CN103732909A - 弗兰西斯水轮机或弗兰西斯泵或弗兰西斯水泵水轮机 - Google Patents

弗兰西斯水轮机或弗兰西斯泵或弗兰西斯水泵水轮机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种弗兰西斯水轮机或其他的根据弗兰西斯原理建造的机器；带有叶轮，该叶轮具有叶片；带有螺旋壳体，该螺旋壳体包围叶轮；带有横梁环，包括多个横梁；带有较大的横梁的内部的导向叶片环，该导向叶片环连接在横梁环的下游。本发明的特征在于，设置有外部的导向叶片环，导向叶片环连接在横梁环下游；从螺旋的起端开始，横梁环的一部分以较大的横梁在叶轮的周缘的一部分上延伸，横梁环的一部分以较小的横梁在叶轮的其他周缘上延伸，直至螺旋的末端。

Description

弗兰西斯水轮机或弗兰西斯泵或弗兰西斯水泵水轮机
技术领域
本发明涉及一种弗兰西斯水轮机或弗兰西斯泵或弗兰西斯水泵水轮机，特别是这样一种水轮机的导向装置，该导向装置用于将水输送到叶轮。
背景技术
对于水轮机如弗兰西斯水轮机，在效率和尽可能扩展的工作范围方面提出越来越高的要求。期望在水流量从极端的部分负荷运转直至过负荷运转方面是能够变化地应用的。在所有负荷范围内，同时在水轮机无振动运转中应实现尽可能高的效率。
弗兰西斯水轮机通过调整导向叶片可适应不同的运行条件。然而特别是在部分负荷下出现不稳定的流动情况会导致机器强烈的振动。特别是当构件的固有频率与这种振动相一致时，会出现材料的损坏。对于大型机器而言，水轮机震动的另一个负面后果主要是使电网产生波动。同步的不稳定（Gleichlaufunruhe）通过发电机引入电网内，并在那里能够察觉到令人不快的功率波动。由此产生对水轮机工作范围的不利的限制。因此在水轮机高负荷运转时，苛刻的部分负荷范围必须被特别快速地通过，并在连续运行中被避免。此外，会产生导水系统的不期望的相反的影响。
在弗兰西斯水轮机的最优运行时，水从进水螺旋结构（Einlaufspirale）中径向对称地流入叶轮中，在那里由工作叶片这样偏转，使得水近乎轴向地流入吸水管内并在那里被引导到下水（Unterwasser）。在这种理想的运行中，吸水管内的水流几乎是无旋流的。在最佳点之外水轮机的运行状态中，流出的水流的无旋流性在叶轮之后不再出现。吸水管内的水流的旋转分量和机器振动之间的因果关联是已知的。为了稳定吸水管内的水流和为了抑制旋流，在现有技术水平下沿着吸水管引入导流片。这种导流片可以设计为飞翅，它在轴向方向上定向。这种形状会抑制吸水管内的旋流，但却伴随有降低效率的缺点。
为了解决这个问题，而研发出可变的导流片，它相应于运行条件能够围绕与机器轴平行的轴发生偏转。导流片的其他构造平行于吸水管的壁表面，从而通过稳定导流片和吸水管壁之间的水流来避免流动区域的分离。如之前所提到的飞翅状的结构，这种构造也降低了水轮机的能量输出。此外，这种静态的或者可变的构造提高了水轮机的生产和维护成本，因此也是成本相关的因素。
同样已知其他的措施，但是它们要么是昂贵的要么会降低机器的效率。参见DE10213774A1。
至今为止未认识到的问题如下：横梁环的所有横梁至今为止具有相同的几何形状。然而螺旋壳体不是理想的旋转对称的。特别是在带有不同的穿流开口的水泵水轮机中这种不对称性由此还要增强。
发明内容
本发明的目的在于，这样提供一种上述类型的液力的机器，减轻水流的不对称性并且进而使在横梁环的区域内的水流是均匀的。
该目的通过权利要求1的特征来实现。
本发明的核心思想在于，除了横梁环之外还设置外部的导向叶片环。水流因此从螺旋壳体流出并且穿流经过外部的导向叶片环，然后穿过横梁环，最终穿过内部的导向叶片环。
从螺旋的起端开始，带有较大的横梁的横梁环的一部分在叶轮的周缘的一部分上延伸，并且带有较小的横梁的横梁环的一部分在叶轮的其他周缘上延伸，直至螺旋的末端。因此，横梁的尺寸减小直至螺旋的末端。这种减小可以是连续的。
一个有利的设计方式在于，直至螺旋的末端都布置有外部的导向叶片环的（以及首先被流体穿流经过的环的）导向叶片，而不是在螺旋的起端。
另一个想法在于，横梁环的横梁在周向上直到螺旋的末端一般较弱地设计，因为拉力负荷朝着螺旋的末端减小。在轴向垂直的横截面中看去，横梁在接近螺旋末端的区域与在该区域之前相比设计得较短。对此获得用于外部的导向叶片环的导向叶片的空间。
附图说明
借助附图进一步解释现有技术以及本发明。其中详细展示如下：
图1示出了传统的弗兰西斯水轮机的主要部件的子午线截面。
图2以轴向截面图示出了根据本发明的弗拉西斯水轮机。
图3以轴线垂直的截面图示出了根据图2的弗兰西斯水轮机。
具体实施方式
在图1中示出的弗兰西斯水轮机具有叶轮1。它包括多个叶片1.1。叶轮1围绕旋转轴2旋转。
叶轮1由螺旋壳体3包围。螺旋壳体3例如是圆形的横截面。它具有反向于叶轮1的沿圆周的缝隙状的开口。开口缝隙由沿圆周的边缘3.1、3.2限制。
横梁环4连接在沿圆周上的、由边缘3.1、3.2形成的缝隙上。该横梁环具有两个横梁环盖4.1和4.2。横梁4.3用作横拉杆。
螺旋壳体的、周向的边缘3.1、3.2的区域与横梁环盖4.1、4.2焊接。
在横梁环和叶轮之间设置带有导向叶片5的导向装置。
在水流方向来看，吸水管6连接在叶轮1上，该吸水管具有多个部段。
可以看出，螺旋壳体具有圆形的横截面。周向的边缘的区域倾斜于在两个横梁环盖4.1、4.2的连接点上的垂直线。这意味着，螺旋壳体的边缘区域不是平行于叶轮1的旋转轴2旋转的。参见图1角α。这个角大约是15至40度。
在图2和图3中示出的根据本发明的弗兰西斯水轮机又具有一个叶轮，它在此没有示出，而示出了它的旋转轴2。叶轮具有螺旋壳体3。可以看出横梁环4。该横梁环包括一些“较大的”横梁4.4和“较小的”横梁4.5。参见图3。
如在两个图2和3中所示，具有较大的横梁4.4的横梁环的部分开始在螺旋的起端，并大约延伸至叶轮的周缘的一半。紧接着的是带有较小的螺旋4.5的横梁环的部分。横梁环的这个部分延伸至螺旋的末端。
可以看到传统的带有导向叶片5.1的内部的导向叶片环。该导向叶片环围绕未示出的叶轮的整个周缘而延伸。
此外可以看到带有导向叶片5.2的第二外部的导向叶片环。该第二外部的导向叶片环只在周缘的一部分上延伸。它从具有较小的横梁4.5的横梁环开始的地方开始。
根据本发明的结构基于以下的考虑：
为了夹紧螺旋壳体，在螺旋壳体的径向的内部区域所要求的拉力沿螺旋壳体的周向向减小。因此横梁可以在周向在螺旋的起端直至它的末端之间越来越弱，例如通过减小它的长度，如图3所示。从而获得空间。所获得的空间用于布置径向的外部的导向叶片5.2。
附图标记表
1.        叶轮
1.1       叶片
2.        旋转轴
3.        螺旋壳体
3.1       螺旋壳体的、沿圆周的边缘
3.2       螺旋壳体的、沿圆周的边缘
3.3       较大的直径的第一圆弧
3.4       较小的直径的第二圆弧
3.5       较小的直径的第三圆弧
4.        横梁环
4.1       横梁环盖
4.2       横梁环盖
4.3       横梁
4.4       大的横梁
4.5      小的横梁
5.       导向叶片
5.1      内部的导向叶片
5.2      外部的导向叶片
6        吸水管

Claims (3)

1.弗兰西斯水轮机或者其他的根据弗兰西斯原理建造的机器，
1.1带有叶轮（1），所述叶轮具有叶片（1.1）；
1.2带有螺旋壳体（3），所述螺旋壳体包围所述叶轮（1）；
1.3带有横梁环（4），包括多个横梁（4.4，4.5）；
1.4带有内部的导向叶片环，所述导向叶片环连接在所述横梁环下游；
其特征在于：
1.5设置有外部的导向叶片环，所述外部的导向叶片环连接在所述横梁环（4）上游；
1.6从螺旋的起端开始，带有较大的横梁（4.4）的所述横梁环（4）的一部分在所述叶轮（1）的周缘的一部分上延伸，带有较小的横梁的所述横梁环（4）的一部分在所述叶轮（1）的其他所述周缘上延伸，直至所述螺旋的末端。
2.根据权利要求1所述的机器，其特征在于，在轴向截面中看，在所述螺旋的所述起端开始，并在所述螺旋的所述末端结束，连续地或者突然地降低在所述叶轮（1）的所述周缘上的所述横梁的强度和/或间隔和/或长度。
3.根据权利要求1或2所述的机器，其特征在于，至少一些所述导向叶片是能够调节的。
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