專(zhuān)利名稱(chēng)：在沖擊式或斜擊式水輪機(jī)中的具有關(guān)斷機(jī)構(gòu)的噴嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在沖擊式或斜擊式水輪機(jī)中具有關(guān)斷機(jī)構(gòu)的 噴嘴，其中自由射流從剛性的、逐漸變細(xì)的噴嘴體中射出，該噴嘴 體設(shè)置在殼體中。如果視第一個(gè)噴嘴的負(fù)荷而應(yīng)將其它噴嘴接通或 斷開(kāi)，則這種類(lèi)型的關(guān)斷機(jī)構(gòu)例如在多噴嘴的沖擊式水輪機(jī)中是必 要的。已知的是具有噴嘴針的噴嘴，其改變噴嘴的橫截面從"關(guān)閉"
至"全開(kāi)啟"。在用于功率從10KW至5000KW的發(fā)電才幾的多噴嘴沖 擊式水輪機(jī)中并且一般情況下不 一定需要利用可調(diào)節(jié)的噴嘴針而 對(duì)噴嘴進(jìn)行取決于功率的調(diào)整。如果其他的噴嘴可以根據(jù)需要而被 接通或斷開(kāi)，則唯一被調(diào)整的噴嘴對(duì)于啟動(dòng)和微調(diào)來(lái)說(shuō)就可能是足 夠的了。這也適用于斜擊式水輪機(jī)。斜擊式水輪機(jī)例如由WKV大 眾水力發(fā)電站股份公司，古塔赫市安施托侖13號(hào)，郵編D-79621 (Fi腿WKV Wasserkraftwerk Volk AG， Am Stollen 13, D-79621 Gutach)制造。在這種類(lèi)型的水4侖才幾中， 一個(gè)或多個(gè)自由射流傾斜 地從側(cè)面沖擊葉輪，該葉輪在其周邊裝配有葉才冊(cè)。
背景技術(shù)：
因此，產(chǎn)生了用于接通和斷開(kāi)功率放大級(jí)的具有費(fèi)用低廉的關(guān) 斷才幾構(gòu)的噴嘴的需求。如果7jc4侖才幾以?xún)蓚€(gè)至六個(gè)或更多的功率方文大
級(jí)來(lái)驅(qū)動(dòng)，那么在較少的水量供給的情況下仍然可以在部分負(fù)荷范
5圍里以良好的效率而將水發(fā)射出。對(duì)此為了僅僅是實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)功能 "開(kāi)啟"和"關(guān)閉"，傳統(tǒng)的通過(guò)噴嘴針來(lái)控制的噴嘴就過(guò)于昂貴了。
在專(zhuān)利文獻(xiàn)JP72S6573中顯示了一種用于沖擊式水4侖才幾自由射 流的運(yùn)動(dòng)式噴嘴以作為具有受控噴嘴針的噴嘴的替代。 一種在流動(dòng) 方向上逐漸變細(xì)的噴嘴可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在葉4侖平面上。該文獻(xiàn)顯示了 一種圓柱形的主體12,其軸線垂直于葉輪平面，該主體^皮i殳置圓柱 形的殼體內(nèi)并橫向于圓柱軸線具有錐狀噴嘴孔。通過(guò)圍繞該圓柱軸 線的^^皮調(diào)節(jié)的;^走轉(zhuǎn)可以實(shí)現(xiàn)不同的功能。
所以， 一次地通過(guò)調(diào)節(jié)噴嘴的射出角(對(duì)比圖1 (A)和圖2 (A))可以調(diào)節(jié)圓直徑，在該圓直徑時(shí)自由射流相切地沖擊葉專(zhuān)侖， 并因此功率(見(jiàn)圖6 (A)和6 (B))根據(jù)變化的、例如是受季節(jié)影 響的落差以最佳的效率進(jìn)行調(diào)整。另外，當(dāng)圓柱體旋轉(zhuǎn)離開(kāi)閉鎖位 置(圖3 (A)),以使錐狀的噴嘴開(kāi)口 14通過(guò)開(kāi)口 17在殼體11中 被開(kāi)啟，則可以根據(jù)圖4實(shí)現(xiàn)與已知的射流偏轉(zhuǎn)器(圖5)相類(lèi)似 的射流偏轉(zhuǎn)。
所示出的裝置具有用于噴嘴的角度調(diào)節(jié)的極高的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩，這 是因?yàn)槿康臏箟毫χ辽僮饔糜趫A4主體12的朝向入口側(cè)開(kāi)方文的 外殼面上。該圓柱體的直徑本質(zhì)上必須選擇為大于供應(yīng)管線的直 徑，從而對(duì)于噴嘴效果來(lái)說(shuō)可以將水流直徑的降低和水流加速方文入
生了相應(yīng)的厚壁的和昂貴的部件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提出一種費(fèi)用低廉的閉鎖裝置，以用于沖 擊式或斜擊式水輪機(jī)的各個(gè)噴嘴，其中，自由射流從設(shè)置在殼體中的剛性的、具有加速錐體的噴嘴管頭中射出。這利用獨(dú)立權(quán)利要求 1的特征來(lái)實(shí)現(xiàn)。
該裝置的優(yōu)點(diǎn)在于，關(guān)斷機(jī)構(gòu)在正常運(yùn)行中絲毫沒(méi)有對(duì)水導(dǎo)向 的損耗產(chǎn)生負(fù)面影響，這是因?yàn)樽杂缮淞鞔┻^(guò)球閥的圓柱形通孔噴 射而不會(huì)接觸到該球閥。在正常運(yùn)^f于中，具有噴嘴針的噴嘴大約有
2%的流動(dòng)損耗，這種損耗源于在水流中具有噴嘴針和其懸掛裝置的 中心體上，其中剛性噴嘴管頭大約有1.5%的流動(dòng)損耗。因此，如果 例如以大約200m的落差為出發(fā)點(diǎn)，則利用根據(jù)本發(fā)明的解決方案 與具有噴嘴針的噴嘴相比節(jié)省了大約0.5%的流動(dòng)損失。除此之外， 可以應(yīng)用非常小的球閥的標(biāo)準(zhǔn)件。殼體部件是完全合適的。該球閥 的通過(guò)直徑大約比在通向噴嘴的供應(yīng)管線中的^求閥的通過(guò)直徑小 八倍，該直徑可能釋;^文同樣的端壓。另夕卜，4艮據(jù)本發(fā)明的解決方案 可以采納在球閥的動(dòng)態(tài)性能、磨損和密封性方面的經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)相對(duì) 于噴嘴的輸入側(cè)來(lái)將球閥選擇的如此的小，從而使從噴嘴到戽斗葉 片或葉柵的距離并不顯著地變大，而用于球閥和其在水輪機(jī)殼體中 的安置的費(fèi)用則顯著地降低。這具有優(yōu)點(diǎn)，即球閥的通過(guò)直徑至少 比在供應(yīng)管線中的球閥的通過(guò)直徑下降變小了五倍。這也意味著， 即這些j求閥的面積和力的比例關(guān)系是直徑的平方，并因此至少小了
25倍。
從屬權(quán)利要求2至14構(gòu)成了本發(fā)明的更多的改進(jìn)。因此，球 體的外直徑為少于噴嘴開(kāi)口的直徑DO的2.5倍，以獲得盡可能小 的球閥和驅(qū)動(dòng)裝置。自由射流的從噴嘴的出口到庫(kù)斗葉片的路徑僅 僅并不顯著的變長(zhǎng)。用于噴嘴管頭和球閥的、與其軸線對(duì)準(zhǔn)的圓柱 形殼體可以以較高的精確性例如通過(guò)法蘭連接而居于中心、彼此密 封和連接。但是同樣是可能的，即將用于球閥和噴嘴的殼體制成一 個(gè)整體并且在一個(gè)夾緊裝置中制造出必要的引導(dǎo)面。在根據(jù)專(zhuān)利申 請(qǐng)PCT/EP2005/012783的水4侖才幾殼體的一個(gè)特別的實(shí)施例中，^求閥
7和噴嘴的殼體可以與環(huán)形體連4妄，該環(huán)形體包圍裝配有雙庫(kù)斗葉片
的葉4侖并且在自由射流的方向上具有通孔。該環(huán)形體在朝向葉輪的 方向上具有人字屋頂形狀的傾4牛部以用于引導(dǎo)噴射水。該環(huán)和/人側(cè) 面與其鄰接的導(dǎo)葉將噴射水高效地引開(kāi)，以使得即使在水平布置的
情況下無(wú)損失地可以達(dá)到三個(gè)至六個(gè)或更多噴嘴的噴嘴數(shù)量，這在 相同功率的情況下獲得了更小的和更快旋轉(zhuǎn)的葉輪以及因此也獲 得了更小的發(fā)電機(jī)。因此，在此所顯示的發(fā)明也適合于具有一個(gè)和 多個(gè)噴嘴的緊湊型水輪機(jī)的方案。
根據(jù)發(fā)電站運(yùn)營(yíng)商的不同要求，對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的球閥應(yīng)用來(lái) 說(shuō)可以實(shí)現(xiàn)多種驅(qū)動(dòng)可能性，這些驅(qū)動(dòng)可能性包括從用于克服彈力 的關(guān)閉或開(kāi)啟來(lái)充分利用落差直至油壓式的、氣動(dòng)的或電動(dòng)的驅(qū)動(dòng)。
費(fèi)斯托股份&商業(yè)合資公司，埃斯林根市魯伊特大街82號(hào)，郵 編D-73734 ( Firma Festo AG&Co.KQ Ruiterstrasse 82， D-73734 ) ^貞導(dǎo)了一個(gè)^求閥項(xiàng)目VAPB，其利用額定壓力63 bar和額定直徑10 至100mm的不銹鋼結(jié)構(gòu)形式CR。水也被做為介質(zhì)。殼體是三個(gè)部 分的，并用螺栓擰緊。單獨(dú)的殼體部件可作為特殊結(jié)構(gòu)與用于沖擊 式-或斜擊式水輪機(jī)的噴嘴管頭的殼體部件相連接，以因此構(gòu)建所期 望的裝置。用于回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置的裝配法蘭才艮據(jù)DIN ISO 5211標(biāo)準(zhǔn)用 于具有氣動(dòng)或電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)化裝置而設(shè)計(jì)。該公司也提供用于球 閥的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置。
聯(lián)合企業(yè)HKS旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置有限責(zé)任公司，位于諾伊基爾興/ 勞齊茨地區(qū)的波尼海姆環(huán)；洛23 號(hào)，郵編D-01904 (Unternehmensgruppe HKS Drehantriebe GmbH in Boennigheimer Ring23, D-01904 Neukirch/Lausitz )專(zhuān)業(yè)/人事在回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置領(lǐng)域的 部件如球閥的生產(chǎn)。在此，擺動(dòng)角為90+/-1°。該擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)通過(guò)具有 多節(jié)陡螺紋的活塞而實(shí)現(xiàn)。
8本來(lái)球閥可以較快地旋轉(zhuǎn)90°。但是這僅僅是受限制地被期望， 這是因?yàn)閼?yīng)該避免相對(duì)于流動(dòng)的壓力沖擊。由于這個(gè)原因其優(yōu)點(diǎn)在 于，控制關(guān)閉運(yùn)動(dòng)使其符合預(yù)定的性能。然而獨(dú)立地存在著問(wèn)題， 即在負(fù)載減少的情況下不應(yīng)該再向葉4侖輸入功率，以防止水輪才幾燒 斷。在小型的設(shè)備中，燒斷更確切地說(shuō)具有次要的意義，因?yàn)榘l(fā)電 機(jī)和水輪機(jī)具有在轉(zhuǎn)速提高時(shí)具有充足的儲(chǔ)備。在中型和大型設(shè)備 中，必須防止燒斷，這通常利用單獨(dú)的射流偏轉(zhuǎn)而實(shí)現(xiàn)。
在本發(fā)明中通過(guò)下述方法實(shí)現(xiàn)有效的射流偏轉(zhuǎn)，即球閥的旋轉(zhuǎn) 軸線相交于噴嘴管頭的在葉輪平面中的軸線并在球的通孔上裝置 有朝向噴嘴出口的溝槽，這使得球表面在旋轉(zhuǎn)了角度|3之后才嵌接 入在自由射流中。與之相反地，通孔已經(jīng)在角度p范圍中利用通孔 轉(zhuǎn)變方向的末端而4吏自由射流乂人葉4侖平面偏離開(kāi)。以這種方式產(chǎn)生 自由射流的偏轉(zhuǎn)和攪動(dòng)，以及在水輪機(jī)軸處的功率的顯著降低，而 不會(huì)產(chǎn)生大的壓力沖擊。在球閥可控制關(guān)閉速度的情況下，關(guān)閉速 度的特性可以匹配于溝槽的幾何形狀和角度|3。當(dāng)噴嘴孔和通孔的 軸線在球體里對(duì)準(zhǔn)，而球體的旋轉(zhuǎn)軸相對(duì)于噴嘴管頭的軸線偏移偏 心度e時(shí)，獲得對(duì)射流偏轉(zhuǎn)的另一個(gè)改進(jìn)。球體的直徑則必須選擇 為大約更大一些；但是同時(shí)可以使溝槽和角p選擇為更大一些。
通過(guò)使球的內(nèi)腔具有比球入口的直徑Dl更大的直徑，由此獲 4尋了在通孔里自由射流在空氣流通方面的改進(jìn)。以這種方式在,人通 孔向自由射流的內(nèi)部里產(chǎn)生了更小的真空。
如果將通向該內(nèi)腔的孔i殳置在J求上，該孔在開(kāi)啟位置上將內(nèi)腔 與在軸7"R環(huán)和密封環(huán)之間的環(huán)形腔連4妄在一起，以及在殼體外部i殳 置有通向內(nèi)腔的止回閥，則可以附加地/使外部空氣流入內(nèi)腔并補(bǔ)償 空氣的損失。在關(guān)閉的^求閥中，環(huán)形月空和/人那里進(jìn)氣的止回閥則處 于水柱的壓力之下。
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下面參照實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明。圖中示意性地示出了現(xiàn)有才支術(shù)中 的具有可調(diào)節(jié)噴嘴針的噴嘴，并在同樣的比例尺的情況下相比較地 就同樣的流動(dòng)比率和流量而言示出具有才艮據(jù)本發(fā)明的關(guān)斷才幾構(gòu)的 剛性噴嘴。這也使得就位置需求而言的視覺(jué)上的比較成為可能。圖
中示出
圖1示意性地示出了在現(xiàn)有技術(shù)中的內(nèi)調(diào)節(jié)式噴嘴，其具有用 于控制流量的噴嘴針，
圖2示意性示出了用于具有集成球閥的根據(jù)本發(fā)明的剛性噴嘴 的第一種布置，其旋轉(zhuǎn)軸線垂直于繪圖平面，
圖3示意性地示出了用于具有集成球閥的根據(jù)本發(fā)明的剛性噴 嘴的另一種布置，其旋轉(zhuǎn)軸線位于繪圖平面中，
圖3a示意性地示出了在開(kāi)啟位置上的與圖2相似的具有^^閥 的噴嘴，然而在^求體的通孔里具有溝槽，
圖3b示意性地示出了圖3a的具有J求閥的噴嘴，然而是在J求閥 在關(guān)閉方向上旋轉(zhuǎn)了角度P之后，
圖3c示意性地示出了與圖2相似的具有球閥的噴嘴，然而其 具有變大了的球以及在球體的旋轉(zhuǎn)軸線與在球體中的噴嘴管頭和 通孔對(duì)準(zhǔn)的軸線之間的偏心度e，
圖4示意性地示出了具有球閥的剛性噴嘴，該球閥具有根據(jù)圖 3的在外殼體環(huán)上的調(diào)節(jié)裝置，
10圖5示意性地和縮小地示出了才艮據(jù)圖4的外殼體環(huán)，該殼體環(huán) 具有多個(gè)固定在其上的噴嘴和用于集成的球閥的驅(qū)動(dòng)裝置，
圖6示意性地和縮小地示出了才艮據(jù)圖4和圖5的外殼體環(huán)的截 面圖，其具有用于集成的5求閥的驅(qū)動(dòng)裝置，
圖7示意性地和縮小地示出了常規(guī)的水輪機(jī)外殼的截面圖，具 有根據(jù)圖3的固定在其上的噴嘴和用于集成的球閥的驅(qū)動(dòng)裝置，
圖8示意性地示出了具有球閥的噴嘴，其球在開(kāi)啟位置上具有 在內(nèi)腔里的更好的空氣循環(huán)，
圖9示意性地示出了根據(jù)圖8的布置，其中額外的外部空氣通 過(guò)止回閥到達(dá)內(nèi)月空，
圖10示意性地示出了在關(guān)閉位置上的圖9的布置。
具體實(shí)施例方式
下面對(duì)于相同的元件應(yīng)用相同的標(biāo)號(hào)。
在圖1中，具有噴嘴針14的傳統(tǒng)的內(nèi)調(diào)節(jié)式噴嘴軸向可移動(dòng) 地安裝在中心體13中，并通過(guò)壓力彈簧19和液壓活塞18運(yùn)動(dòng)， 該液壓活塞通過(guò)套管21和螺母22固定在朝向主軸17延長(zhǎng)的噴嘴 針上。該主軸17支撐在軸的支承部位16上。中心體13和安裝在 其中的部件通過(guò)翅片15與實(shí)際的殼體2相連4妄，正如噴p觜體3也 是，其與錐狀的針尖中心對(duì)準(zhǔn)。殼體部件2通過(guò)螺栓23裝配在一 起，并通過(guò)密封件24連接。液壓連接器通過(guò)翅片15引導(dǎo)至殼體2 的外面。同樣也是錐狀的噴嘴管頭6與縱向軸線形成一半的圓錐角 a。在錐狀部位里朝向縱向軸加速的水流在從噴嘴管頭6中射出后 形成自由射流l，該自由射流收縮的直徑d小于噴嘴的直徑DO。噴嘴針14可以運(yùn)動(dòng)到噴嘴里直到關(guān)閉。自由射流1的量以及因此可 以發(fā)出的功率通過(guò)噴嘴針14的軸向的位置來(lái)調(diào)整。
在圖2中，剛性的、也就是i兌具有一半的圓錐角a的不可調(diào)整 的噴嘴產(chǎn)生了自由射流1,該自由射流在從噴嘴中射出后經(jīng)過(guò)距離 b收縮到直徑d,該直徑明顯小于噴嘴出口的直徑D0。球閥4直接 連接在噴嘴管頭6上，其球4a具有直徑為Dl的通孔5，該直徑大 于收縮的自由射流的直徑d。在開(kāi)啟狀態(tài)由通孔5強(qiáng)制^立平的J求4a 的前端面11至噴嘴口的距離為b,也就是說(shuō)至具有角度a的錐狀部 位的端部，該端部具有最小且一直潤(rùn)濕的直徑DO。 J求4a的表面被 容納在軸承環(huán)和密封環(huán)12中，而且在開(kāi)啟位置上是未加負(fù)荷的。 在關(guān)閉的位置上，相對(duì)小的關(guān)閉力施加在位于射出側(cè)上的軸承環(huán)和 密封環(huán)上，該關(guān)閉力通過(guò)水柱和在軸承和密封環(huán)12以及球4之間 的具有最大直徑的圓面積來(lái)確定。
噴嘴管頭6由抗磨材料制成并具有半圓錐角a。噴嘴側(cè)的軸承 環(huán)和密封環(huán)被壓入到噴嘴管頭6中。此外，示出了用于噴嘴體3和 球閥4的分離的殼體2和7，這些殼體利用供應(yīng)管線25的法蘭通過(guò) 螺栓23而互相擰緊。
在圖3中，具有球閥的噴嘴在其功能上與圖2的部件相一致。 殼體部件2， 7設(shè)計(jì)為一個(gè)部件。噴嘴側(cè)的保持和密封環(huán)被壓入到 噴嘴管頭6中。應(yīng)力螺栓34在預(yù)應(yīng)力下將噴嘴管頭6保持在其位 置上，并確保了球體4a的位置。在球閥4的旋轉(zhuǎn)軸線31的方向上， 轉(zhuǎn)動(dòng)銷(xiāo)32利用突出部插入到球體4a的狹槽里。為了進(jìn)行安裝，首 先將射出側(cè)的軸承環(huán)和密封環(huán)12 /人輸入側(cè)移入殼體7里，緊4妄著 將轉(zhuǎn)動(dòng)銷(xiāo)32 乂人內(nèi)部向這里移入，并將^求體4a利用其狹槽在噴嘴軸 線的方向上移入，如同螺絲刀的切削刃 一樣包圍轉(zhuǎn)動(dòng)銷(xiāo)的伸出部 分。在將噴嘴管頭6插上后，可以利用應(yīng)力螺4全34從射出側(cè)來(lái)確
12保整體。密封件24使殼體7在被封閉的位置上相對(duì)于噴嘴管頭6 和轉(zhuǎn)動(dòng)銷(xiāo)32密封。
在圖3a和3b中示出修改過(guò)的球體4a。截面在這里垂直于球體 4a和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置的旋轉(zhuǎn)軸線31。在根據(jù)圖4的布置中，旋轉(zhuǎn)軸 線31平行于葉4侖平面28,以及自由射流1在直至4t轉(zhuǎn)時(shí)而偏轉(zhuǎn)一 個(gè)角度，因?yàn)樵谌肟趥?cè)上的球表面通過(guò)在通孔5里的溝槽27而回 轉(zhuǎn)了該角度3。因?yàn)槌酥庠谕?里的相對(duì)側(cè)使附加的溝槽27a 向內(nèi)部利用角E而前移，所以在圖3b中作用于自由射流l'的偏轉(zhuǎn) 角為大約+c。在才艮據(jù)圖4的應(yīng)用的情況下，^J岡的^:轉(zhuǎn)軸線31位 于葉4侖平面中，并且自由射流1從葉4侖平面偏轉(zhuǎn)。偏轉(zhuǎn)的自由射流 l'從庫(kù)斗葉片切削刃的側(cè)面運(yùn)動(dòng)離開(kāi)，^支如通孔10在環(huán)形體8里具 有的直徑D3足夠大，以致于該通孔不阻礙偏轉(zhuǎn)，則這也可以通過(guò) 局部的偏轉(zhuǎn)而實(shí)現(xiàn)。沒(méi)有通過(guò)部分的關(guān)閉而在供應(yīng)管線里產(chǎn)生必不 可少的壓力沖擊，這就導(dǎo)致了顯著的功率下降。這樣一種裝置，其 關(guān)閉速度是可控制的，使其符合于預(yù)定的性能，則其可以在負(fù)載減 少的情況下防止水豸侖才幾夂免壞。
在圖3c中，球直徑D2選擇為比在圖3中大了大約20°/。。除此 之外，球和擺動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的旋轉(zhuǎn)軸線31從噴嘴管頭6的軸線35轉(zhuǎn) 置了偏心度e。噴嘴管頭6的軸線35和在^求體4里的通孔5對(duì)齊， 也就是i兌通孔與球體4是不對(duì)稱(chēng)的，以及J求體的中心距噴嘴管頭的 軸線35是偏心度e。因此為了與偏心度e相適應(yīng)，球的軸承環(huán)和密 封環(huán)的軸承面積也必須^爹正。偏心度e的這種4晉施與在圖3a中所述 的溝槽27， 27a相接合，以獲得最大偏轉(zhuǎn)。即使在球閥4上通過(guò)球 4a的改變而可能導(dǎo)致被潤(rùn)濕的部件一般來(lái)說(shuō)較快地磨損，而這僅僅 是有限的不利影響，因?yàn)槠洳⒉唤?jīng)常被操作和在正常運(yùn)行中是未加 負(fù)荷的。此外非常普遍的情況下，噴嘴管頭6—和也許被安裝了的 噴嘴針—由于沖砂/冰川沖刷的原因而必須每年更換一至兩次，這同
13時(shí)也可以更換在相同的設(shè)備里的球閥處的可能的易損件，由于球閥 而不會(huì)限制設(shè)備的可用性。如果用于較大的射流偏轉(zhuǎn)需要更大的偏
心度e,則球直徑也可以選4奪為大于上述的相對(duì)于用于具有中心通 孔的3求的直徑D2的20%。
在圖4中的具有球閥的噴嘴在其功能上與圖3的元件相對(duì)應(yīng)。
附加地示出，用于噴嘴管頭6和球閥4的殼體7是如何利用法 蘭通過(guò)螺-全23而4氐靠在環(huán)形體8上^皮固定的，該環(huán)形體利用其加 工平面確保了對(duì)齊自由射流1。環(huán)形體8在其內(nèi)側(cè)上達(dá)到直至葉壽侖 29的庫(kù)斗葉片30附近(見(jiàn)圖5)。該環(huán)形體在其內(nèi)側(cè)上具有人字屋 頂形狀的傾斜部9 (見(jiàn)圖6 )，該傾斜部從葉輪平面呈錐狀地脫離， 以4吏得噴射水乂人庫(kù)斗葉片部位向外偏轉(zhuǎn)。對(duì)于每一個(gè)自由射流，在 環(huán)形體8里i殳置有通孔10,在該通；L里乂于自由射流1進(jìn)4亍防護(hù)以免 受到噴射水的影響，并且該通孔具有直徑D3,該直徑大于在該部 位里收縮的自由射流的直徑。球閥4的旋轉(zhuǎn)軸線31在這種情況下 平行于葉4侖平面28。
在圖5中，六個(gè)噴嘴體3， 7以相同的距離分布在環(huán)形體8上， 這些噴嘴體具有噴嘴管頭6，該噴嘴管頭具有球閥4和擺動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝 置26。 i殳備的安裝，也就是"i兌就葉4侖的軸線而言，可以是垂直的或 水平的。球閥4和擺動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置26的軸31位于葉4侖平面28上， 該球閥就球閥所預(yù)設(shè)的尺寸而言符合于前述公司FIKS的標(biāo)準(zhǔn)圖。 噴嘴管頭6和球閥4利用共同的殼體7而被引導(dǎo)至戽斗葉片30非 常接近的部位。這這種布置的情況下，通孔5在關(guān)閉時(shí)圍繞擺動(dòng)驅(qū) 動(dòng)裝置的旋轉(zhuǎn)軸線31旋轉(zhuǎn)，其中球表面在噴嘴側(cè)上朝自由射流1 旋轉(zhuǎn)并且通孔5的壁在射出側(cè)上朝該自由射流旋轉(zhuǎn)。這里也如在圖 3a中所示，溝槽27和/或3求體4a和擺動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置26的旋轉(zhuǎn)軸線的 朝向葉輪平面平行偏移偏心度e是可能的，噴嘴管頭6和通孔5的 軸線保留在該葉4侖平面里。
14在圖6中，將球旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置在水輪機(jī)殼體的端面36上伸出。 為此在該實(shí)施例中，球閥4的旋轉(zhuǎn)軸線31、轉(zhuǎn)動(dòng)銷(xiāo)和轉(zhuǎn)動(dòng)銷(xiāo)延長(zhǎng)部 32a垂直于葉4&平面28，并且在殼體外部安裝有; 走轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置26， 該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置由搖4干和直線電動(dòng)才幾或液壓活塞。在該應(yīng)用中，^求 體的旋轉(zhuǎn)軸線31垂直于葉4侖平面28，并且自由射流l'的偏轉(zhuǎn)在該 葉輪平面中進(jìn)行。噴嘴體3或者具有球閥4的殼體7在環(huán)形體8中 剛性i也連4妄，該環(huán)形體具有人字屋頂形4犬的傾殺牛部9。具有^求閥4 的噴嘴例如根據(jù)圖3， 3a設(shè)計(jì)或者根據(jù)圖3c設(shè)計(jì)具有偏心度e?？?以將多個(gè)噴嘴聯(lián)接在一起并且利用1, 2， 3， 4, 5或6個(gè)噴嘴實(shí)現(xiàn) 分級(jí)的運(yùn)行。為了進(jìn)4于六級(jí)的運(yùn)4于，除了噴嘴1之外可以分別將噴 嘴2和3，以及噴嘴4， 5和6聯(lián)接在一起，以實(shí)現(xiàn)六級(jí)運(yùn)行并節(jié)省 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置。因此，在這種情況下，只有三個(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置是必 需的，這樣在緊急關(guān)閉的情況下為旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置預(yù)設(shè)分級(jí)的、膜片 控制的(在液壓活塞的情況下)關(guān)閉時(shí)間，以將在壓力管道里的水 中的壓力沖擊保持較低。設(shè)備的安裝，也就是說(shuō)就葉輪29的軸線 33而言，可以是垂直的或水平的。
圖7與圖6相一致。唯獨(dú)是具有殼體7的噴嘴3，正如在傳統(tǒng) 的設(shè)備中 一樣通常分別直接固定在供應(yīng)管線25上。
在圖8中，連接到噴嘴6上的球閥4配備有球4a，該球的通孔 5在射入直徑Dl后面變寬，以產(chǎn)生用于圍繞自由射流1的更大空 氣室的空間。由自由射流l所攜出的空氣可以由在通孔的擴(kuò)大的射 出橫截面上流入的和在內(nèi)腔里循環(huán)的空氣所替代。
在圖9和10中，射出4黃截面如在直徑D1上的射入部上一樣保 持原狀。在開(kāi)放位置上，與自由射流一起攜出的空氣通過(guò)孔37和 通過(guò)止回閥36而得到補(bǔ)償，該穿孔將內(nèi)腔38與在軸承環(huán)和密封環(huán) 12之間的環(huán)形腔39連接在一起，該止回閥從外部與環(huán)形腔連接。 在關(guān)閉位置上(圖10 ),內(nèi)腔38通過(guò)孔37而被注入，以及水柱停
15留在止回閥36上。在環(huán)形月空39中的少量的也i午還剩下的殘留空氣 將在最短的時(shí)間內(nèi)凝結(jié)并在水中溶解。參考標(biāo)號(hào)
1自由射流20密封環(huán)
r偏轉(zhuǎn)的自由射流21套管
2殼體22螺母
3噴嘴體23螺栓
4球閥24密封件
4a球25供應(yīng)管線
5 it孑匕26旋轉(zhuǎn)或擺動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置
6噴嘴管頭(抗磨環(huán))
7殼體27溝槽
8環(huán)形體27a溝槽
9傾斜部28葉4侖平面
10通孔29葉輪
11端面30只又庫(kù)斗葉片
12軸壽義環(huán)和密封環(huán)31旋轉(zhuǎn)軸線
13中心體32轉(zhuǎn)動(dòng)銷(xiāo)
14噴嘴針32a轉(zhuǎn)動(dòng)銷(xiāo)延長(zhǎng)部
15翅片33水輪機(jī)軸線
16支7"R部^[立34應(yīng)力螺才全
17主軸35軸線(噴嘴管頭6)
18液壓活塞36止回閥
19壓力彈簧37孑U
17b距離
DO噴嘴直徑
d直徑(收縮的自由射流)
Dl直徑(通孔)
e偏心度
a半圓錐角
(3角度
s角度
38內(nèi)腔 39環(huán)形腔 40 4罷動(dòng)部4立
D2直徑(球) D2'直徑"求擴(kuò)大) D3通孑L (環(huán)形體)
權(quán)利要求
1. 一種在沖擊式或斜擊式水輪機(jī)中的具有關(guān)斷機(jī)構(gòu)的噴嘴，其中，自由射流(1)從剛性的、逐漸變細(xì)的噴嘴體(3)中射出，所述噴嘴體設(shè)置在殼體(2)中，其特征在于，在流動(dòng)方向上，具有圓柱形的通孔(5)的球閥(4)連接在所述殼體(2)和所述噴嘴體(3)上，所述通孔的直徑D1略微大于在收縮區(qū)域里的自由射流直徑d；其中，在開(kāi)啟的球閥的情況下，球體(4a)的通孔以距離b置于所述噴嘴體(3)之前，所述距離至少為最小噴嘴直徑D0的10％，以使得具有收縮的所述直徑d的所述自由射流(1)無(wú)損失地穿過(guò)所述通孔噴射，所述直徑小于所述噴嘴直徑D0并且小于所述通孔(5)的直徑D1，當(dāng)在關(guān)閉的球閥的情況下，軸承環(huán)和密封環(huán)(12)的圓環(huán)形球面將水柱保持住。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有關(guān)斷機(jī)構(gòu)的噴嘴，其特征在于，所 述球體(4a)的外直徑D2小于噴嘴開(kāi)口的直徑DO的2.5倍。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有關(guān)斷機(jī)構(gòu)的噴嘴，其特征在于， 所述球閥(4)的殼體(7)可以與所述噴嘴體(3)的所述殼 體(2)剛性地連4妄。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有關(guān)斷機(jī)構(gòu)的噴嘴，其特征在于， 所述3求閥(4)的所述殼體(7)設(shè)計(jì)具有所述噴嘴體(3)的 所述殼體(2)。
5.根據(jù)權(quán)利要-的噴嘴，其特征在于，所述球閥的所述殼體(7)可以與環(huán)形體(8)連接，所述環(huán)形體包圍裝配有雙庫(kù)斗葉片(30)的葉 庫(kù)侖(29)，所述環(huán)形體在朝向所述雙庫(kù)斗葉片的方向上具有人 字屋頂形狀的傾斜部(9)以用于噴射水，并且所述環(huán)形體在 所述自由射流(1 )的方向上具有通孔(10 )。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的具有關(guān)斷機(jī)構(gòu)的噴嘴，其 特征在于，所述3求閥(4)通過(guò)旋轉(zhuǎn)或擺動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置(26， 32， 32a)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有關(guān)斷機(jī)構(gòu)的噴嘴，其特征在于，所 述旋轉(zhuǎn)或擺動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置(26, 32, 32a)的關(guān)閉速度可根據(jù)預(yù) 定的特性曲線控制。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7所述的具有關(guān)斷機(jī)構(gòu)的噴嘴，其特征在于， 所述J求閥(4)的炎:轉(zhuǎn)軸線(31)垂直于葉輪平面(28)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至7所述的具有關(guān)斷機(jī)構(gòu)的噴嘴，其特征在于，中。"、 、 、 J
10. 才艮據(jù)權(quán)利要求1至9所述的具有關(guān)斷機(jī)構(gòu)的噴嘴，其特征在于， 所述球(4a)的所述通孔(5 )具有朝向噴嘴出口的溝槽(27 )， 以使得出口側(cè)的球表面在關(guān)閉運(yùn)動(dòng)之后才以角度P嵌入所述 自由射流(1),而在流出側(cè)上的所述通孔在移動(dòng)越過(guò)角度|3 時(shí)已經(jīng)4吏自由射流(r)偏轉(zhuǎn)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的具有關(guān)斷機(jī)構(gòu)的噴嘴，其特征在于， 所述通孔(5 )以其軸線略微地相對(duì)于所述自由射流的軸線平 行地偏移。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的具有關(guān)斷機(jī)構(gòu)的噴嘴， 其特征在于，所述噴嘴管頭(6 )的軸線(35 )和所述通孔(5 ) 對(duì)齊，而所述球(4a)的所述旋轉(zhuǎn)軸線(31 )相對(duì)于所述噴嘴 管頭的所述軸線(35)偏移偏心度e。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的具有關(guān)斷機(jī)構(gòu)的噴嘴，其 特征在于，所述球(4a)在內(nèi)部具有內(nèi)腔(38),所述內(nèi)腔的 直徑大于在所述通孔(5)的射入側(cè)上的直徑D1，以在所述球 閥開(kāi)啟的情況下改善空氣的循環(huán)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的具有關(guān)斷機(jī)構(gòu)的噴嘴，其特征在于， 在所述軸岸義環(huán)和密委于環(huán)(12 )之間的環(huán)形月空(39 )通過(guò)止回閥(36)連接至外部空氣，并且所述球體(4a)具有孔(37)， 所述孔在所述球閥(4)開(kāi)啟的情況下將所述內(nèi)腔(38)與所 述環(huán)形爿空(39)連4妄在一起以用于空氣流通。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在沖擊式水輪機(jī)或斜擊式水輪機(jī)中的具有關(guān)斷機(jī)構(gòu)的噴嘴。在剛性的噴嘴管頭(6)中產(chǎn)生自由射流(1)。開(kāi)啟的球閥(4)直接連接在該噴嘴管頭(6)上，收縮的自由射流利用其較小的直徑d以無(wú)接觸的方式穿過(guò)該球閥的具有直徑D1的通孔(5)。在通孔(5)中的入口上的球體(4a)的端面(11)到具有直徑為D0的噴嘴出口的距離為b，該距離至少為直徑D0的10％，以使得自由射流無(wú)損失地通過(guò)通孔噴射。在關(guān)閉的球閥(4)的情況下，軸承環(huán)和密封環(huán)(12)的圓環(huán)形球面承載水柱，其中，球閥的直徑比在供應(yīng)管線中的球閥大約小八倍。
文檔編號(hào)F03B1/04GK101484689SQ200780025302
公開(kāi)日2009年7月15日 申請(qǐng)日期2007年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月3日
發(fā)明者約瑟夫·埃爾拉赫 申請(qǐng)人:埃爾拉赫咨詢(xún)Jec公司