CN1129709C - 反作用式水轮机的偏心分流片 - Google Patents

Abstract

一个用于反作用式水轮机的弯管型引流管(24)具有一个安装在引流管内的水流分流片，它的宽度占引流管宽度的50%到80%，以使得水流在引流管内绕弯管转向。部分分流片(28)具有相对的侧缘面，与引流管的侧壁有一定间距使得水流流过引流管时外围水流能够绕过分流片流动。在一定压头下，这个分流片在流速低于最高效率点的流速时不会使效率降低，并且在流速高于最高效率点流速时仍然能发挥充分效益。因为这个水流分流片有较小的表面积以及对水流的涡流的阻塞减到最小，因此它产生最小的静负荷和动负荷。一些支撑杆(44)的一端埋入引流管内而另一端与分流片连接，使其装定在引流管中而不与引流管侧壁相接触。

Description

反作用式水轮机的偏心分流片

本发明的技术领域

本发明是有关反作用式水轮机的引流管。具体说，本发明是有关具有水流分流片的弯管型引流管。

本发明的背景

在反作用式水轮机上，引流管是涡轮转子出口与涡轮机出口之间的流道的部分。在反作用式水轮机上引流管的作用就是回收在涡轮转子出口处水流内所留下的一部分能量。引流管出口处的横断面积要大于入口处的横断面积。这样，一般说来出口处水流的流速就低于入口处水流的流速。应该把引流管出口处的水流的动能减到最小，因为水流在流出引流管时这种能量的大部分都浪费掉了。

许多引流管必须把水流的流动方向转过90°或更大的角度，因为引流管入口的流动方向一般是成垂直的，而出口的流动方向一般又是成水平的。在一些小型水轮机上流动方向可能是相反的。这样的引流管通常就称做弯管型引流管。

以前的许多种引流管设计的一些固有问题之一是水流可能与引流管型面分离，因为它在那里被改变流动方向。这种分离能够造成水轮机效率的明显损失。分流片，有时也叫做水流分流片，在过去被用来改善设计得不好的引流管的性能。在一些工作点处这种不好的性能尤其明显，在一定的压头时，这些工作点处的流速大于最高效率点处的流速。

普通的分流片延展到引流管的整个宽度，并被固定在引流管的侧壁上。该分流片安装在引流管靠近弯管部分处，强迫流经引流管的水流改变方向。用于弯管型引流管的这样的分流片已在1923年9月4日授予Victor Kaplan的美国专利1,467,168号中公开了。另外，1936年11月10日授予Lewis Moody的美国专利2,060,101号公开了把分流片横跨引流管安装并固定在引流管侧壁上，一个中央支撑肋板沿着引流管纵向布置。

虽然采用分流片改进了性能，但这样的分流片却并不能促使通过引流管的水流产生自然的涡流。纵向布置的肋板使这个问题进一步复杂化。水轮机转子出口处的流动一般理所当然的是涡流，尤其是在给定工作压头下，流速低于相应于最高效率的流速时。采用普通的分流片在部分负荷工况由于水流的涡流部分发生堵塞而会降低引流管效率。普通的分流片不适合用在大型水轮机上，因为它造成很大的结构，这样由于横跨引流管整个宽度并且阻碍通过引流管的自然紊流或涡流的分流片大表面积，在流速低于最高效率点时就受到很高的静负荷和动负荷。

对具有分流片的引流管有一个要求，就是在一定的压头下，当流速低于最高效率点的流速时，不会造成效率降低，而流速超过最高效率点的流速时，又仍然具有足够的效率。

本发明的简要说明

本发明是关于一个安装在反作用式水轮机的弯管型引流管内的分流片，占据引流管内部的部分宽度，以使得水流在引流管内绕所说的弯管转向。分流片有二个相对的侧边缘面，它们与引流管的侧壁相隔一定间距，使得涡流能绕引流管内的分流片流动。这样的一种分流片在整个专利公开内容中被称做是“部分分流片”。

本发明的部分分流片并不延伸到引流管的整个宽度使得外围的水流的在流经引流管时围绕分流片而形成涡流。

在一定的压头下，这样的部分分流片在工况点低于最高效率流速时不会造成效率降低，并且在超过最高效率点的流速时仍然具有足够的效率。

部分分流片比延伸到引流管整个宽度的普通的分流片明显的小，这样就由于较小的表面积和部分分流片对流体中涡流部分产生的堵塞作用降到最小，而产生小得多的静负荷和动负荷。这样就使得部分分流片既可以用在大型水轮机上也可以用在小型水轮机上。

按照本发明，分流片可以延伸到引流管内部宽度的大约80％。分流片的宽度最好占引流管内部宽度的50％到80％之间，并且它的相对的二个侧边缘面各自距靠近自己的引流管侧面壁有着相同的间距。分流片的二个相对的边缘侧表面在向着引流管出口的流动方向可以逐渐互相分开。

引流管最好有许多支撑杆，它们的一端埋在引流管内而另一端则使分流片固定就位，与引流管侧壁保持不接触。这些支撑杆最好是安装在分流片的下表面。这些支撑杆被一些管子所包围，这些管子的形状使得支撑杆对引流管内的水流的影响减少到最小。引流管最好至少有一个肋板，它从靠近出口处伸进引流管内。分流片最好还至少有一个卡住肋板的凹口，这个凹口的形状正好能卡住这个肋板，以把分流片支撑在肋板上。在具体的装置上，分流片的安装最好是在偏于引流管宽度的一侧。

按照本发明的一个思路，提供了一个用于具有一个涡轮转子的水轮机的引流管。这个引流管的侧壁有个靠近水轮机涡轮转子的入口以及一个出口，用于控制水轮机水流流出的位置。引流管的侧壁在宽度上在从入口到出口之间逐渐扩展。引流管有一个曲线形状的弯管部分，使出口方向与入口方向成垂直。引流管有一个分流片安装在引流管内沿弯管延伸并部分地跨越引流管的内部宽度，使引流管内水流方向沿所说的弯管而流动。分流片具有相对的侧边缘面，它们各自距引流管的侧面有一点距离，使得引流管内的涡流能环绕分流片流动。

附图的简要说明

为了更好地了解本发明的特点和目的，作为例子，参照随同附图一起所作的下列详细说明：

图1是一个水轮机的侧视断面图，它包括一个引流管和本发明的部分分流片；

图2是一个安装在引流管内的部分分流片的平面图；

图3是一个说明安装在引流管内的部分分流片的放大的侧视断面图；

图4是部分分流片的平面图；以及

图5是一个反作用式水轮机在一定压头下效率与流速关系的典型曲线图。

实施例详细说明

参看图1，有1个反作用式水轮机10。水轮机10包括1个罩壳12，水流就通过这个罩壳进入水轮机10。水流经静叶轮14和导叶16并流过安装在一个可旋转的轮毂20上的水轮机的涡轮转子18。

从水轮机涡轮转子18出来的水流到达弯管型引流管24的入口22。水流被逐渐导向到引流管24的水平排水管出口26。引流管24通常是用钢筋混凝土制成的其上部用金属或铸造板覆盖。安装在引流管24靠近其弯管处的是部分分流片28。

参看图1到图4，水流部分分流片28安装在引流管24内，部分地横跨引流管24的内部宽度，使水流在引流管24内沿弯管转变方向。分流片28具有二个相对的侧边缘面30，它们距引流管24的侧壁32有预先确定好的间隔距离以使得引流管内能产生绕分流片的涡流。这个分流片28横跨宽度小于引流管24内部宽度的大约80％。在所示的具体装置中，分流片28的宽度稍微超过引流管24内部宽度的50％。分流片28有相对的侧边缘面30，它们各自距引流管24的侧壁32有一定距离，使得分流片28在引流管内部宽度上有偏移，从图2能够最清楚地看出。侧边缘面30最好具有圆的边缘并且最好具有卷边。在图2和图4中分流片28的两个侧壁30是逐渐展开的，这与引流管侧壁32的扩展形状相一致。

分流片28安装在支撑秆34上，支撑秆的一端36埋入引流管的下部混凝土壁内。杆的另一端穿过分流片28上的孔38，并在此处与分流片28相焊接。另外支撑秆34外面用管子46所围住，这些管子的形状能使引流管内的流动阻力减到最小。

在所示的具体装置中，分流片28的后缘40有二个凹口42。这二个凹口42是用来卡住从引流管24上伸出的混凝土制成的肋板44。

参看图5，这是在一定压头下，水轮机效率与流速关系曲线图。曲线50是本发明的部分分流片28的曲线。曲线60代表了不采用分流片的引流管24的效率曲线。曲线70则是采用传统的其宽度横跨引流管24整个宽度的分流片的效率曲线。这个曲线图说明部分分流片的效率曲线具有传统分流片在最高流速点处效率高的优点，而在流速低于最高流速时，其效率则高于传统的分流片。后面这个优点是因为部分分流片24的两边距引流管24侧壁32有一个间隔距离，这样使得引流管内的涡流能够以较少的扰动流过引流管24。

应当理解，凡落在本发明范围以内的各种替代实施例可能对于那些精通于冷柜门构造技术的人是显而易见的，因此本发明不应该被局限于本文所述的那些实施例。

Claims (23)

1.包括一个涡轮转子和一个引流管的反作用式水轮机，该引流管的侧壁限定一个靠近水轮机的涡轮转子的入口和一个限定水轮机水流排出的出口，该引流管有一个弯管部分，使得出口和入口基本上相垂直，该引流管的宽度在入口和出口之间是逐步扩大的，其改进包括一个分流片，它安装在引流管内，占据了引流管内部的部分宽度，使得水流绕所说的引流管内的弯管改变方向，该分流片具有相对的侧缘面，与引流管侧壁相间隔，使涡流能绕引流管内的分流片流动。

2.权利要求1的反作用式水轮机，其特征在于水流分流片的宽度小于引流管宽度的80％。

3.权利要求2的反作用式水轮机，其特征在于分流片的两个相对侧缘面朝出口流动方向逐渐分开。

4.权利要求1的反作用式水轮机，其特征在于分流片的宽度占引流管内部宽度的50％到80％之间，并且它的相对的侧缘面各自与相近的引流管侧壁有相同的间距。

5.权利要求1的反作用式水轮机，其特征在于引流管包括多个支撑杆，它们的一端埋入引流管内，另一端则与分流片连接，使得分流片保持不和引流管侧壁相接触。

6.权利要求5的反作用式水轮机，其特征在于支撑杆被一些管子所包围，这些管子的形状能够把支撑杆对引流管内水流的影响减到最小。

7.权利要求1的反作用式水轮机，其特征在于引流管至少包括靠近出口处的一个肋板，该肋板延伸到引流管内，该引流管还包含多个支撑杆，它们的一端埋入引流管内，另一端则与分流片连接将其装定在引流管内，该分流片还至少有一个正好可以卡住肋板并把分流片支撑在肋板上的凹口。

8.权利要求7的反作用式水轮机，其特征在于这些支撑杆被管子包围，那些管子的形状使支撑杆对引流管内水流的影响减到最小。

9.权利要求5的反作用式水轮机，其特征在于这些支撑杆安装于分流片的下表面。

10.权利要求8的反作用式水轮机，其特征在于这些支撑杆安装于分流片的下面。

11.权利要求1的反作用式水轮机，其特征在于这些分流片在引流管内偏心安装。

12.一个用于具有一个涡轮转子的水轮机引流管包括：

一些侧壁，它们具有一个靠近涡轮转子入口和一个限定水轮机水流排出的出口，该引流管的侧壁的宽度从入口到出口逐渐增大；

一个曲线形的弯管，使出口方向与入口基本上相垂直；以及，

一个安装在引流管内的分流片，它围绕弯管延伸，并且占引流管内部分宽度，以使得水流围绕所说弯管在引流管内改变方向，该分流片有二个相对的侧缘面，它们与引流管侧壁有间距，使得涡流可以在引流管内绕分流片流动。

13.权利要求12中的引流管，其特征在于分流片的宽度小于引流管内部宽度的80％。

14.权利要求13中的引流管，其特征在于分流片的二个相对侧缘面沿着朝出口的方向互相分开。

15.权利要求12中的引流管，其特征在于分流片占引流管内部50％到80％之间的宽度。

16.权利要求15中的引流管，其特征在于所述分流片的相对侧缘面各自与相近的引流管侧壁有相同的间距。

17.权利要求12中的引流管，其特征在于该引流管包含多个支撑杆，它们的一端埋入引流管内，而另一端与分流片连接，将其装定得不与引流管壁相接触。

18.权利要求17中的引流管，其特征在于这些支撑杆被一些管子所包围，这些管子的形状能把这些支撑杆对引流管内水流的影响减到最小程度。

19.权利要求12中的引流管，其特征在于该引流管至少包含一个肋板，它靠近出口处伸入引流管内，该引流管还包含多个支撑杆，它们的一端埋入引流管内，而另一端连接分流片将其装定在引流管内，该分流片还至少包含一个肋板卡口，以卡住肋板并把该分流片支撑在肋板上。

20.权利要求19中的引流管，其特征在于这些支撑杆被一些管子包围，这些管子的形状能使得这些支撑杆对引流管内水流的影响减到最小。

21.权利要求17中的引流管，其特征在于这些支撑杆安装于该分流片的下表面。

22.权利要求20中的引流管，其特征在于这些支撑杆安装于该分流片的下表面。

23.权利要求12中的引流管，其特征在于该水流分流片在引流管内偏心安装。

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