多级的，从而可以考虑使用单级的涡轮机与多级的泵的组合或者使用多级的涡轮机与单级的或者多级的泵的组合。
抽水蓄能电站的泵涡轮设备具有两种运行模式，即涡轮机运行模式和泵运行模式。在后者中，泵将水从下部水池中泵送到上部水池中并且为此通过与泵驱动连接的电机来驱动。在此，电机由公共的供电网络供电，也就是说被供给电功率。
相反，在涡轮机运行模式中，来自上部水池的、通过涡轮机流入到下部水池中的水驱动涡轮机，该涡轮机将相应的功率传递给电机。该电机将驱动功率转换成电功率并且将其供给到供电网络中。因此，电机一方面作为发电机工作并且另一方面作为电机工作。因此其被描述为电机-发电机。
与上面的所述类型的泵涡轮设备相比，还已知了一种可逆的泵涡轮设备，在该设备中，涡轮机和泵由共同的叶轮形成，从而在涡轮机运行模式中，用于产生电功率的共同的叶轮由来自上部水池的水加载并且在泵运行模式中通过电机驱动。
因为这种类型的抽水蓄能电站被设计成用于平衡供电网络中的负载尖峰，因此泵涡轮必须尽可能快速地转换，以提供涡轮功率，从而对供电网络进行支持或者快速地吸收泵功率，从而用于初级电网电压调整。因此值得期待的是，抽水蓄能电站的泵涡轮能够由涡轮机运行模式尽可能快速地转换到泵运行模式，并且反之亦然。这在上述的可逆式的泵涡轮中是有问题的，因为对于从涡轮机运行模式到泵运行模式或者相反的运行模式过渡来说，需要在其上安装有共同的叶轮的轴的旋转方向的变换。这种旋转方向的变换取决于负荷变换，该负荷变换不仅对轴以及叶轮、也对与之驱动连接的其他部件，例如电机-发电机的轴或者该轴的参与支承的轴承有消极影响。
可逆式的泵涡轮基于共同的叶轮的原因仅仅能够或者在泵运行模式下运行或者在涡轮机模式下运行。然而，这在泵运行模式中使得这种类型的泵涡轮设备的功率调整变得困难。
要付出大量的努力来改进在泵涡轮设备中的负荷转换、由此产生的缺点和功率调整。这些措施在某种程度上可能是成功的。然而，进一步改善运行模式过渡的时间以及避免负荷转换是值得期待的。
发明内容
因此，本发明的目的在于这样地设计一种开头描述的类型的泵涡轮设备，从而能够避免旋转的组件的负载转换。同时，应该可以实现在泵运行模式中的泵涡轮设备的改进的功率调整。
本发明的目的通过权利要求1的特征实现。
相应地，根据本发明的泵涡轮设备包括具有涡轮叶轮和涡轮螺旋形壳体的涡轮机、具有泵叶轮和泵螺旋形壳体的泵。两个螺旋形壳体彼此相对地布置。这意味着，水相对于两个螺旋形壳体来看彼此相反地流动。也可以说，涡轮螺旋形壳体的流动横截面在水的流动方向上在相反的旋转方向上相对于泵螺旋形壳体的流动横截面变小。
此外，设置有轴，在轴上可旋转地地布置有涡轮叶轮和泵叶轮，其中电机与轴驱动连接或者能够进入到驱动连接中。例如，可以设计成电机-发电机的电机可以通过例如离合器的起动部件与轴脱开。
根据本发明，两个螺旋形壳体的压力管道通入到共同的压力管道中。
根据本发明一个设想，用于调节在涡轮叶轮中的入流的导向装置连接在涡轮螺旋形壳体的后面，其中，涡轮螺旋形壳体具有桁架环，并且在该桁架环和导向装置之间设置有用于阻止在涡轮叶轮中的入流的环形滑块。在此，其例如可以是轴向的或者圆柱形的滑块。
根据本发明的另一个设想，泵螺旋形壳体可以同样具有桁架环，其中，在桁架环和泵叶轮之间同样布置有环形滑块，其也可以如涡轮叶轮中已经呈现的那样设计。
涡轮叶轮以优选的方式连接在涡轮抽吸管的后面，并且涡轮抽吸管连接在泵叶轮之前，其中两个抽吸管分别具有一个独立的锁止机构并且涡轮抽吸管和泵抽吸管通入到共同的抽吸管道中。
与可逆型泵涡轮不同的是，根据本发明的泵涡轮设备的轴不论是在涡轮运行模式中还是在泵运行模式中都一直以相同的旋转方向旋转。由此可以避免由轴的旋转方向改变造成的负荷转换，由此使得连接上的部件被明显地保护起来并进而使得在结构上设计得更加简单。
此外，根据本发明的泵涡轮设备允许在液压短路中运行。这意味着，液压机器，也就是说不仅泵还有涡轮机都能够同时运行，由此可以实现在泵运行模式中的泵涡轮设备的更加良好的功率调整。
所描述的环形滑块的作用在于，泵或者涡轮机能够与锁止机构联合在抽吸管道中锁止，由此可以将该抽吸管道排空。在纯涡轮运行模式中，泵被排空，从而使得泵叶轮在空气中旋转，其中，在纯泵运行模式中，涡轮机被排空，从而使涡轮叶轮在空气中旋转。在液压短路中，不仅泵叶轮而且涡轮叶轮都有水流过。
附图说明
根据附图对本发明进一步描述。图中示出：
图1在轴向截面中示出了两个设计成弗朗西斯结构类型的液压机，一个是涡轮机以及另一个是泵。
图2以示意图示出了根据本发明的第一实施例的、具有在垂直方向上延伸的轴的泵涡轮设备。
图3以示意图示出了泵涡轮设备的另一实施例，其具在水平方向中布置的轴。
图4以示意图示出了第三实施例，其中，电机处于两个螺旋形壳体之间。
具体实施方式
在图1中示出的泵涡轮设备如以下构造：涡轮机1包括涡轮叶轮1.1，其包括多个叶片。涡轮叶轮1.1设计成与轴3可旋转地地连接并且其旋转轴7可旋转地安置。涡轮叶轮1.1由涡轮螺旋形壳体1.2包围。此外，导向叶片的边缘连接在涡轮叶轮1.1之前。
涡轮1具有涡轮抽吸管1.5。其连接在叶片之后并且包括入口扩散器，其具有连接在其上的弯头以及连接在其上的管道，其流动横截面可以在水的流动方向上加宽。
当前，涡轮机1和泵2直接面对。后者意味着，两个液压机轴向上彼此相邻地布置并且在其之间并不存在电机-发电机。泵2在此处于涡轮机1的下方。
泵2包括与涡轮1类似的构造：泵叶轮2.1同样设计为与轴3可旋转地地连接并且包括多个叶片。泵2包括独立的、与涡轮螺旋形壳体1.2液压分离的泵螺旋形壳体2.2，其包围泵叶轮2.1。
泵2也具有泵抽吸管2.5，其可以如涡轮机1的抽吸管一样地设计。
在当前的情况中，两个螺旋形壳体1.2和2.2以相对的间距直接重叠布置。由其形成的间隙5中并没有布置电机。间隙5由彼此面对的螺旋形壳体1.2和2.2限定。两个螺旋形壳体1.2和2.2可以通过支承件彼此支承。
支承件可以有不同的设计。在当前的情况中，其设计成圆锥体10.1。圆锥体一方面对涡轮机的桁架环1.2.2支承，并且另一方面对泵的桁架环2.2.2支承。同样环形的另外的支承件10.2处于螺旋形壳体1.2和2.2之间。也许可以考虑，支承件处于一个机器的螺旋形壳体和另外的机器的螺旋形壳体之间。
圆柱形设计的另外的支承件10.3处于涡轮盖和泵盖之间。支承件10.3具有优点，即会导致两个机器之间的力平衡。也可以考虑在一个机器的桁架环和另外的机器的桁架环之间的支承件。
如图可见，轴3支承在轴承9中。轴承9可以集成在支承件10.1或者10.3中。
接下来的部件可以形成单一的组件：涡轮螺旋形壳体1.2、泵螺旋形壳体2.2、支承件10.1、10.2、10.3、同样还有桁架环1.2.2和2.2.2以及轴承9。所有所述的支承件10.1、10.2、10.3都可以存在，或者存在三者中的一个或者两个。
图2示出了根据本发明的泵涡轮设备的第一实施例。如图可见，压力管道1.3连接至涡轮螺旋形壳体1.2以及压力管道2.3连接至泵螺旋形壳体2.2。两个压力管道1.3，2.3通入到共同的压力管道6中，共同的锁止机构6.1处于该压力管道中。
在压力管道6中的共同的锁止机构6.1优选地持续保持开启并且在紧急情况中或者出于维修的目的时关闭。这带来了优点，即两个螺旋形壳体1.2和2.2一直被加载相同的压力，即进水水源产生的水源压力，并进而不再承受频繁的负荷转换。
在两个抽吸管1.5和2.5上分别连接有相应的抽吸管道1.4和2.4。在两个抽吸管道1.4和2.4中分别设置有独立的锁止机构1.6和2.6。两个抽吸管道1.4和2.4通入到共同的抽吸管道8中。
电机4与轴3驱动连接，该电机设计成电机-发电机。后者布置在涡轮机1的上方并进而布置在与涡轮机1轴向相邻的间隙5的外部。为此，可以在由两个螺旋形壳体1.2和2.2以及支承件10限定的间隙5中插入轴承9，其中，该轴承例如设计成用于支承轴3的导向轴承或者组合式的轨道和导向轴承。由此再次改善轴3的平滑性。
图3示出了依据图2的根据本发明的泵涡轮设备的另外的实施例，其整个布置仅仅是向左旋转了90度，从而使旋转轴3水平延伸并且电机4侧面地相邻于两个液压机1和2布置。在此，如图2所示的那样，相同的部件以相同的标号表示。
图4示出了另外的实施例，其中，电机4布置在两个螺旋形壳体1.2和2.2之间，并与之同轴。两个螺旋形壳体1.2和2.2以及电机4的布置可以是严格对称的。
优选的是，并不依赖于轴3的位置，两个螺旋形壳体1.2和2.2可以完全利用混凝土固定，但也可以自由地设置。间隙5可以设计得如此之大，即可以毫无问题地实现维修液压机的检修开口。
此外，本发明还使用以下类型的系统：
-单级涡轮机与单级泵。
-单级涡轮机与多级泵。
-多级涡轮机与单级泵。
-多级涡轮机与多级泵。
参考标号列表
1      涡轮机
1.1    涡轮叶轮
1.2    涡轮螺旋形壳体
1.2.1  导向叶片
1.2.2  桁架环
1.3    压力管道
1.4    抽吸管道
1.5    涡轮抽吸管
1.6    锁止机构
2      泵
2.1    泵叶轮
2.2    泵螺旋形壳体
2.2.2  桁架环
2.3    压力管道
2.4    抽吸管道
2.5    泵抽吸管
2.6    锁止机构
3      轴
4      电机
6      压力管道
6.1    锁止机构
7      旋转轴
8      抽吸管道
9      轴承
10.1   支承件
10.2   支承件
10.3   支承件

Claims (9)

1.泵涡轮设备，包括：
1.1具有涡轮叶轮（1.1）以及涡轮螺旋形壳体（1.2）和涡轮抽吸管（1.5）的涡轮机（1）；
1.2具有泵叶轮（2.1）以及泵螺旋形壳体（2.2）和泵抽吸管（2.5）的泵（2）；
1.3两个所述螺旋形壳体（1.2，2.2）彼此相对地布置；
1.4轴（3），在所述轴上可旋转地地布置有所述涡轮叶轮（1.1）和所述泵叶轮（2.1）；
1.5电机（4），所述电机与所述轴（3）驱动连接或者可进入到驱动连接中；
1.6两个所述螺旋形壳体（1.2，2.2）的压力管道（1.3，2.3）通入到共同的压力管道（6）中；
1.7两个所述抽吸管（1.5，2.5）分别连接至抽吸管道（1.4，2.4），其中两个所述抽吸管道（1.4，2.4）通入到共同的抽吸管道（8）中；
1.8在所述抽吸管道（1.4，2.4）中分别设置有独立的锁止机构（1.6，2.6）。
2.根据权利要求1所述的泵涡轮设备，其特征在于，所述电机（4）处于两个所述螺旋形壳体（1.2，2.2）之间的间隙（5）中。
3.根据权利要求1所述的泵涡轮设备，其特征在于，所述电机（4）处于两个所述螺旋形壳体（1.2，2.2）之间的间隙（5）的外部。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的泵涡轮设备，其特征在于，两个所述螺旋形壳体（1.2，2.2）通过支承件，尤其是圆柱形的支撑环或者支承圆锥直接支承。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的泵涡轮设备，其特征在于，在所述压力管道（6）中设置有共同的锁止机构（6.1）。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的泵涡轮设备，其特征在于，两个所述螺旋形壳体的所述压力管道（1.3，2.3）通入到唯一的共同的压力管道中。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的泵涡轮设备，其特征在于，在所述间隙（5）中设置有用于支承所述轴（3）的、例如导向轴承或者组合的轨道和导向轴承的轴承（9）。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的泵涡轮设备，其特征在于以下特征：
8.1所述螺旋形壳体（1.2，2.2）彼此以定义的轴向间距相对布置；
8.2所述螺旋形壳体（1.2，2.2）彼此形成紧凑的组件；
8.3一个所述螺旋形壳体的排放管通入到另一个所述螺旋形壳体的流入管中。
9.一种用于根据权利要求4至7中任一项所述的泵涡轮设备的泵组件，其特征在于，所述组件包括两个所述螺旋形壳体（1）和至少一个支承件（10.1，10.2，10.3）。
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