CN111051688B - 包括径向转轮的液压机 - Google Patents

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Abstract

一种液压机，包括混流式的转轮、顶盖和下盖，而上冠部包括密封装置，以密封所述上冠部和所述顶盖之间的空间，防止来自高压侧的水，而所述转轮包括至少一个通道，该至少一个通道能够将通过所述密封装置的高压泄漏水排到低压侧，并且该通道包括位于所述上冠部的一部分中的一个入口孔，该一部分在运转期间暴露于高压泄漏水，而该通道位于其中一个叶片内，并从所述入口孔通向下冠，其中该通道形成开口，该开口通向所述下冠和所述下盖之间的空间，而所述顶盖包括一个进气口，以将空气引入到所述顶盖和所述上冠部之间的腔室。

Description

包括径向转轮的液压机
技术领域
本发明总的涉及包括有混流式(Francis type)径向转轮的水电轮机或泵装置。
本发明的目的是改善已知的液压机在部分负载状态下的效率、振动和噪声特性。
背景技术
众所周知，通过向流经径向流式转轮的水中添加空气，可显著提高在部分负载状态下的效率(参见例如Nagler的US1,823,624)。实践中，事实证明，为了增加空气，需要压缩机。压缩机消耗功率，部分或全部抵消了减少摩擦损失的好处。本发明的目的是公开一种液压机的布置，其中与现有技术相比，不需要压缩机或至少需要消耗较少功率的压缩机以用于进气。
发明内容
该目的是通过根据本发明的液压机来实现的。
发明人已经认识到：该目的可以通过转轮来实现，该转轮包括至少一个从转轮上冠部通向转轮下冠的通道，而该通道位于转轮叶片中的一个转轮叶片内，并且进气口定位于转轮上方的顶盖中。
附图说明
以下将结合附图描述本发明：
图1是根据本发明的混流式水轮机的一部分的截面图；
图2示出了根据图1的转轮叶片的第一实施方式的截面A；
图3示出了根据图1的转轮叶片的另一实施方式的截面A。
具体实施方式
图1示意性地显示了包括根据本发明的混流式转轮的液压机的截面图。顶盖表示为1，并且下盖表示为14。顶盖1包括由10表示的进气口。转轮包括表示为11的转轮上冠部。在顶盖1和转轮上冠部11之间定位有一个由15表示的腔室。进气口10将转轮上冠部11上方的腔室15连接到顶盖1上方的暴露在大气中的区域。
转轮叶片2在上冠部(crown)11和被表示为12的下冠(band)之间延伸。叶片2具有由3和4表示的两个边缘。进入转轮的流体从高压侧边缘3朝向低压侧边缘4流动，而高压侧与高压侧边缘3毗邻，并且低压侧与低压侧边缘4毗邻。很明显，在泵送模式下，流体的流动方向是相反的。转轮上冠部11包括表示为13的周向定位的密封装置。密封装置13解释为用以密封顶盖1和上冠部11之间的空间，以防高压水。但是，由于密封不完善，故而转轮上冠部11上方的空间将存在一定量的高压水。转轮上冠部11包括由6表示的入口孔。入口孔6位于上冠部的一部分中，该一部分暴露于通过密封装置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通向下冠12，其中通道5形成由7表示的开口。转轮上冠部11上方的腔室15中的高压导致将泄漏水从上冠部11上方的空间直接通过叶片2内的通道5和开口7而排到位于下冠12和下盖14之间的由16表示的腔室。该腔室16连接到转轮的低压侧。图1左侧的点划线表示转轮的旋转轴线。
由于相比入口孔6，开口7理想地位于距旋转轴线相等或甚至稍微更大的径向距离处，因此避免了由于旋转的径向泵送效应造成的背压。
出于类似的原因，转轮上冠部11上方的腔室15内的压力分布不均匀。在距旋转轴线最大距离的区域处，压力最高，在距旋转轴线最小距离的区域处，压力最低。因此，有利的是，进气口10定位在顶盖1中，距旋转轴线的距离尽可能最小，但是处在连接到转轮上冠部11的轴的凸缘之外。至少进气口10位于小于入口孔6的定位直径的直径处。
在液压机运转期间，空气通过进气口10被吸入到转轮上冠部11上方的腔室15中，或者必须由压缩机轻松地泵入。该空气部分地填充转轮上冠部11上方的腔室15，从而形成空气垫。空气从那里由水流通过所述至少一个通道5而被输送到下冠12和下盖14之间的腔室16，从而形成空气垫。因此，空气在流出进入到离开液压机的主流动通道中的水中之前包围转轮的外围。结果，降低了摩擦损失、振动和噪声，从而提高了液压机的效率。
通过将空气吸入到旋转的转轮上方的转轮上冠部11上方的腔室15中，空气将自然积聚、分散并填充腔室15，直到空气通过转轮叶片2到达通道5为止，其中空气将流入到外围腔室16中。空气通过旋转的转轮叶片中的通道5在外围腔室中的流速主要在外围方向上的区域中进入该外围腔室16，因此空气也可以积聚并很好地覆盖旋转的转轮的外表面，而不需要较大的空气质量流。由于外围腔室16的外壁处于较高的压力下，因此空气将更集中到靠近转轮外围的地方，在那里最有利于减阻。
由于液压机的许多现代化工程涉及更换水轮机转轮，所以本发明还具有可以被容易地改装到现有机器的优点。根据本发明，新的转轮将设置有中空的叶片通道，并且进气口可以容易地添加到转轮上方的顶盖。
为了进一步促进空气流，可以应用本发明的以下改型(单独地应用或以组合的方式应用)：
-进气口10的数目增加。
-通道5的数目增加，这意味着多于一个叶片2包含有通道5，而在极端情况下，每个叶片2都可以包含通道5。
-为了降低通道5的出口处的压力，可以将导流器定位在下冠12的外表面上，刚好处于开口7的上游。
-为了降低通道5的出口处的压力，可以对下冠内的开口7的下游边缘进行轮廓处理。
图2示意性地显示了通过图1的叶片2沿着标记截面A截取的截面图。通道5位于毗邻叶片2的高压侧的高压侧边缘3的附近。叶片2的这一部分通常相对厚且直。通常，叶片2由铸造件加工而成。根据图2的实施方式的通道5是在铸造叶片2的同时直接形成的，因此叶片是单件式结构。
图3示意性地显示了根据本发明另一实施方式的通过图1的叶片2沿着标记截面A截取的截面图。在沿着截面A的视图中，可以看到刀片2包括由8表示的基础部分和由9表示的盖部分。基础部分8包括叶片的整个吸力侧表面或压力侧表面，以及与高压侧毗邻的高压侧边缘的整个表面和与低压侧毗邻的低压侧边缘的整个表面。将腔体加工或铸造到基础部分8中。较薄的盖部分9附接到基础部分8，从而形成通道5。盖部分9可以是金属或复合材料，可以是铸造成形或加工成形的，并且可以通过焊接或通过粘合材料(环氧树脂、胶水等)来附接。
叶片也可以通过快速成型方法(诸如増材制造)而直接制造有腔体。

Claims (10)

1.一种液压机，所述液压机包括混流式的转轮、顶盖(1)和下盖(14)，而所述转轮包括低压侧和高压侧、上冠部(11)、下冠(12)、处在所述顶盖(1)和所述上冠部(11)之间的腔室(15)、处在所述下盖(14)和所述下冠(12)之间的腔室(16)、多个叶片(2)，每个叶片(2)由压力表面，相对面向的吸力表面，毗邻所述转轮的所述高压侧的高压侧边缘(3)和毗邻所述转轮的所述低压侧的间隔开的低压侧边缘(4)所限定，而所述上冠部则包括用于密封所述上冠部(11)和所述顶盖(1)之间的所述腔室(15)的密封装置(13)，以防止来自所述高压侧的水，而所述转轮包括至少一个通道(5)，所述至少一个通道(5)能够将通过所述密封装置(13)的高压泄漏水排到所述低压侧，并且所述通道(5)包括位于所述上冠部(11)的一部分中的入口孔(6)，所述一部分在运转过程中暴露于高压泄漏水，而所述顶盖(1)包括进气口(10)，所述进气口(10)将所述顶盖(1)上方的区域与所述顶盖(1)和所述上冠部(11)之间的所述腔室(15)相连接，其特征在于，所述通道(5)位于所述叶片(2)中的一个叶片内，并从所述入口孔(6)通向所述下冠(12)，其中，所述通道(5)形成开口(7)，所述开口通向所述下冠(12)和所述下盖(14)之间的所述腔室(16)，所述腔室(16)与所述转轮的所述低压侧相连接。
2.根据权利要求1所述的液压机，其中，所述顶盖(1)内的所述进气口(10)位于小于所述入口孔(6)的定位直径的直径处。
3.根据权利要求1或2所述的液压机，其中，所述通道(5)所位于其中的所述叶片(2)是单件式结构，并且由包括有所述通道(5)的铸造件加工而成。
4.根据权利要求1或2所述的液压机，其中，所述通道(5)所位于其中的所述叶片(2)包括基础部分(8)和盖部分(9)，其中所述基础部分(8)是单件式结构，其包括有：与所述高压侧毗邻的整个所述高压侧边缘(3)、所述叶片(2)的整个压力侧以及与所述低压侧毗邻的所述低压侧边缘(4)的整个表面，并且其中所述基础部分(8)包含有腔体，并且所述盖部分(9)在所述腔体上方附接到所述基础部分(8)，以形成所述通道(5)。
5.根据权利要求1或2所述的液压机，其中，所述通道(5)所位于其中的所述叶片(2)包括基础部分(8)和盖部分(9)，所述基础部分(8)是单件式结构，其包括有：与所述高压侧毗邻的整个所述高压侧边缘(3)、所述叶片(2)的整个吸力侧以及与所述低压侧毗邻的所述低压侧边缘(4)的整个表面，并且其中所述基础部分(8)包含有腔体，并且所述盖部分(9)在所述腔体上方附接到所述基础部分(8)，以形成所述通道(5)。
6.根据权利要求1或2所述的液压机，其中，所述通道(5)所位于其中的所述叶片(2)是单件式结构，并且是通过快速成型方法来生产的。
7.根据权利要求6所述的液压机，其中，所述快速成型方法是增材制造。
8.根据权利要求1或2所述的液压机，其中，每个叶片(2)包括通道(5)。
9.根据权利要求1或2所述的液压机，其中，相比所述入口孔(6)，所述开口(7)位于距旋转轴线相等或甚至更大的径向距离处。
10.根据权利要求1或2所述的液压机，其中，导流器被定位于所述下冠(12)的外表面上，处于所述开口(7)的上游。
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