CN110226034A - 包括径向流转轮的水力机械 - Google Patents

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Abstract

一种水力机械，其包括弗朗西斯型转轮、顶盖和下盖，转轮包括低压侧和高压侧、上冠、下环、多个叶片，上冠包括密封装置以密封上冠和顶盖之间的空间，以防止高压侧的水进入，转轮包括至少一个通道，该通道能够将通过密封装置的高压泄漏水排放到低压侧，并且该道包括位于上冠的一部分中的入口孔，该入口孔在运行期间暴露于高压泄漏水，其特征在于，该通道位于其中一个叶片内并且从入口孔通向下环，其中该通道形成通向在下环和下盖之间的空间的开口。

Description

包括径向流转轮的水力机械
技术领域
本发明一般涉及水电涡轮或泵装置，其包括弗朗西斯型(Francis type)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受到被施加到水力机械的转轮的轴向推力。由于转轮和水通道的高压侧之间的密封不能完全紧密，因此加压水可以进入水力机械的顶盖和转轮上冠之间的空间中，从而导致高的轴向推力。为了减小该轴向推力，现有技术提出了几个概念。一个概念包括平衡管，其将通过密封装置的水排放到水通道的低压侧(参见例如Moody的US1,820,150)。另一个概念包括转轮上冠内的平衡孔，其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US4,086,020)。平衡管很昂贵。现有技术平衡孔的有效性取决于转轮的转速和叶片的几何形状，因此不一定总能得到令人满意的减小推力的结果。特别是在现代化项目的情况下，当依赖于平衡孔的现有转轮必须更换为新转轮时，可能会出现这样的情况：由于现有的水力机械嵌入混凝土中，因此无法通过已知类型的平衡孔来适应现代叶片的几何形状，从而安装平衡管是不可行的。在许多现代化项目中，期望具有带叶片的新转轮，所述叶片在靠近转轮上冠的后缘处更靠近旋转轴线延伸。这种几何形状提供了改进的性能特性，但是在许多情况下，由于轴法兰下方的转轮上冠空间内的径向泵送效应，使得转轮上冠中的平衡孔在减小推力方面的效果较差。在某些情况下，将转轮连接到轴的法兰处于相对较低的高度，在转轮上冠法兰中可能不再有足够的空间来容纳已知类型的平衡孔，因此必需要另一种减小推力的解决方案。
发明内容
本发明的目的是提出一种用于减小轴向推力的替代方案，其成本低于平衡管，并且能够易于在现代化项目中应用。
该目的通过根据权利要求1的水力机械实现。在从属权利要求中公开了本发明的其他有利实施方式。
发明人已经认识到，轴向推力可以通过包括有至少一个从转轮上冠通向转轮下环的通道的转轮而减小，而该通道位于其中一个转轮叶片内。
附图说明
下面将结合附图描述本发明：
图1是根据本发明的弗朗西斯型涡轮的一部分的截面图；
图2示出了根据图1的转轮叶片的第一实施例的截面A；
图3示出了根据图1的转轮叶片的另一实施例的截面A。
具体实施方式
图1示意性地显示了根据本发明的包括弗朗西斯型转轮的水力机械的截面图。顶盖标记为1，并且下盖标记为14。转轮包括标记为11的转轮上冠，其标记为11。转轮叶片2在上冠11和标记为12的下环之间延伸。叶片2具有标记为由3和4标记的两个边缘。进入转轮的流体从边缘3流向边缘4，而高压侧邻接边缘3，并且低压侧邻接边缘4。很明显，在泵送模式中，流体的流动方向是相反的。转轮上冠11包括周向定位的密封装置，该密封装置标记为13。密封装置13被解释为密封顶盖1和上冠11之间的空间，以防止高压水进入。然而，由于密封的不完善，在转轮上冠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。转轮上冠11包括由6标记的入口孔。入口孔6位于上冠的一部分中，其暴露于通过密封装置13的高压水。叶片2包括由5标记的通道。通道5从入口孔6通向下环12，通道5在下环12处形成由7标记的开口。通过将泄漏水从上冠11上方的空间通过叶片2内部的通道5和开口7直接排放到位于下环12和下盖14之间的腔室来减轻轴向推力。该腔室连接到转轮的低压侧。泄漏水的流动用箭头表示。图1左侧的点划线表示转轮的旋转轴线。
由于开口7理想地位于离距旋转轴线的径向距离与比入入口孔6距旋转轴线的径向距离相等或甚至略大的位置处，因此避免了由于旋转的径向泵送效应而所产生的反压力。因此，与US 4,086,020的转轮相比，根据本发明的转轮将推力减轻到较低的值，这是因为US4,086,020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着的，并且导致转轮上方更高的压力，并且因此导致更高的轴向下冲。
图2示意性地显示了沿着标记部分A穿过图1的叶片2的截面视图。通道5位于边缘3附近，边缘3邻接叶片2的高压侧的边缘3附近。叶片2的这部分通常相对较厚并且是直的。通常，叶片2由铸件加工而成。根据图2的实施例的通道5在铸造叶片2时直接形成，因此叶片2是单件式构造。
图3示意性地显示了根据本发明另一个实施方式的沿着标记部分A穿过图1的叶片2的截面图。在沿着截面A的视图中可以看出，叶片2包括由8标记的基部和由9标记的盖部。基部8包括叶片的整个吸力侧或压力侧表面，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整个表面。在基部8中加工或铸造空腔。较薄的盖部9附接到基部8，从而形成通道5。盖部9可以是金属或复合材料，可以铸造成形或机加工，并且可以通过焊接或结合材料(环氧树脂、胶水等)附接。
也可以通过快速原型制造方法(例如增材制造)直接生产带有空腔的叶片。

Claims (7)

1.一种水力机械，所述水力机械包括弗朗西斯型转轮、顶盖(1)和下盖(14)，其中所述转轮包括低压侧和高压侧、上冠(11)、下环(12)、多个叶片(2)，每个叶片(2)由压力表面、相反面向的吸力表面、与所述转轮的高压侧邻接的边缘(3)和与所述转轮的低压侧邻接的间隔开的边缘(4)限定，其中所述上冠包括密封装置(13)以相对于来自所述高压侧的水密封所述上冠(11)和顶盖(1)之间的空间，其中所述转轮包括至少一个通道(5)，所述通道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)包括位于所述上冠(11)的一部分中的入口孔(6)，所述入口孔在运行期间暴露于高压泄漏水，
其特征在于，所述通道(5)位于所述叶片(2)中的一个叶片内并且从所述入口孔(6)通向所述下环(12)，其中所述通道(5)形成开口(7)，所述开口通向所述下环(12)和所述下盖(14)之间的空间，所述空间与所述转轮的低压侧相连接。
2.根据权利要求1所述的水力机械，其中所述叶片(2)内的所述通道(5)位于所述叶片(2)的、与所述转轮的高压侧邻接的所述边缘(3)附近。
3.根据权利要求1或2所述的水力机械，其中所述通道(5)所在的所述叶片(2)是单件式构造，并且由包括所述通道(5)的铸件加工而成。
4.根据权利要求1或2所述的水力机械，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)是单件式构造，所述单件式构造包括与所述高压侧邻接的整个边缘(3)、所述叶片(2)的整个压力侧以及与所述低压侧邻接的所述边缘(4)的整个表面，并且其中所述基部(8)包括空腔，并且所述盖部(9)在所述空腔上方被附接到所述基部(8)以形成所述通道(5)。
5.根据权利要求1或2所述的水力机械，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)是单件式构造，所述单件式构造包括与所述高压侧邻接的整个边缘(3)、所述叶片(2)的整个吸力侧以及与所述低压侧邻接的所述边缘(4)的整个表面，并且其中所述基部(8)包括空腔，并且所述盖部(9)在所述空腔上方被附接到所述基部(8)以形成所述通道(5)。
6.根据权利要求1或2所述的水力机械，其中所述通道(5)所在的所述叶片(2)是单件式构造，并且通过例如增材制造的快速原型制造方法生产。
7.一种根据前述权利要求中的一项所述的转轮。
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