CN114526185A - 一种自适应调控防空化水泵水轮机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应调控防空化水泵水轮机，包括主轴、转轮、具有出水口的蜗壳、通过管路与蓄水池相连的尾水管，转轮包括上冠、下环、叶片，主轴的下端设有引流孔，引流孔通过管路与外部水源相连通，上冠内设有若干径向的流体孔，在靠近叶片背水面处设有与流体孔外端连通的出水孔，流体孔内端贯通主轴的引流孔，当转轮带动主轴转动时，主轴引流孔引入外部水源的水流，通过流体孔、进入叶片背水面处的出水孔，然后冲散涡流、平衡负压。本发明可根据真正的负压区域位置进行有针对性的“消泡”，以有效地消除水泵水轮机在运行时的负压、气蚀等空化问题，确保水轮机的平稳运行，并可根据水轮机的运行工况进行调节，以降低防空化成本。

Description

一种自适应调控防空化水泵水轮机

技术领域

本发明涉及流体机械及能源工程设备技术领域，具体涉及一种自适应调控防空化水泵水轮机。

背景技术

随着人们节能环保意识的增强，作为清洁能源的风力发电、太阳能发电、水力发电正在大力发展。目前，水力发电还是主要的清洁能源，水力发电的基本原理就是利用水库蓄水的势能，带动水轮机转动，水轮机又带动发电机转动而发电。由于在一天当中各时段用电的不均衡，为了充分利用电能，人们又发明了抽水蓄能电站，在白天用电高峰时段，利用水库、上游的高压水流使水轮机带动发电机发电、发电后的低压水流进入一个大型的蓄水池内；到了晚上用电低谷时段，发电机通电而反向成为大型的电机，此时，电机带动水轮机转动，此时的水轮机即成为水泵，从而抽取蓄水池内的蓄水，并将蓄水输送到上游水库，以便白天发电之用。

我们知道，对于立式混流式水轮机而言，其通常包括竖直的转轴，转轴的下端设有环形的转轮，转轮的外围设有环形的蜗壳，蜗壳与上游的水流连通，从而在环形的蜗壳内部形成高压的混流区域，也就是说，转轮位于混流区域内，而转轮的下方与低压的尾水管连通，尾水管则与蓄水池连通。当上游防水、蜗壳内的水流冲击转轮的叶片、从而驱动转轮转动时，即可带动转轴转动，进而带动发电机发电。对叶片做完功后流速变缓、压力变小的水流通过尾水管流至蓄水池内。也就是说，混流区域为具有一定水压的高压区域，而尾水管区域为常压区域。当高压水流通过叶片带动水轮机的转轴高速转动时，转轮叶片的背水面处由于“原有的水流被移走”而形成暂时的空缺，而旁边的水流无法及时补充该暂时的空缺，因此，会出现局部的负压或低压而形成负压区，相应地，其水流会形成涡流、空泡。特别是，当液体内局部压力降低时，原本溶解在液体内部或液固交界面上的蒸气或气体会析出而形成空穴（空泡），当空泡不断地“生成”、“长大”、“破裂”、“再次生成”后，即形成所谓的“空化”。此时，金属材料在经受空化冲击后，表面会出现变形和材料剥蚀等现象，被称为气蚀。在空化过程中，空泡急速产生、扩张和溃灭，在液体中形成激波或高速微射流。金属材料受到冲击后，表面晶体结构被扭曲，出现化学不稳定性，使邻近晶粒具有不同的电势，从而加速电化学腐蚀过程。剥蚀区域材料的机械性能显著恶化，导致空蚀量剧增。从而造成机组振动加大，并且在长期运行后会造成叶片表面的气蚀，危及机组安全稳定运行，由于上述空化的过程是流体机械及能源工程设备技术领域的常见现象，其属于“现有的技术问题”，故而在本申请文件中，不对其原理等做详细的展开描述。为了有效地解决上述空化问题，在水轮机设计时，通常会设置相应的防空化结构，具体地，即通过设置相应的补气管路，以便将外部的空气输入混流区域等负压区域内进行补气，以消除负压区域水流的负压以及涡流的形成。

然而现有的水轮机补气结构和补气原理存在如下技术缺陷：首先，当外界的空气或者压缩空气被输入到混流区域等负压区域内补气时，其都是一种固定节奏的“被动式补气”，也就是说，无法根据水轮机不同的运行工况所构成的实际需要科学合理地调节补气量，其后果是，或者造成补气不足，使水轮机存在安全隐患；或者造成过量补气，既造成浪费，不利于提升效率、降低成本，又会额外增加气泡。其次，由于转轮的高速运转会使背水面的位置不断地改变，因此，即使人们在水轮机组内部安装设置相应的压力传感器，也无法真实地检测出负压区的压力，继而确定合适的补气量。也就是说，在整个混流区域，真正的负压空泡区只是个别位置，而现有技术难以针对真正的负压空泡区域进行“补气消泡”。尤其是，水流是一种几乎不可压缩的流体，而气体是一种可压缩流体，因此，用可压缩的气体去弥补平衡不可压缩的水流形成的负压区和空泡，其效果无法等同于压力平衡状态下的水流性能。也就是说，上述补气的方法只能减轻负压、气蚀等影响，但是不能从根本上消除负压、气蚀所造成的问题。事实上，补气本身也会造成额外的气泡。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种自适应调控防空化水泵水轮机，可根据真正的负压区域位置进行有针对性的“消泡”，以有效地消除水泵水轮机在运行时的负压、气蚀等空化问题，确保水轮机的平稳运行，同时可根据水轮机不同的运行工况进行调节，以提高发电效率，降低防空化的运行成本。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种自适应调控防空化水泵水轮机，包括上端与发电机连接的主轴、位于主轴下端的混流区域、位于混流区域内的转轮、位于混流区域外围的蜗壳，混流区域的下部与尾水管相连接，所述尾水管通过管路与蓄水池相连接，蜗壳的内侧设有出水口，出水口内设有可引导水流方向的导叶，所述转轮包括与主轴连接的上冠、下环、若干连接在上冠和下环之间并在周向上均匀分布的叶片，主轴的下端设有向上轴向延伸并与叶片迎水面一侧的混流区域连通的引流孔，上冠内设有若干径向的流体孔，所述叶片位于转动方向前侧的侧面为迎水面，位于转动方向后侧的侧面为背水面，在靠近背水面处设有竖直的补水管，补水管上设有出水孔，补水管的上端密封连接在上冠内，流体孔外端与对应的补水管上端相连通，流体孔内端贯通主轴的引流孔，当转轮高速转动时，叶片的背水面产生负压、涡流，主轴引流孔引入混流区域的高压水流，然后通过流体孔、补水管进入叶片的背水面处喷出以冲散涡流、平衡负压。

我们知道，对于水泵水轮机来说，主轴下部的蜗壳、转轮等形成同时具有高压和局部负压的混流区域，其中，位于转轮迎水面一侧为高压的混流区域，位于转轮背水面一侧为具有局部负压的混流区域。本发明在主轴下端设置与与叶片迎水面一侧的混流区域连通的引流孔，方便将高压的混流区域的水流引入具有局部负压的混流区域，从而平衡混流区域内的负压、并冲散混流区域的涡流，使混流区域的水流变得“尽量平缓”，避免对转轮的表面造成气蚀。

也就是说，本发明巧妙地利用了混流区域自身存在的水流压力差，将高压的水流“吸入”负压区，在无需输入外部气流或水流的前提下，快速弥补混流区域内“原有的水流被移走”后形成的空缺，进而改善防空化效果，提升防空化效率。当高压水流进入混流区域内的局部负压区时，可很好地平衡混流区域的负压、并冲散混流区域的涡流，从而真正做到“以水补水”，并且降低外部水源的消耗和水轮机的运行成本。

此外，本发明在靠近叶片背水面处设置竖直的补水管，并在上冠内设置径向的流体孔。这样，当主轴高速转动时，径向的流体孔在离心力的作用下会形成负压而“吸入”引流孔内引入高压混流区域的水流，然后通过补水管进入叶片的背水面处平衡负压、并冲散涡流。

由于补水管与上冠的位置相对固定，不仅方便安装，而且无论转轮转动到那个位置，补水管可始终位于叶片背水面的负压区内进行有针对性的补水平衡，既有利于减少平衡用水的消耗，又有利于提升水流的平衡效果，并且无需额外的压力传感器对水压进行检测。

可以理解的是，本发明只是将混流区域的水流移动换位而已，以达到压力平衡的效果，并且在转轮转速高、负压情况严重时，补水量大；相应地，转轮转速低、负压不严重时，补水量小。既不会对水泵水轮机的正常运转产生任何不利的影响，又可真正实现“自适应调控防空化”。

作为优选，引流孔下端封闭，在主轴的下端圆周面上设有若干贯通引流孔的导流孔，导流孔设置在靠近叶片迎水面处，导流孔由内至外向着叶片转动方向前侧倾斜。

由于引流孔下端封闭，因此，当主轴高速转动时，形成负压的流体孔容易“吸入”引流孔内引入的混流区域的高压水流。

我们知道，当水泵水轮机工作时，蜗壳内会有高压水流存在。也就是说，蜗壳内区域实际是一个“有水区域”，主轴下端以及转轮是位于该“有水区域”的，由于主轴下端的导流孔由内至外向着叶片转动方向前侧倾斜，因此，当主轴转动时，该“有水区域”的水流会通过导流孔进入主轴内部的引流孔内，并形成“迎水升压”的效果，有利于提升进入引流孔水流的压力。

作为优选，在主轴的外圆周面上对应导流孔处设有导流片，导流片一侧连接在导流孔位于叶片转动方向的后侧，导流片由内至外向着叶片转动方向前侧倾斜。

当转轮高速转动时，导流片会将水流“刮”入导流孔中，并使进入导流孔中的水流增压。也就是说，导流片可起到类似迎水面的增压作用，并且其仅仅只是对进入导流孔中用于平衡负压的水流增压，因而可避免主轴无谓的功耗。

作为优选，在主轴的引流孔下部设有增压叶片，所述导流孔位于增压叶片下方，引流孔内侧壁对应导流孔位置设有封堵进导流孔的硅胶片，硅胶片一侧与引流孔内侧壁粘结，与引流孔连通的流体孔位于增压叶片上方，当主轴高速转动时，外部的水流挤开硅胶片并通过导流孔进入引流孔内，增压叶片使引流孔上部的水流增压并进入流体孔内。

当主轴高速转动时，主轴引流孔内的增压叶片会同步高速转动，继而使引流孔内的水流形成向上的增压提速。也就是说，此时的增压叶片巧妙地利用了主轴转动的能量，起到类似增压泵的作用，有利于简化结构，并方便装配。特别是，可利用增压叶片转动时形成的负压效应从外部吸入水流，通过导流孔进入引流孔内。

作为优选，主轴包括主体段、下端缩小的连接段，从而在主体段和连接段之间形成台阶，转轮的上冠中心设有容纳孔，转轮的上冠连接在台阶处，连接段同轴地伸入容纳孔内、并形成管状阀腔，管状阀腔的下端设有贯通上冠下端的平衡孔，在管状阀腔内设有可上下移动的阀套，在管状阀腔的下部设有抵压阀套的弹簧，连接段在对应流体孔位置设有径向贯通主轴引流孔的分流孔，阀套在周向上对应分流孔位置设有径向的导通孔，所述阀套包括一个导通位置和一个截止位置，当混流区域内的水压与尾水管内的水压差大于等于δP时，阀套处于截止位置，分流孔和对应的流体孔之间错位而处于截止状态；当混流区域内的水压与尾水管内的水压差小于δP时，阀套上移而处于导通位置，分流孔和对应的流体孔之间对接而处于导通状态。

本发明的主轴包括主体段、下端缩小的连接段，从而在主体段和连接段之间形成台阶，既方便转轮的上冠在主轴上的安装以及轴向的定位，又可在上冠与连接段之间形成一个管状阀腔，我们可在该管状阀腔内设置阀套以及弹簧，从而构成一个换向阀。

我们知道，对于具有不同水头高度、或者运行在不同工况的水轮机而言，其混流区域以及回水管内的水压会有所不同。通常情况下，混流区域的水压主要是由水头高度决定的，其水压会远高于一个大气压，水头高度越高，混流区域的水压便越高。而尾水管是和下游连通的，其水压基本维持在一个大气压左右。阀套的下侧通过平衡孔感应尾水管内的低水压，而阀套的上部感应的是混流区域的高水压。

当混流区域内的水压与尾水管内的水压差大于等于设定的压力差δP时，意味着水泵水轮机的混流区域内的负压状态不是太严重，相应地，水泵水轮机的负压区主要位于尾水管内，此时，阀套上部混流区域的水压使阀套克服弹簧的弹力而下移至截止位置，相应地，阀套上的导通孔与流体孔、分流孔错位，因此，主轴的引流孔内的水流无法进入混流区域，只能通过连接段的通孔直接进入尾水管内进行补水平衡，既达到补水的效果，又可以最大限度地降低补水的成本。

当混流区域内的水压与尾水管内的水压差小于设定的压力差δP时，意味着水泵水轮机的混流区域内的负压状态比较严重，因而水泵水轮机的混流区域成为重要的负压区而需要补水，此时，弹簧的弹力大于阀套两侧的水压差对阀套形成的向下的压力，从而使阀套上移至截止位置，相应地，阀套上的导通孔与流体孔、分流孔连通，因此，通孔内的水流一部分进入混流区域，另一部分通过连接段的通孔直接进入尾水管内，继而对两个区域分别进行补水平衡。

需要说明的是，我们可在台阶处设置若干延伸至管状阀腔的径向槽，或者，也可在上冠靠近台阶处设置过渡孔，过渡孔上端与径向槽连通，过渡孔下端与对应的流体孔连通，以便使管状阀腔内的阀套上部感应到混流区域的高水压。

因此，本发明具有如下有益效果：可根据真正的负压区域位置进行有针对性的“消泡”，以有效地消除水泵水轮机在运行时的负压、气蚀等空化问题，确保水泵水轮机的平稳运行，同时可根据水泵水轮机不同的运行工况自适应调节，以提高发电效率，降低防空化的运行成本。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图。

图2是主轴与转轮连接处的一种局部结构示意图。

图3是主轴与转轮连接处的另一种局部结构示意图。

图中：1、主轴 11、引流孔 12、导流孔 14、主体段 15、连接段 151、分流孔16、台阶 2、转轮 21、叶片 22、上冠 221、流体孔 222、容纳孔 23、下环 24、补水管241、出水孔 25、管状阀腔 251、平衡孔 26、阀套 261、导通孔 27、弹簧 3、蜗壳31、出水口 4、导叶 5、尾水管 6、增压叶片。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。

如图1、图2所示，一种自适应调控防空化水泵水轮机，包括竖直的主轴1，主轴上端与发电机（图中未示出）连接，主轴下端与具有叶片21的转轮2相连接，转轮的外围设有蜗壳3，蜗壳的内侧设有出水口31，出水口内设有可引导水流方向的导叶4，转轮下方设有用于导出对转轮做功后水流的尾水管5，尾水管通过管路与蓄水池（图中未示出）相连接。所述转轮包括与主轴连接的上冠22、下环23、若干竖直地连接在上冠和下环之间并在周向上均匀分布的叶片。转轮所在的区域为高压的混流区域，转轮下部尾水管内的水流则为低压区域，所述叶片位于转动方向前侧的侧面为迎水面，位于转动方向后侧的侧面为背水面。

在白天用电高峰时段，上游水库的水流进入蜗壳内、并冲击转轮的迎水面而使转轮高速转动时，即可带动主轴转动，继而带动发电机发电，而对转轮做功后的低压水流则通过尾水管流至下游的蓄水池蓄水，此时的水泵水轮机工作在发电模式。

在晚上用电低谷时段，发电机得电而带动转轴转动，此时的发电机变成电动机，转轴带动转轮转动，从而将下游蓄水池的蓄水抽出，抽出的水流通过蜗壳、与蜗壳连接的管路输送至上游的水库，已备后面放水发电之用，此时的水泵水轮机工作在抽水模式。

由于上述水轮机的基本构造属于现有技术，本实施例中不做详细的描述。当然，本实施例中的水泵水轮机优选地指立式混流式水轮机。

如背景技术所述，当转轮高速转动时，其叶片迎水面一侧的水压会上升，而背水面一侧的水压会降低，从而形成负压区，并形成相应的涡流和空泡等。

为此，我们可在主轴的下端设置向上轴向延伸的引流孔11，所述引流孔下端与叶片迎水面一侧的混流区域连通，上冠内设有若干径向的流体孔221，上冠在靠近背水面处设有若干竖直的补水管24，补水管下端开通而形成出水孔241，补水管的上端密封连接在上冠内，流体孔外端与对应的补水管上端相连通，流体孔内端贯通主轴的引流孔。当转轮与主轴高速转动时，叶片的背水面产生负压、涡流，主轴引流孔引入叶片迎水面一侧混流区域的高压水流，然后通过流体孔、补水管进入叶片的背水面处的负压区，并通过出水孔喷出冲散涡流、平衡负压。

引流孔方便将混流区域的水流引入混流区域的负压区，从而平衡混流区域内的负压、并冲散混流区域的涡流，使混流区域的水流变得“尽量平缓”，避免对转轮的表面造成气蚀。

也就是说，本发明巧妙地利用了混流区域自身存在的水流压力差，将高压的水流“吸入”负压区，在无需输入外部气流或水流的前提下，快速弥补混流区域内“原有的水流被移走”后形成的空缺，进而改善防空化效果，提升防空化效率。当高压水流进入混流区域内的局部负压区时，可很好地平衡混流区域的负压、并冲散混流区域的涡流，从而真正做到“以水补水”，并且降低外部水源的消耗和水轮机的运行成本。

为了避免转轮高速转动时补水管“搅动”水流，补水管可基本设置在上冠内。也就是说，补水管外露部分应尽量短。

此外，本发明在靠近叶片背水面处设置竖直的补水管，并在上冠内设置径向的流体孔。这样，当主轴高速转动时，径向的流体孔在离心力的作用下会形成负压而“吸入”引流孔内引入高压混流区域的水流，然后通过补水管进入叶片的背水面处平衡负压、并冲散涡流。

由于补水管与上冠的位置相对固定，不仅方便安装，而且无论转轮转动到那个位置，补水管可始终位于叶片背水面的负压区内进行有针对性的补水平衡，既有利于减少平衡用水的消耗，又有利于提升水流的平衡效果，并且无需额外的压力传感器对水压进行检测。

可以理解的是，本发明只是将混流区域的水流移动换位而已，以达到压力平衡的效果，并且在转轮转速高、负压情况严重时，补水量大；相应地，转轮转速低、负压不严重时，补水量小。既不会对水泵水轮机的正常运转产生任何不利的影响，又可真正实现“自适应调控防空化”。

作为第一种优选方案，如图2所示，我们可使引流孔的下端封闭，以便于在引流孔内“储存水流”。此外，在主轴的下端圆周面上设置若干贯通引流孔的导流孔12，导流孔设置在靠近叶片迎水面处，并且导流孔由内至外向着叶片转动方向前侧倾斜。

由于引流孔下端封闭，因此，当主轴高速转动时，形成负压的流体孔容易“吸入”引流孔内引入的混流区域的高压水流。

我们知道，当水泵水轮机工作时，蜗壳内会有高压水流存在。也就是说，主轴下部的蜗壳、转轮实际是位于有水的混流区域内。当主轴高速转动时，上冠的流体孔内的水流在离心力的作用下径向“甩出”，从而使流体孔、与其相连的引流孔形成负压（下端封闭的引流孔会增强负压效果），此时，主轴外面的水流可通过导流孔“吸入”引流孔内，并通过流体孔输送到叶片背水面的负压区域。

由于导流孔由内至外向着叶片转动方向前侧倾斜，因此，当主轴转动时，水流会通过导流孔进入主轴内部的引流孔内，并形成“迎水升压”的效果，有利于提升进入引流孔水流的压力。

进一步地，我们可在主轴下端的圆周面上对应导流孔处设置导流片，导流片一侧焊接在导流孔位于叶片转动方向的后侧的主轴上，导流片由内至外向着叶片转动方向前侧倾斜。

当转轮高速转动时，导流片会将水流“刮”入导流孔中，并使进入导流孔中的水流增压。也就是说，也就是说，导流片可起到类似迎水面的增压作用，并且其仅仅只是对进入导流孔中用于平衡负压的水流增压，因而可避免主轴无谓的功耗。

更进一步地，我们还可在主轴的引流孔下部设置包括中心轴的增压叶片6，所述导流孔位于增压叶片下方，引流孔内侧壁对应导流孔位置设有封堵进导流孔的硅胶片，硅胶片一侧与引流孔内侧壁粘结，引流孔内侧壁对应导流孔位置设有封堵进导流孔的硅胶片。

当主轴高速转动时，主轴引流孔内的增压叶片会同步高速转动，继而使引流孔内的水流形成向上的增压提速。也就是说，增压叶片巧妙地利用了主轴转动的能量，起到类似增压泵的作用，有利于简化结构，并方便装配。特别是，可利用增压叶片转动时形成的负压效应从外部吸入水流，通过导流孔进入引流孔内。

当水轮机低速运行、或者停止运行时，叶片的背水面不会形成负压和空泡，此时，外部的水流无法挤开硅胶片，而引流孔内的水流作用在硅胶片上，使硅胶片可靠地封堵导流孔，此时引流孔内的水流无法通过导流孔向外流出。也就是说，此时的硅胶片起到了简易的止回阀的作用，有利于简化结构，方便装配。

需要说明的是，我们可在主轴下端设置可拆卸的密封盖，而增压叶片的中心轴则固设在所述密封盖内侧。当我们将密封盖安装在主轴下端时，即可使增压叶片固定设置在主轴的引流孔内。

作为第二种优选方案，如图3所示，主轴包括上部的主体段14、下端缩小的连接段15，从而在主体段和连接段之间形成台阶16，转轮的上冠中心设有容纳孔222，转轮的上冠连接在台阶处，连接段同轴地伸入容纳孔内、并在连接段和容纳腔之间形成管状阀腔25，管状阀腔的下端设有贯通上冠下端的平衡孔251。此外，在管状阀腔内设有可上下移动的阀套26，在管状阀腔的下部设有抵压阀套的弹簧27，连接段在对应流体孔位置设有径向贯通主轴引流孔的分流孔151，阀套在周向上对应分流孔位置设有径向的导通孔261，所述阀套包括一个导通位置和一个截止位置。当混流区域内的水压与尾水管内的水压差大于等于δP时，阀套处于截止位置，分流孔和对应的流体孔之间错位而处于截止状态；当混流区域内的水压与尾水管内的水压差小于δP时，阀套上移而处于导通位置，分流孔和对应的流体孔之间对接而处于导通状态。

由于主轴包括主体段、下端缩小的连接段，从而在主体段和连接段之间形成台阶，既方便转轮的上冠在主轴上的安装以及轴向的定位，又可在上冠与连接段之间形成一个管状阀腔，我们可在该管状阀腔内设置阀套以及弹簧，从而构成一个换向阀。

需要说明的是，我们可使弹簧套设在连接段上，或者，也可在阀套的下端设置若干定位柱，定位住在周向上均匀分布，每个定位柱上套设所述弹簧。这样，当阀套处于截止位置时，定位柱抵靠管状阀腔下端面而定位。

当然，我们可在台阶处设置若干延伸至管状阀腔的径向槽，或者，也可在上冠靠近台阶处设置过渡孔，过渡孔上端与径向槽连通，过渡孔下端与对应的流体孔连通，以便使管状阀腔内的阀套上部感应到混流区域的高水压以便使管状阀腔内的阀套上部感应到混流区域的高水压。

我们知道，对于具有不同水头高度、或者运行在不同工况的水轮机而言，其混流区域以及回水管内的水压会有所不同。通常情况下，混流区域的水压主要是由水头高度决定的，其水压会远高于一个大气压，水头高度越高，混流区域的水压便越高。而尾水管是和下游连通的，其水压基本维持在一个大气压左右。阀套的下侧通过平衡孔感应尾水管内的低水压，而阀套的上部感应的是混流区域的高水压。混流区域的水流压力通常位于0.25MPa-0.30 MPa之间，而尾水管的水流压力大致维持在±0.05MPa的范围内。

当混流区域内的水压与尾水管内的水压差大于等于设定的压力差δP时，意味着水泵水轮机的混流区域内的负压状态不是太严重，相应地，水泵水轮机的负压区主要位于尾水管内，此时，阀套上部混流区域的水压使阀套克服弹簧的弹力而下移至截止位置，相应地，阀套上的导通孔与流体孔、分流孔错位，因此，主轴的引流孔内的水流无法进入混流区域，只能通过连接段的通孔直接进入尾水管内进行补水平衡，既达到补水的效果，又可以最大限度地降低补水的成本。

当混流区域内的水压与尾水管内的水压差小于设定的压力差δP时，意味着水轮机的混流区域内的负压状态比较严重，因而水轮机的混流区域成为重要的负压区而需要补水，此时，弹簧的弹力大于阀套两侧的水压差对阀套形成的向下的压力，从而使阀套上移至截止位置，相应地，阀套上的导通孔与流体孔、分流孔连通，因此，通孔内的水流一部分进入混流区域，另一部分通过连接段的通孔直接进入尾水管内，继而对两个区域分别进行补水平衡。

Claims (5)

1.一种自适应调控防空化水泵水轮机，包括上端与发电机连接的主轴、位于主轴下端的混流区域、位于混流区域内的转轮、位于混流区域外围的蜗壳，混流区域的下部与尾水管相连接，所述尾水管通过管路与蓄水池相连接，蜗壳的内侧设有出水口，出水口内设有可引导水流方向的导叶，所述转轮包括与主轴连接的上冠、下环、若干连接在上冠和下环之间并在周向上均匀分布的叶片，其特征是，主轴的下端设有向上轴向延伸并与叶片迎水面一侧的混流区域连通的引流孔，上冠内设有若干径向的流体孔，所述叶片位于转动方向前侧的侧面为迎水面，位于转动方向后侧的侧面为背水面，在靠近背水面处设有竖直的补水管，补水管上设有出水孔，补水管的上端密封连接在上冠内，流体孔外端与对应的补水管上端相连通，流体孔内端贯通主轴的引流孔，当转轮高速转动时，叶片的背水面产生负压、涡流，主轴引流孔引入混流区域的高压水流，然后通过流体孔、补水管进入叶片的背水面处喷出以冲散涡流、平衡负压。

2.根据权利要求1所述的一种自适应调控防空化水泵水轮机，其特征是，引流孔下端封闭，在主轴的下端圆周面上设有若干贯通引流孔的导流孔，导流孔设置在靠近叶片迎水面处，导流孔由内至外向着叶片转动方向前侧倾斜。

3.根据权利要求2所述的一种自适应调控防空化水泵水轮机，其特征是，在主轴的外圆周面上对应导流孔处设有导流片，导流片一侧连接在导流孔位于叶片转动方向的后侧，导流片由内至外向着叶片转动方向前侧倾斜。

4.根据权利要求2所述的一种自适应调控防空化水泵水轮机，其特征是，在主轴的引流孔下部设有增压叶片，所述导流孔位于增压叶片下方，引流孔内侧壁对应导流孔位置设有封堵进导流孔的硅胶片，硅胶片一侧与引流孔内侧壁粘结，与引流孔连通的流体孔位于增压叶片上方，当转轮高速转动时，外部的水流挤开硅胶片并通过导流孔进入引流孔内，增压叶片使引流孔上部的水流增压并进入流体孔内。

5.根据权利要求1所述的一种自适应调控防空化水泵水轮机，其特征是，主轴包括主体段、下端缩小的连接段，从而在主体段和连接段之间形成台阶，转轮的上冠中心设有容纳孔，转轮的上冠连接在台阶处，连接段同轴地伸入容纳孔内、并形成管状阀腔，管状阀腔的下端设有贯通上冠下端的平衡孔，在管状阀腔内设有可上下移动的阀套，在管状阀腔的下部设有抵压阀套的弹簧，连接段在对应流体孔位置设有径向贯通主轴引流孔的分流孔，阀套在周向上对应分流孔位置设有径向的导通孔，所述阀套包括一个导通位置和一个截止位置，当混流区域内的水压与尾水管内的水压差大于等于δP时，阀套处于截止位置，分流孔和对应的流体孔之间错位而处于截止状态；当混流区域内的水压与尾水管内的水压差小于δP时，阀套上移而处于导通位置，分流孔和对应的流体孔之间对接而处于导通状态。

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