CN104912718B - 冲击式水轮机喷嘴 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种冲击式水轮机喷嘴，包括喷嘴本体及喷针，所述喷针的针尖锥角为36~38°，所述喷针后段为直线段，该直线段所在面与喷嘴内面形成的夹角与喷针尖角一致，为36‑38°，所述喷嘴前端设置流态稳定段，流态稳定段包括外稳定段和内稳定段，外稳定段长度为10mm，内稳定段长度为10~20mm，内稳定段形状与喷针形状相适应，其斜度相同，内稳定段也为止水面。根据本发明所述冲击式或斜击式水轮机喷嘴，使用寿命明显增加，约为原喷嘴2~3倍，射流集中，机组出力稳定，效率增高约5~10%，尤其在非满负荷时，作用明显，且维修及拆卸方便，大大减少喷针及喷嘴维修时间，提高电站效益。
Description
技术领域
本发明涉及水电机械领域，具体是一种冲击式水轮机喷嘴。
背景技术
我国是个水资源丰富的国家。作为利用水资源的能量转换设备水轮机，主要分为两种类型，一种是反击式水轮机，另一种是冲击式水轮机。对于冲击式水轮机而言，喷嘴的工作性能对于水轮机具有重要的意义，而喷嘴的工作性能的好坏则由喷嘴的形状决定。现有的水轮机喷嘴喷针都以45~67°方案为主，喷嘴喷针接触面为2~3mm，并无流态稳定段，当机组运行遇到杂物通过喷嘴时容易造成喷嘴口及喷针损坏，从而导致射流不稳定及机组出力效率下降，同时伴随转轮甩水和轴承进水等常见故障发生。且喷嘴采用多数内装式，维修更换十分困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种冲击式水轮机喷嘴，通过改善喷嘴提高使用寿命，保证机组出力稳定，维修及拆卸方便。
本发明解决问题所采用的技术方案是：一种冲击式水轮机喷嘴，包括喷嘴本体及喷针，所述喷针的针尖锥角为36~38°，最佳的针尖锥角为37°，所述喷针后段为直线段，该直线段所在面与喷嘴内面形成的夹角与喷针尖角一致，一般设计范围36~38°，最佳角度37° ；所述喷嘴前端设置流态稳定段，流态稳定段包括外稳定段和内稳定段，外稳定段长度为10mm ，内稳定段长度为10~20mm，内稳定段形状与喷针形状相适应，其斜度相同，内稳定段也为止水面。
所述喷嘴过水接触面采用不锈钢镶面，厚度2~3mm，所述喷针前端和与喷嘴接触面采用不锈钢镶面，厚度2~3mm。
所述喷针针尖过长部分倒角切除。
所述喷嘴结构为外装式，喷嘴通过螺栓外装在喷嘴座上。
在山区高水头径流式电站运行过程中，由于没有水库进行调节运行，来水量随天然径流而变化，机组随时调整出力尽量保持在高水头运行防止前池放空的情况，因此机组对调节提出较高要求，而调节的关键部位在于喷嘴、喷针。现行机组在水源不足出力较小时（约50%）就会出现以下问题：机组出现叶轮甩水，影响轴承进水而损坏，出力及效率急剧下降。主要原因为喷嘴射流分散不集中，部分水流直接喷射至水斗边缘或外面。而导致射流分散的主要原因为45°—67°喷针（嘴）产生射流时因角度较大水流相互碰撞，无射流稳定段，且距离转轮轮较远，详见射流示意图，从图2、3、4中可见，无论是45°喷针，还是67°喷针，其射流出喷嘴后均有放大，而37°喷针的射流则无放大，基本呈直线。
本申请人通过多年进行水轮机维修与试验发现将喷针及喷嘴角度修正在37°左右时水轮机效率最高且不易损坏。同时增加喷嘴口流态稳定段以保证喷嘴口强度和流态稳定性能。将过水接触面采用不锈钢镶面2~3mm以解决喷针、喷嘴磨损及腐蚀，并且保证止水面长度为10~20mm，以保证止水效果。喷嘴结构为外装式以方便喷嘴喷针维修及更换。由于喷针角度减小导致针尖长度增加，将喷针过长部分倒角切除，以保证折向器能正常使用，保证机组安全，详见射流示意图。根据本发明所述冲击式或斜击式水轮机喷嘴，使用寿命明显增加，约为原喷嘴2~3倍，射流集中，机组出力稳定，效率增高约5~10%，尤其在非满负荷时，作用明显，且维修及拆卸方便，大大减少喷针及喷嘴维修时间，提高电站效益。
附图说明
下面结合附图进一步详细描述本发明。
图1是本发明的结构示意图，显示为喷针与喷嘴闭合时状态。
图2是本发明所用37°喷嘴喷针射流示意图。
图3是45°喷嘴喷针射流示意图。
图4是67°喷嘴喷针射流示意图。
具体实施方式
实施例：参照图1，一种冲击式水轮机喷嘴，包括有喷嘴本体和安装在喷嘴内的喷针9。所述喷嘴采用为外装式，包括喷嘴座1和喷嘴6，在喷嘴座1外侧设计螺栓孔4，喷嘴6通过螺栓外装在喷嘴座1上。所述喷嘴6前端设置流态稳定段，流态稳定段包括外稳定段8和内稳定段7，外稳定段8长度为10mm；内稳定段7长度为10~20mm，形状与喷针形状相适应，斜度相同，同时也是闭合状态时的止水面，双流态稳定段的设置保证喷嘴口强度和流态稳定性能，止水面长度为10~20mm，保证止水效果。在喷嘴6过水接触面采用不锈钢镶面，厚度2~3mm，解决喷针、喷嘴磨损及腐蚀。所述喷针9安装连接连杆2，喷针9的针尖锥角10设计范围为36~38°，最佳针尖锥角为37°；所述喷针9后段3为直线，该直线段所在面与喷嘴内面形成的夹角5与喷针的针尖锥角10一致，即设计范围为36~38°，最佳的针尖锥角为37°。喷针前端11和与喷嘴接触面采用不锈钢镶面，厚度2~3mm；由于喷针角度减小导致针尖长度增加，将喷针前端11过长部分倒角切除，以保证折向器能正常使用，保证机组安全。
本发明应用在油麻洞水电站，该水电站位于湖南省溆浦县黄茅园镇油麻洞村，设计2x400KW，设计水头200米，额定水头180米，单机最大运行出力400KW，水轮机型号为CJA237-W-55/1*9喷嘴直径92mm。于2014年11月投产发电。新机组运行半年，1号机下降至380KW，2号机下降至345KW，拆开水轮机发现，1号机喷嘴无明显损坏，2号机喷嘴腐蚀严重，同时伴随机组轴承发热，噪音震动明显增加。通过按如下参数：喷嘴直径缩小至87mm，喷针角度改为37°，削平喷针大于97mm以外锥度（即喷针后段为直线段），喷嘴喷针过水面镶不锈钢，改造喷针及喷嘴后喷针全开状态机组出力达到400kw,机组噪音、震动、下泄流量均明显减少。
Claims (9)
1.一种冲击式水轮机喷嘴，包括喷嘴本体及喷针，其特征在于：所述喷针的针尖锥角为36~38°，所述喷针后段为直线段，该直线段所在面与喷嘴内面形成的夹角与喷针针尖锥角一致，为36-38°；所述喷嘴前端设置流态稳定段，流态稳定段包括外稳定段和内稳定段，外稳定段长度为10mm ，内稳定段长度为10~20mm，内稳定段形状与喷针形状相适应，其斜度相同，内稳定段也为止水面。
2.根据权利要求1所述的冲击式水轮机喷嘴，其特征在于：所述喷针的针尖锥角为37°，所述喷针后段直线段所在面与喷嘴内面形成的夹角与喷针针尖锥角一致，为37°。
3.根据权利要求1或2所述的冲击式水轮机喷嘴，其特征在于：所述喷嘴过水接触面采用不锈钢镶面，厚度2~3mm，所述喷针前端和与喷嘴接触面采用不锈钢镶面，厚度2~3mm。
4.根据权利要求1或2所述的冲击式水轮机喷嘴，其特征在于：所述喷针针尖过长部分倒角切除。
5.根据权利要求3所述的冲击式水轮机喷嘴，其特征在于：所述喷针针尖过长部分倒角切除。
6.根据权利要求1或2所述的冲击式水轮机喷嘴，其特征在于：所述喷嘴结构为外装式，喷嘴通过螺栓外装在喷嘴座上。
7.根据权利要求3所述的冲击式水轮机喷嘴，其特征在于：所述喷嘴结构为外装式，喷嘴通过螺栓外装在喷嘴座上。
8.根据权利要求4所述的冲击式水轮机喷嘴，其特征在于：所述喷嘴结构为外装式，喷嘴通过螺栓外装在喷嘴座上。
9.根据权利要求5所述的冲击式水轮机喷嘴，其特征在于：所述喷嘴结构为外装式，喷嘴通过螺栓外装在喷嘴座上。
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