CN110199112A - 用于水力机械的径向流转轮 - Google Patents

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Abstract

一种弗朗西斯型转轮，其包括顶部、多个叶片，每一个叶片由压力表面、吸力表面、邻接高压侧的边缘以及间隔开的邻接低压侧的边缘所限定，其中顶部包括密封装置以相对于来自高压侧的水密封顶部上方的空间，其中所述转轮包括至少一个通道，所述至少一个通道能够将高压泄漏水排放到低压侧，并且所述通道包括入口孔，该入口孔位于顶部的一部分中，该入口孔暴露于高压泄漏水，其中所述通道位于叶片内，并且所述通道从入口孔通向同一叶片的邻接低压侧的边缘，其中所述通道被成形为在邻接低压侧的同一边缘中形成连续开口。

Description

用于水力机械的径向流转轮
技术领域
本发明总体上涉及水电涡轮机或泵装置，其包括弗朗西斯(Francis)型径向流转轮。
背景技术
包括弗朗西斯型径向流转轮的水力机械会受到施加到水力机械的转轮上的轴向推力。由于转轮与水通道的高压侧之间的密封不能做到完美紧密，所以水可能会进入水力机械的顶盖与转轮顶部之间的空间，从而导致高的轴向推力。为了减少轴向推力，现有技术已经提出了几种概念。一种概念包括平衡管，该平衡管将经过密封件的水排放到水通道的低压侧(参见例如Moody的US 1,820,150)。另一种概念包括在转轮顶部内的平衡孔，该平衡孔通向转轮轮毂或通向转轮的叶片之间的空间(参见例如Seiichi和Syoji的US 4,086,020)。平衡管是昂贵的。现有技术的平衡孔的有效性取决于转轮转速和叶片几何形状，因此就减少推力而言，并不总是得到令人满意的结果。特别是在现代化项目的情况下，当不得不将依赖于平衡孔的现有转轮更换为新转轮时，可能发生这样的情况：已知类型的平衡孔不能适应现代叶片几何形状，并且由于现有的水力机械是嵌入到混凝土中的，故安装平衡管是不切实际的。在许多现代化项目中期望具有新转轮，该新转轮的叶片在转轮顶部附近的后缘处延伸得更靠近旋转轴线。这种几何形状提供了改进的性能特性，但是在许多情况下，这种几何形状由于轴法兰下方的转轮顶部空间内的径向泵送效应而使得在转轮顶部中使用平衡孔在减小推力上效果不佳。在将转轮连接到轴的法兰处于相对较低的高度的一些情况下，在转轮顶部法兰中可能不再有足够的可用空间来容纳已知类型的平衡孔，因此需要替代的解决方案来减少推力。
发明内容
本发明的目的是提出一种比平衡管便宜且容易在现代化项目中应用的用于减少轴向推力的替代概念。
该目的通过根据权利要求1的转轮来实现。在从属权利要求中公开了本发明的其它有利实施方式。
发明人已经认识到，能够通过一种转轮来减小轴向推力，该转轮包括至少一个通道，所述至少一个通道从转轮顶部通向至少一个转轮叶片的后缘。发明人还认识到，使泄漏水离开后缘可以减小转轮旋转时的阻力，并且导致水力效率提高。
附图说明
下面将结合附图来描述本发明：
图1是根据本发明的弗朗西斯水轮机转轮的截面图；
图2是根据本发明的实施例的转轮叶片的截面图；
图3示出了根据图2的转轮叶片的截面A以及不同类型实施例的截面B；
图4是根据本发明的另一个实施例的转轮叶片的截面图；
图5示出了根据图4的转轮叶片的截面A；
图6是根据本发明的另一个实施例的转轮叶片的截面图。
具体实施方式
图1示意性地示出了根据本发明的弗朗西斯水轮机转轮的截面图。转轮顶部被表示为11。转轮叶片2在顶部11和被表示为12的下环之间延伸。叶片2具有由3和4表示的两个边缘。进入转轮的流体从边缘3流向边缘4，其中高压侧邻接边缘3，并且低压侧邻接边缘4。很明显，在泵送模式中，流体的流动方向是反向的。转轮顶部11包括周向定位的密封装置(被表示为13)。密封装置13用于密封顶部11上方的空间，以抵抗高压水。然而由于密封的不完美，所以在转轮顶部11上方的空间中将存在少量的高压水，从而导致不期望的轴向推力。转轮顶部11包括由6表示的入口孔。入口孔6位于顶部的一部分中，该入口孔6暴露于经过密封装置13的高压水。叶片2包括由5表示的通道。通道5从入口孔6通向邻接低压侧的边缘4的一部分，在此处通道5形成由7表示的开口。通过将泄漏水从顶部11上方的空间直接经由叶片2内的通道5排放到低压侧来减轻轴向推力。由于开口7位于直接邻接低压侧的边缘4中，因此很大程度地减轻了推力。在本发明的优选实施例中，开口7的位置距旋转轴线的径向距离与入口孔6距旋转轴线的径向距离相同或比入口孔6距旋转轴线的径向距离大。这避免了由于旋转的径向泵送效应而引起的背压。因此，与US 4,086,020的转轮相比，根据本发明的转轮将推力减小到更低的值，因为US 4,086,020的通向轮毂以及叶片之间的空间的平衡孔不直接邻接转轮的低压侧。US 4,086,020的轮毂内的径向泵送效应是显著的，并且导致转轮上方的压力较高，因此轴向下冲更高。
图2示意性地示出了根据本发明的转轮叶片的截面图。叶片被表示为2。叶片2具有邻接高压侧的边缘3以及邻接低压侧的边缘4。叶片2分开流体流，其中叶片2的一侧形成压力表面，并且另一侧形成吸力表面。图2中所示的叶片2包括被表示为5的通道。叶片2具有被表示为6的入口孔。在边缘4处，存在被表示为7的连续开口。连续开口7优选在边缘4的展开长度的至少15％上延伸(x/L＞＝0.15)。连续开口7在边缘4的相对大的区域上的延伸确保了泄漏高压水能够容易地通过以到达低压侧，以获得导致所有运行模式的低轴向推力的宽范围的转数。入口孔6、通道5和连续开口7将形成穿过叶片的平滑通道，从而使泄漏水流过叶片时的损失最小化。
图3示意性地示出了沿着所标记的截面A和B所截的图2的叶片2的截面图。图3示出了连续开口7的三个不同的实施例，其被示出在沿着截面B的三个不同的视图中。在沿着截面A的视图中可以看出，叶片2包括由8表示的基部和由9表示的盖部。基部8包括叶片的整个吸力侧表面或压力侧表面以及邻接高压侧的边缘的整个表面和邻接低压侧的边缘的大部分表面。在基部8中机加工或铸造了腔体。较薄的盖部9附接到基部8，从而形成气体通道5。盖部9可以是金属或复合材料，可以是铸造成形或机加工的，并且可以通过焊接或粘结材料(环氧树脂、胶水等)来附接。最上方的沿着截面B的截面图示出了连续开口7的第一实施例。连续开口7由在后缘4处相遇的压力侧表面和吸力侧表面所限制。在该第一实施例中，在从邻接高压侧的边缘3起沿着截面的弧面曲线测量的情况下，压力侧表面和吸力侧表面分别在相同的距离处结束。中间的沿着截面B的截面图示出了连续开口7的第二实施例。在该第二实施例中，在从邻接高压侧的边缘3起沿着截面的弧面曲线测量的情况下，压力侧表面比吸力侧表面延伸得远。下方的沿着截面B的截面图示出了连续开口7的第三实施例。在第三实施例中，在开口7的区域中，邻接低压侧的边缘4被成型为使涡旋脱落最小化。当然，这种轮廓可以存在于边缘4的整个长度上。
图4示意性地示出了另一个实施例中的根据本发明的转轮叶片的截面图。除了图2的叶片之外，根据图4的实施例还包括三个间隔件，所述三个间隔件中的一个被表示为10。
图5示出了沿着截面A的截面图，其示出了间隔件10的侧视图。间隔件10根据需要而定位在通道5内，以避免盖部9的弯曲。间隔件10可以与基部8是一体的，或者固定附接到基部8或盖部9。很明显，间隔件10的数量不限于三个，而是可以存在任何数量的间隔件10。
发明人已经认识到，间隔件10将形成泄漏水流动的障碍。因此，间隔件具有空气动力学形状是有利的。图6示出了根据本发明的转轮，其特征在于空气动力学形状的间隔件10。
很明显，图中所示的实施例是均采用了本发明思想的更广泛的实施例的示例。例如，可以存在穿过一个叶片的几个单独的通道，所述几个单独的通道从单独的入口孔通向位于邻接低压侧的边缘的不同部分处的几个单独的连续开口。不同的通道还可以位于不同的叶片中。

Claims (9)

1.一种用于水力涡轮机或泵的弗朗西斯型的转轮，所述转轮包括低压侧和高压侧、顶部(11)、多个叶片(2)，每一个叶片(2)由压力表面、相反面向的吸力表面、邻接所述转轮的高压侧的边缘(3)以及邻接所述转轮的低压侧的、间隔开的边缘(4)所限定，其中所述顶部包括密封装置(13)，以相对于来自所述高压侧的水密封所述顶部(11)上方的空间，其中所述转轮包括至少一个通道(5)，所述通道(5)能够将经过所述密封装置(13)的高压泄漏水排放到所述低压侧，并且所述通道(5)包括入口孔(6)，所述入口孔(6)位于所述顶部(11)的一部分中，所述入口孔(6)在运行期间暴露于高压泄漏水，
其特征在于，所述通道(5)位于叶片(2)内并且从所述入口孔(6)通向同一叶片(2)的邻接所述低压侧的所述边缘(4)，其中所述通道(5)被成形为在邻接所述低压侧的同一边缘(4)中形成连续开口(7)。
2.根据权利要求1所述的转轮，其中所述连续开口(7)在邻接所述低压侧的所述边缘(4)的展开长度的至少15％上延伸。
3.根据权利要求1或2所述的转轮，其中所述连续开口(7)的位置与所述入口孔(6)相比在距所述转轮的旋转轴线相同或较大的径向距离处。
4.根据前述权利要求中的一项所述的转轮，其中在所述连续开口(7)的区域中，在从邻接所述高压侧的所述边缘(3)沿着截面的弧面曲线测量的情况下，所述压力侧表面比所述吸力侧表面延伸得远。
5.根据前述权利要求中的一项所述的转轮，其中在所述连续开口(7)的区域中，邻接所述低压侧的所述边缘(4)被成型为使涡旋脱落最小化。
6.根据前述权利要求中的一项所述的转轮，其中所述通道(5)所在的所述叶片(2)包括基部(8)和盖部(9)，其中所述基部(8)具有单件构造，所述基部(8)包括邻接所述高压侧的整个边缘(3)、所述叶片(2)的整个压力侧以及邻接所述低压侧的所述边缘(4)的大部分表面，并且其中所述基部(8)包括空腔，并且所述盖部(9)在所述空腔的上方附接到所述基部(8)以形成所述通道(5)。
7.根据权利要求1至5中的一项所述的转轮，其中所述通道(5)所在的所述叶片(2)包括基部(8)和盖部(9)，其中所述基部(8)具有单件构造，所述基部(8)包括邻接所述高压侧的整个边缘(3)、所述叶片(2)的整个吸力侧以及邻接所述低压侧的所述边缘(4)的大部分表面，并且其中所述基部(8)包括空腔，并且所述盖部(9)在所述空腔的上方附接到所述基部(8)以形成所述通道(5)。
8.根据权利要求6或7所述的转轮，其中至少一个间隔件(10)在所述通道(5)内位于所述基部(8)和所述盖部(9)之间。
9.根据权利要求8所述的转轮，其中所述间隔件(10)是空气动力学形状的。
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