CN103797241A - 具有位于上部的抽吸弯管的液力机械 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包括涡轮机或泵涡轮机的液力机械，具有叶轮，其能够围绕垂直的旋转轴线转动地支承并且具有多个叶片；进流螺旋部，进流螺旋部环形地环绕叶轮并且进流螺旋部在其内部的周向环上具有环绕的出流口；导向和/或关闭设备，以用于调整至叶轮中的入流；和抽吸弯管，以用于引导从叶轮中流出的水。抽吸弯管布置在叶轮之上。能够设置用于绕过导向和/或关闭设备的至少一个旁通管，当设置在旁通管路的走向中的旁通阀打开时，旁通管路将进流螺旋部直接与叶轮连接。此外，能够设置用于排空叶轮的至少一个排空管路，当设置在排空管路的走向中的排空阀打开时，排空管路将叶轮直接与泵井连接。本发明也涉及一种用于填充和排空这种机械的方法以及其优选的应用。

Description

具有位于上部的抽吸弯管的液力机械

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1或2的前序部分所述的液力机械，尤其是泵涡轮机。本发明还涉及一种根据权利要求6或7所述的用于填充或排空这种机械的方法以及其根据权利要求9所述的优选的应用。

背景技术

在水电站中使用的泵涡轮机具有两个运行模式，即涡轮机运行和泵运行。在后一种情况下，泵将水从下部水池泵到上部水池中并且对此通过电机械来驱动，电机械与泵传动连接。在此，电机械被从公共的电网中馈送，也就是说供给电功率。相反地，在涡轮机运行中，从上部水池通过涡轮机流动到下部水池中的水驱动涡轮机，涡轮机将相应的功率传输到电机械上。电机械将驱动功率转换成电功率并且将电功率馈送到电网中。因此，电机械作为发电机工作一次并且作为电机工作一次。因此，电机械也称作电机-发电机。

与上述泵涡轮机不同地，也已知可逆泵涡轮机，在可逆泵涡轮机中，涡轮机和泵由共同的叶轮形成，使得在涡轮机运行中，共同的叶轮为了产生电功率而加载有来自上部水池中的水并且在泵运行中由电机械驱动。

因为这种泵蓄能发电站考虑用于均衡电网中的负载峰值，泵涡轮机必须尽可能快地能够提供涡轮机功率，以便支持电网或者快速地接收泵功率，以便用于初级网络调节。因此，期望的是，泵蓄能发电站的泵涡轮机能够快速地从涡轮机运行转变成泵运行，并且反之亦然。

在此，在从移相的运行类型到泵运行或涡轮机运行的运行类型的过渡中需要的是填充已排水的叶轮。通常，抽吸弯管位于下部，使得通过目的明确的排气能够将水平面受控地提升直至完全排空。如果抽吸弯管相反地位于泵之上，其快速的填充当然跟随叶轮的不可控的填充。

现在，对平稳的填充过程有利的是，转动的叶轮尽可能地由高压侧的上水压力填充。这在抽吸弯管的常规布置中不是问题，因为抽吸弯管中的空气不会漏出。当然，在位于上部的抽吸弯管中，在打开下水侧的封闭机构时，所有的空气会马上漏出，因此不再可能受控地填充。但是，在同时保持下水侧的封闭机构关闭的情况下，打开高压侧的封闭机构，例如导向设备、环形闸门、球阀等意味着很大的安全风险。那么，因为例如在下水封闭机构仍关闭的填充过程期间，出现整个抽吸弯管加载有高的上水压力的风险，所以进行卸荷。

相反地，在从泵运行的运行类型到相移的运行类型的过渡中需要的是，排空已填充的叶轮。通常，抽吸弯管位于下部，使得通过有针对性地通气，水平面能够受控地下降。抽吸弯管位于泵之上的情况相反地迄今是不可能的。

发明内容

本发明的目的是，解决上述问题并且提供泵涡轮机设备，泵涡轮机设备利用布置在叶轮之上的抽吸弯管允许可控地、快速地并且可靠地由高压侧填充叶轮，并且在没有风险的情况下运行，使得抽吸弯管加载有高的上水压力。同时，所述解决方案能够简单地使用并且低成本地实现。

所述目的通过根据权利要求1或5的特征的泵涡轮机来实现。

根据本发明的设备的主要要点在于，抽吸弯管布置在叶轮之上，并且至少一个旁通管路设置用于绕过导向和/或关闭设备，当布置在旁通管路的走向中的旁通阀打开时，旁通管路将进流螺旋部直接与叶轮连接。利用旁通管路，在绕过关闭的导向和/或关闭设备的情况下有针对性地填充叶轮。因此，通过设备的设计例如具有环形闸门，可能的是，进流螺旋部保持为持续地加载有上水压力，这明显地提高使用寿命并且此外将用于运行过渡的时间最小化，因为不需要填充或排空螺旋部。在此，能够提供一个或多个下述旁通管路，旁通管路在封闭机构之后直接通入到位于导向设备之前或之后的机械中，优选地通入到叶轮的侧向空间中，使得流动通道不会通过突出结构或开口而受到妨碍。理想地，旁通管路通入到上部的和/或下部的涡轮机盖板或泵盖板中。旁通管路也能够布置在环形闸门和导向设备之间的环状空间中。在所述情况下，导向设备能够为了排空/通气或为了填充/排气而关闭或者在中间位置中比在关闭位置中更大。

旁通管路能够经由阀直接与进流螺旋部连接。优选地，旁通管路的横截面选择成小于抽吸弯管中的排气管路的横截面，使得在例如在填充过程期间进行卸荷的情况下不会在抽吸弯管中出现任何不可靠的压力升高。必须闭锁旁通管路中的阀，使得阀在打开抽吸软管中的排气阀之后才能够打开并且在关闭排气阀之前就已经再次关闭。

经由旁通管路，泵叶轮在机械运行时能够被填充直到与借助上水压力可能达到的相同的程度。小的剩余部分能够由抽吸侧填充。

根据本发明的设备的另一个主要要点在于，抽吸弯管布置在叶轮之上，并且至少一个排空管路设置用于排空叶轮，当设置在排空管路的走向中的排空阀打开时，排空管路将叶轮直接与泵井连接。因此，在关闭下水侧的和上水侧的封闭机构时，由此能够使叶轮排水。

在轮侧向空间中的布置使得不必在流动通道中安置突出结构或开口。也能够存在一个或多个下述排空管路，排空管路理想地位于下部的、上部的或两个涡轮机盖板或泵盖板处。优选地，排空管路与通气管路相比具有更小的横截面，因此没有在叶轮空间中产生负压，负压抵抗稳定的排空。

排空管路导向泵井。通过在轮侧向空间中的排空管路的布置，可能的是，将全部泵压力用于排空，使得能够最小化排空时间。同时，通过在轮侧向空间中的布置，例如能够使环形闸门用于将叶轮空间与螺旋部分开，使得不需要排空进流螺旋部。

根据本发明的设备原则上不限制于仅安置一种管路类型，而是能够根据要求具有旁通管路和排空管路的任意期望的数量和组合。

附图说明

在下面根据实施例参考所述的附图详细阐述本发明。相同的或起相同作用的部件设有相同的附图标记。附图示出：

图1示出弗兰西斯构造类型的根据本发明的泵涡轮机的侧视图，泵涡轮机具有能够围绕旋转轴线转动地支承的叶轮和环形地围绕叶轮的进流螺旋部，并且具有位于叶轮之上的抽吸弯管，并且

图2示出根据图1的根据本发明的泵涡轮机的一部分的剖面侧视图，以便说明旁通管路的或排空管路的位置。

具体实施方式

图1示出弗兰西斯构造类型的根据本发明的泵涡轮机10的侧视图，泵涡轮机具有：叶轮20（不可见），叶轮能够围绕旋转轴线R可转动地支承；和进流螺旋部30，进流螺旋部环形地环绕叶轮20；并且具有位于叶轮20之上的抽吸弯管50。在这种泵涡轮机10中，水从位于进流螺旋部30的内周向上的出流口径向地相对于旋转轴线R流入到叶轮20中。在叶轮20中，水在输出其能量的情况下沿着旋转轴线R的方向向上偏转，在此期间叶轮20置于转动。最后，水经由抽吸弯管50输送给连接于抽吸弯管的抽吸管（没有示出）。

在从相移的运行类型到泵运行的或涡轮机运行的运行类型的过渡中需要的是，填充已排水的叶轮。通常，抽吸弯管位于下部，使得通过有针对性地排气，能够将水平面受控地提升直至完全排空。相反地，如果抽吸弯管位于泵之上，其快速的填充当然会跟随叶轮的不受控的填充。

相反地，在从泵运行的运行类型到相移的运行类型的过渡中需要的是，排空已填充的叶轮。通常，抽吸弯管位于下部，使得通过有针对性地通气，能够将水平面受控地降低。相反地，抽吸弯管位于泵之上迄今是不可能的。

图2现在示出根据图1的根据本发明的泵涡轮机10的一部分的剖面侧视图，以便说明旁通管路60.1，60.2或排空管路70.1，70.2的位置。旁通管路60.1，60.2在此绕过导向和关闭设备40并且通入到下部的和上部的涡轮机盖板或泵盖板中。导向和关闭设备40在此能够由导向叶片40.1和环形闸门40.2构成。因此，例如在环形闸门40.2关闭的情况下，叶轮20能够几乎快速地并且连续地由高压侧填充，其中空气经由（没有示出的）排气管路导出，旁通管路60.1，60.2的横截面优选地实施成小于排气通道的横截面，以便避免叶轮空间中的超压。

相反地，叶轮20能够在封闭机构在高压侧和低压侧关闭的情况下经由排空管路70.1，70.2排空，其中（没有示出的）通气管路打开。排空管路70.1，70.2的横截面在此同样优选地实施成小于通气管路的横截面，以便避免叶轮空间中的负压。

不仅旁通管路60.1，60.2，而且排空管路70.1，70.2配备有阀，阀能够实现其可靠地打开或关闭。两种管路类型在构造上简单地使用从而能够低成本地实现。阀能够根据其他的高压侧的和低压侧的封闭机构被合乎逻辑地驱控，例如借助于计算机执行的或数字的控制装置，以便执行叶轮20的排水或排空。螺旋部30在这两种情况下都不必被卸荷和排水，这在在相移和泵运行或涡轮机运行之间切换时极大程度地赢得时间。同时，泵涡轮机的使用寿命显著增加。

虽然本发明参考泵涡轮机来描述，本发明原则上也能够仅在泵中或仅在涡轮机中实行，只要要求快速的填充或排水。对此也观察到根据本发明的优点。在所述特殊情况下要求的旁通管路和排空管路的数量以及组合和横截面匹配对于本领域技术人员是已知的。

附图标记列表

10    泵涡轮机

20    叶轮

30    进流螺旋部

40    导向和/或关闭设备

40.1  导向叶片

40.1  环形闸门

50    抽吸弯管

60.1，60.2  旁通管路

70.1，70.2  排空管路

R     旋转轴线

Claims (11)

1.一种液力机械（10），例如涡轮机或泵或泵涡轮机（10），其具有

1.1叶轮（20），所述叶轮能够围绕垂直的旋转轴线（R）转动地支承并且具有多个叶片；

1.2进流螺旋部（30），所述进流螺旋部环形地环绕所述叶轮（20）并且所述进流螺旋部在其内部的周向环上具有环绕的出流口；

1.3导向和/或关闭设备（40），以用于调整至所述叶轮（20）中的入流，和

1.4抽吸弯管（50），以用于引导从所述叶轮（20）中流出的水，其特征在于，

1.5所述抽吸弯管布置在所述叶轮（20）之上，并且

1.6至少一个旁路管路（60.1，60.2）设置用于绕过所述导向和/或关闭设备（40），当布置在所述旁通管路（60.1，60.2）的走向中的旁通阀打开时，所述旁通管路将所述进流螺旋部（30）直接与所述叶轮（20）连接。

2.一种具有涡轮机或泵涡轮机的液力机械（10），其具有

2.1叶轮（20），所述叶轮能够围绕垂直的旋转轴线（R）转动地支承并且具有多个叶片；

2.2进流螺旋部（30），所述进流螺旋部环形地环绕所述叶轮（20）并且所述进流螺旋部在其内部的周向环上具有环绕的出流口；

2.3导向和/或关闭设备（40），以用于调整至所述叶轮（20）中的入流，和

2.4抽吸弯管（50），以用于引导从所述叶轮（20）中流出的水，其特征在于，

2.5所述抽吸弯管布置在所述叶轮（20）之上，并且

2.6至少一个排空管路（70.1，70.2）设置用于排空所述叶轮（20），当布置在所述排空管路（70.1，70.2）的走向中的排空阀打开时，所述排空管路将所述叶轮（20）直接与泵井连接。

3.根据权利要求1或2所述的具有涡轮机或泵涡轮机的液力机械（10），其中，至少一个所述旁通管路（60.1，60.2）或至少一个所述排空管路（70.1，70.2）与用于排气的排气管路或者用于对所述叶轮（20）通气的通气管路相比优选地具有较小的管路横截面。

4.根据前述权利要求中任一项所述的具有涡轮机或泵涡轮机的液力机械（10），其中，至少一个所述旁通管路（60.1，60.2）和/或至少一个所述排空管路（70.1，70.2）通入到所述叶轮（20）的轮侧部空间中。

5.根据前述权利要求中任一项所述的具有涡轮机或泵涡轮机的液力机械（10），其中，至少一个所述旁通管路（60.1，60.2）和/或至少一个所述排空管路（70.1，70.2）通入到上部的和/或下部的泵盖板中。

6.根据前述权利要求中任一项所述的具有涡轮机或泵涡轮机的液力机械（10），其特征在于，管路接口在环形闸门和导向设备之间的环形空间中的布置。

7.根据权利要求6所述的具有涡轮机或泵涡轮机的液力机械（10），其特征在于，所述导向设备为了排空/通气或者填充/排气而关闭或者在中间位置中比在关闭位置中更大。

8.一种用于填充根据权利要求1所述的具有涡轮机或泵涡轮机的液力机械（10）的方法，首先将所述导向和/或关闭设备（40）关闭，随后打开至少一个排气管路以用于为所述叶轮（20）排气并且最后打开至少一个旁通管路（60.1，60.2）以用于绕过所述导向和/或关闭设备（40），从而使得水从所述进流螺旋部（30）直接流入所述叶轮（20）中并且空气能够从所述叶轮（20）中漏出。

9.一种用于排空根据权利要求2所述的具有涡轮机或泵涡轮机的液力机械（10）的方法，其中关闭高压侧的和低压侧的封闭机构，然后打开通气管路以用于为所述叶轮（20）通气并且最后打开至少一个排空管路（70.1，70.2）以用于排空所述叶轮（20），使得水能够从所述叶轮（20）直接流出到泵井中。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其中在填充或排空所述叶轮（20）之后再次关闭所述旁通管路（60.1，60.2）或所述排空管路（70.1，70.2）并且随后再次关闭所述排气管路或所述通气管路。

11.一种根据权利要求1或2所述的具有涡轮机或泵涡轮机的液力机械（10）在泵蓄能发电厂中的应用。

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