CN110242615A - 导水机构及其使用方法以及含导水机构的水泵水轮机机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导水机构及其使用方法以及含导水机构的水泵水轮机机组，其特征在于，包括蜗壳、转轮、固定导叶组和活动导叶组，转轮位于所述蜗壳内的中部；活动导叶组设置在所述蜗壳内并沿所述转轮的外周分布；固定导叶组，设置在所述蜗壳内并沿所述活动导叶组的外周分布；在所述活动导叶组的每相邻两活动导叶之间设置一圆柱，所述圆柱能够在顶盖与底环之间作同步升降运动，以使所述活动导叶组开启时具有初始角度。本发明能够有效降低水力损失、能够避开“S”形不稳定区域且不会增加机组内部的压力脉动。

Description

导水机构及其使用方法以及含导水机构的水泵水轮机机组

技术领域

本发明涉及一种导水机构及其使用方法以及水泵水轮机机组，属于流体机械领域。

背景技术

现有水泵水轮机包括蜗壳1、固定导叶2、活动导叶3和转轮4，结构如图1所示。其中，蜗壳1、固定导叶2和活动导叶3作为水泵水轮机的导水机构，可以形成和改变进入转轮4的水流的环量，控制机组流量大小，使得水流在不同流量下沿圆周均匀进入转轮4。固定导叶2由于需要承受机组轴向负载，其部件不能转动，因此只能作为固定导水机构来初步形成进入活动导叶3水流的环量。而活动导叶3需要通过开关导叶来调节机组的流量，来适应流体机械中不同的运行工况。但是活动导叶3在启动过程中，当活动导叶开度较小时，水流将以不合理的冲角进入转轮，引起转轮4叶片背面脱流严重，使得转轮4中水流紊乱，存在严重涡流，导致水力损失增加，压力脉动加剧。

水泵水轮机作为抽水蓄能电站的核心部件，在低水头甩负荷至空载运行时，机组经常会进入到“S”形特性区，而该区域内机组运行极不稳定。现有改善水泵水轮机空载稳定性最可靠、应用最多的方法是采用非同步导叶，即先设定好少数活动导叶3，比其他活动导叶3预先开启一个较大的角度，使其他活动导叶3在较小开度时就能获得相应的流量，从而使水泵水轮机在较小开度时避开“S”形不稳定区域。但是转轮4和活动导叶3流域存在动静干涉，因此非同步导叶投入期间，由于导叶的非同步开启，流入转轮4的水流不能形成一个均匀分布的环量，破坏了转轮室的水力平衡，使转轮4和活动导叶3流域间的动静干涉加大，进而致使机组内部的压力脉动、噪声和振动等问题加剧，增加了机组的运行、维护成本，一定程度上也降低了机组的疲劳强度。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够有效降低水力损失、能够避开“S”形不稳定区域且不会增加机组内部的压力脉动的导水机构及其使用方法以及水泵水轮机机组。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，一种导水机构，其特征在于，包括：蜗壳；

转轮，位于所述蜗壳内的中部；

活动导叶组，设置在所述蜗壳内并沿所述转轮的外周分布；

固定导叶组，设置在所述蜗壳内并沿所述活动导叶组的外周分布；在所述活动导叶组的每相邻两活动导叶之间设置一圆柱，所述圆柱能够在顶盖与底环之间作同步升降运动，以使所述活动导叶组启动时具有初始角度。

优选地，还包括用于控制多个所述圆柱在顶盖与底环之间同步升降的驱动机构，使得所述活动导叶组启动时所述圆柱的下端面与所述转轮的顶盖的下端面平齐，所述活动导叶组关闭时所述圆柱的下端嵌入所述底环的上端面内。

优选地，在所述底环上与所述圆柱对应的位置处开设圆孔，在所述圆孔内固定设置压缩弹簧，在所述压缩弹簧的上方固定连接垫块，所述垫块的上端面与所述底环的上端面平齐。

优选地，所述圆孔为轴向变径通孔，所述圆孔的内径自所述底环的上端面至下端面逐渐缩小，在所述圆孔的下部嵌设一固定垫块，所述压缩弹簧的下端连接在所述固定垫块上，所述压缩弹簧的上端连接所述垫块。

优选地，所述圆柱的高度大于所述转轮的所述顶盖和底环之间的距离。

优选地，所述垫块的横截面呈T形结构；所述圆孔上的最小内径等于所述圆柱的外径。

优选地，在所述固定垫块上开设环槽，所述环槽内嵌设有密封圈。

优选地，所述固定垫块通过紧固件固定设置在所述圆孔内。

本发明还提供一种基于导水机构的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)控制圆柱升起，使得圆柱的上端面与转轮的顶盖的下端面平齐，使得活动导叶组在启动时具有初始角度，水流在该初始角度下获得相应的流量和速度，引导水流在转轮的进口形成一个均匀分布的环量并进入转轮内，使导水机构稳定启动，避开“S”形不稳定区域；

2)在最小开度至最大开度角度范围调节活动导叶组的开度，使得导水机构适应不同的运行工况。

本发明还提供一种水泵水轮机机组，其包含上述任一项中所述的导水机构。

本发明采用以上技术方案，其具有如下优点：

本发明在活动导叶组内每相邻两活动导叶之间设置圆柱，圆柱能够在顶盖与底环之间作同步升降运动，使活动导叶组在启动状态下就具有一定开度，使导水机构能够避开“S”形不稳定区；由于活动导叶全部同时开启，水流在转轮进口形成一个均匀分布的环量，将更好地引水进入转轮，能够大大改善因非同步导叶的应用所导致的压力脉动、噪声和振动加剧等问题，避免水流以不合理的冲角进入转轮而引起的水流紊乱、严重涡流等现象的发生，减小水力损失。

相应地，导水机构的使用方法能够使活动导叶组启动时具有初始角度，以一初始角度均匀引导水流进入转轮，使得导水机构、乃至水泵水轮机机组能够避开“S”形不稳定区，且该方法优于传统的非同步异叶方法，能够改善因非同步导叶的应用所导致的压力脉动、噪声和振动加剧等问题。

相应地，具有前述导水机构的水泵水轮机机组，也能够有效降低水力损失，同时避开“S”形不稳定区域且不会增加机组内部的压力脉动、噪声和振动，降低机组的运行、维护成本。

附图说明

图1是现有水泵水轮机的结构示意图；

图2是本发明的整体结构示意图；

图3是本发明在圆柱落下时的局部结构示意图；

图4是本发明在圆柱提起时的局部结构示意图。

图中，1、蜗壳；2、固定导叶组；3、活动导叶组；31、活动导叶；4、转轮；5、圆柱；6、顶盖；7、底环；8、圆孔；9、压缩弹簧；10、垫块；11、固定垫块；12、环槽；13、紧固件。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

如图2所示，本发明提供了一种导水机构，其包括蜗壳1、固定导叶组2、活动导叶组3和转轮4，转轮4位于蜗壳1内的中部，活动导叶组3设置在蜗壳1内并沿转轮4的外周分布，固定导叶组2设置在在蜗壳1内并沿活动导叶组3的外周分布，在活动导叶组3的每相邻两活动导叶31之间设置一圆柱5，圆柱5能够在顶盖6与底环7之间内作同步升降运动，以使活动导叶组3启动时具有初始角度。

本发明的导水机构运行时，活动导叶组3先保持不动，控制圆柱5升起，使得活动导叶组3在启动时具有初始角度；然后调节活动导叶组3的开度范围在最小开度-最大开度角度之间变化，使得导水机构适应流体机械中不同的运行工况；由于活动导叶组3启动时就具有初始角度，进而可以避免活动导叶组3在启动过程中，活动导叶组3处于极小开度时，进入转轮4的流体的不合理冲角导致涡流的发生，降低压力脉动，提高机组效率和稳定性。。

在上述实施例中，优选的，本发明还包括用于控制多个圆柱5在顶盖6与底环7之间内同步升降的驱动机构(图中未示出)，使得活动导叶组3启动时圆柱5的下端面与转轮4的顶盖6的下端面平齐，活动导叶组3关闭时圆柱5的下端嵌入转轮4的底环7的上端面内。

在上述实施例中，优选的，圆柱5的高度大于转轮4的顶盖6和底环7之间的距离。

在上述实施例中，优选的，如图3、图4所示，在底环7上与圆柱5对应的位置处开设圆孔8，在圆孔8内固定设置压缩弹簧9，在压缩弹簧9的上方固定连接垫块10，垫块10的上端面与底环7的上端面平齐。活动导叶组3关闭时，圆柱5落下推着垫块10沿圆孔8轴向运动，使得压缩弹簧9长度变短，圆柱5嵌入圆孔8内；活动导叶组3启动时，圆柱5升起，压缩弹簧9恢复正常长度，垫块10的上端面与底环7的上端面平齐。

在上述实施例中，优选的，圆孔8为轴向变径通孔，圆孔8的内径自底环7的上端面至下端面逐渐缩小，在圆孔8的下部嵌设一固定垫块11，压缩弹簧9的下端连接在固定垫块11上，压缩弹簧9的上端连接垫块10。

在上述实施例中，垫块10的横截面呈T形结构。圆孔8上的最小内径等于圆柱5的外径。

在上述实施例中，在固定垫块11上开设环槽12，环槽12内嵌设有密封圈，以保证固定垫块11密封嵌设在圆孔8内，避免自圆孔8内漏水。

在上述实施例中，固定垫块11通过紧固件13(如螺钉)固定设置在圆孔8内。

基于上述导水机构，本发明还提出了一种导水机构的使用方法，其包括以下步骤：

1)控制圆柱5升起，使得圆柱5的上端面与转轮4的顶盖6的下端面平齐，使得活动导叶组3在启动时具有初始角度，水流在该初始角度下获得相应的流量和速度，引导水流在转轮4的进口形成一个均匀分布的环量并进入转轮4内，使导水机构稳定启动，避开“S”形不稳定区域；

2)在最小开度至最大开度角度范围调节活动导叶组3的开度，使得导水机构适应不同的运行工况。

上述方法中，圆柱5使活动导叶组3在启动状态下就获得一定开度，给进入转轮的水流一个均匀分布的环量，更好地引导水流进入转轮4，不会增加转轮4和活动导叶3流域存在的动静干涉，能够避免传统预开导叶法导致的导水机构内部压力脉动、噪声和振动等问题；提高导水机构、乃至水泵水轮机机组效率和稳定性。

基于上述导水机构，本发明还提供了一种具有上述任一实施例的导水机构的水泵水轮机机组。

本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的。在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进或等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种导水机构，其特征在于，包括：蜗壳(1)；

转轮(4)，位于所述蜗壳(1)内的中部；

活动导叶组(3)，设置在所述蜗壳(1)内并沿所述转轮(4)的外周分布；

固定导叶组(2)，设置在所述蜗壳(1)内并沿所述活动导叶组(3)的外周分布；在所述活动导叶组(3)的每相邻两活动导叶(31)之间设置一圆柱(5)，所述圆柱(5)能够在所述顶盖(6)与底环(7)之间作同步升降运动，以使所述活动导叶组(3)启动时具有初始角度。

2.如权利要求1所述的一种导水机构，其特征在于：还包括用于控制多个所述圆柱(5)在所述顶盖(6)与底环(7)之间同步升降的驱动机构，使得所述活动导叶组(3)启动时所述圆柱(5)的下端面与所述转轮(4)的顶盖(6)的下端面平齐，所述活动导叶组(3)关闭时所述圆柱(5)的下端嵌入所述底环(7)的上端面内。

3.如权利要求2所述的一种导水机构，其特征在于：在所述底环(7)上与所述圆柱(5)对应的位置处开设圆孔(8)，在所述圆孔(8)内固定设置压缩弹簧(9)，在所述压缩弹簧(9)的上方固定连接垫块(10)，所述垫块(10)的上端面与所述底环(7)的上端面平齐。

4.如权利要求3所述的一种导水机构，其特征在于：所述圆孔(8)为轴向变径通孔，所述圆孔(8)的内径自所述底环(7)的上端面至下端面逐渐缩小，在所述圆孔(8)的下部嵌设一固定垫块(11)，所述压缩弹簧(9)的下端连接在所述固定垫块(11)上，所述压缩弹簧(9)的上端连接所述垫块(10)。

5.如权利要求4所述的一种导水机构，其特征在于：所述垫块(10)的横截面呈T形结构；所述圆孔(8)上的最小内径等于所述圆柱(5)的外径。

6.如权利要求4所述的一种导水机构，其特征在于：在所述固定垫块(11)上开设环槽(12)，所述环槽(12)内嵌设有密封圈。

7.如权利要求4至6任一项所述的一种导水机构，其特征在于：所述固定垫块(11)通过紧固件(13)固定设置在所述圆孔(8)内。

8.如权利要求1所述的一种导水机构，其特征在于：所述圆柱(5)的高度大于所述转轮(4)的所述顶盖(6)和底环(7)之间的距离。

9.一种基于权利要求1至8任一项所述的导水机构的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)控制圆柱(5)升起，使得圆柱(5)的上端面与转轮(4)的顶盖(6)的下端面平齐，使得活动导叶组(3)在启动时具有初始角度，水流在该初始角度下获得相应的流量和速度，引导水流在转轮(4)的进口形成一个均匀分布的环量并进入转轮(4)内，使导水机构稳定启动，避开“S”形不稳定区域；

2)在最小开度至最大开度角度范围调节活动导叶组(3)的开度，使得导水机构适应不同的运行工况。

10.一种水泵水轮机机组，其特征在于：包含权利要求1至8任一项中所述的导水机构。