鰭及包括這種鰭的液壓能轉(zhuǎn)換裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】旨在安裝成向液壓機(jī)的排出管內(nèi)部突出的鰭（20）。該鰭（20）包括有孔的第一面和實(shí)心的第二面。鰭(20)在第一面和第二面之間由鰭（20）自身界定空腔（C20)，空腔（C20)將排出管外部與第一面的孔連接。
【專(zhuān)利說(shuō)明】鰭及包括這種鰭的液壓能轉(zhuǎn)換裝置
[0001]本發(fā)明涉及一種將液壓能轉(zhuǎn)換成電能或者機(jī)械能的裝置，這種裝置包括水輪機(jī)、將強(qiáng)制水流輸送到水輪機(jī)的管道以及將離開(kāi)水輪機(jī)的水流排出的管道。
[0002]對(duì)于這種由液壓能產(chǎn)生電能或機(jī)械能的裝置，其中一個(gè)困難在于溶解在排水管中的氧含量的控制。出于生態(tài)考慮，含氧量不能小于不妨礙該裝置下游水生環(huán)境的最低標(biāo)準(zhǔn)。
[0003]然而，含氧量隨著季節(jié)交替而發(fā)生變化，因而難以控制。如此，在冬季，由于水通常來(lái)自融雪，水傾向于富含氧。相反，在夏季，水常常停滯在裝置的上游并具有相比于最低標(biāo)準(zhǔn)通常過(guò)低的溶解氧含量。
[0004]美國(guó)專(zhuān)利US-A-2300748和US-A-4142825涉及一種液壓裝置，包括用于將離開(kāi)渦輪機(jī)的水流排出的排出管。排出管的內(nèi)部安裝有中空肋骨。管道將加壓空氣引入中空肋骨內(nèi)部。這些空氣借助于肋骨上的穿孔被注入渦輪機(jī)的排水中。這些裝置需要使用一種用于將壓縮空氣注入至肋骨內(nèi)部的輔助裝置。
[0005]本發(fā)明尤其著手于彌補(bǔ)這個(gè)不足，提出了一種旨在安裝成向水力機(jī)械的排出管內(nèi)部突出的鰭。
[0006]根據(jù)本發(fā)明，鰭包括有孔的第一面和實(shí)心的第二面。在第一面與第二面之間，鰭自身界定一個(gè)將排出管外部與第一面的孔連接的空腔。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，確定鰭的角位置，使得在鰭的面向流動(dòng)的一側(cè)產(chǎn)生過(guò)壓，在相反側(cè)上產(chǎn)生負(fù)壓。負(fù)壓自動(dòng)地通過(guò)鰭上的孔將外部的空氣吸入排出管并將吸入的空氣注入排出水中而不需要使用提供壓縮空氣的主動(dòng)設(shè)備。此外，還可以通過(guò)改變鰭的角定向來(lái)改變希望溶解在經(jīng)過(guò)裝置的水流中的空氣量。
[0008]不僅如此，鰭片還可以用來(lái)減少漩渦或者紊流的形成，漩渦或者紊流(通常被稱(chēng)作“火炬(torches)”)傾向于在排出管內(nèi)形成并引起裝置功率損失:由于本發(fā)明，考慮到從渦輪機(jī)離開(kāi)的水流的任何旋轉(zhuǎn)分量，可以調(diào)整鰭的定向從而能夠穩(wěn)定排出管中的水流。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的有益而非必須的方面，這樣的裝置可能包含一個(gè)或更多的以下特征，任何技術(shù)上允許的組合也包括在內(nèi):
[0010]-鰭的第一面是平坦的。
[0011]-鰭的第二面是平坦的。
[0012]-鰭的第一面與鰭的第二面平行。
[0013]-鰭的第一面與鰭的第二面彼此相對(duì)并布置于鰭的中面的一側(cè)與另一側(cè)。
[0014]本發(fā)明還涉及將液壓能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，該裝置包括水力機(jī)械、為該水力機(jī)械輸送強(qiáng)制流動(dòng)的管道、將離開(kāi)水力機(jī)械的水流排出的管道以及從排出管的壁突出的構(gòu)件，突出的構(gòu)件各自界定空腔，該空腔連接排出管外部與形成在該突出的構(gòu)件上的孔。根據(jù)本發(fā)明，該突出的構(gòu)件包括至少一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的鰭，該鰭向排出管內(nèi)部突出安裝，鰭能夠繞與排出管的壁相交的軸線旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，且該裝置包括控制每個(gè)鰭關(guān)于其旋轉(zhuǎn)軸線的角位置的設(shè)備。
[0015]有益而非必須地，至少一個(gè)鰭可縮回至排出管的壁，并有設(shè)備能夠調(diào)整每個(gè)鰭縮回至壁中的程度。[0016]根據(jù)以下參考附圖僅通過(guò)示例性方式給出的依照其原理的裝置的說(shuō)明，將更好地理解本發(fā)明，且本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)將更清楚地呈現(xiàn)，其中:
[0017]-圖1為根據(jù)本發(fā)明的裝置剖面原理示意圖；
[0018]-圖2為圖1中細(xì)節(jié)II部分相應(yīng)的放大圖，以剖面示出組成圖1中裝置的一部分的鰭和固定該鰭的設(shè)備；
[0019]-圖3是圖2中鰭的更大比例的側(cè)視圖；以及
[0020]圖4是沿圖3中IV-1V剖線的剖視圖，示出處于圖1中裝置的水流中的鰭。
[0021]圖1示出的裝置I包括混流式渦輪機(jī)1，混流式渦輪機(jī)I的葉輪2通過(guò)來(lái)自蓄水池(圖未示)的強(qiáng)制水流E圍繞垂直軸X2轉(zhuǎn)動(dòng)。與葉輪2固定的軸3連接至交流發(fā)電機(jī)4，交流發(fā)電機(jī)4向電網(wǎng)(圖未示)輸送固定頻率的交流電。如此，裝置I將流動(dòng)E的液壓能轉(zhuǎn)化為電能。裝置I可包括數(shù)個(gè)由蓄水池供水的渦輪機(jī)I。
[0022]在一個(gè)變型中，軸3可以連接到機(jī)械組件，在這種情況下，裝置I將流動(dòng)E的液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。
[0023]饋送管道5能夠?qū)⒘鲃?dòng)E帶到葉輪2處并在蓄水池與裝有調(diào)節(jié)流動(dòng)E的葉片61的水箱6之間延伸。
[0024]渦輪機(jī)I的下游設(shè)置管8來(lái)排出流動(dòng)E并將其送回河床或者補(bǔ)給蓄水池的水流。排出管8有時(shí)被稱(chēng)作吸水管道。
[0025]設(shè)置控制單元10來(lái)具體根據(jù)供應(yīng)自交流發(fā)電機(jī)4的電網(wǎng)的電力需求和流動(dòng)E可提供的水流量來(lái)控制渦輪機(jī)I。為此，控制單元10向葉片61發(fā)送控制信號(hào)S1,以調(diào)節(jié)進(jìn)入機(jī)器的水流量，進(jìn)而調(diào)節(jié)交流電動(dòng)機(jī)4的輸出功率以滿足電網(wǎng)的需求。
[0026]管8包括大致垂直的上游部分81，上游部分81為截頭錐形并以葉輪2的旋轉(zhuǎn)軸線X2為中心。管8還包括一個(gè)以大致水平的軸線X82為中心的下游部分82。軸線X82大致水平，它與水平面之間的夾角小于20°。實(shí)際上，軸線X82沿流動(dòng)E的方向可略微上升。彎頭83將管8的部分81與部分82以90°連接。
[0027]在管8的上游部分81設(shè)有多個(gè)鰭(ailette) 20，鰭20沿軸線X2方向從上游部分81的壁84凸出。流動(dòng)E的從葉輪2流出沿著壁84流動(dòng)的部分，將會(huì)掠過(guò)這些鰭20。鰭20是附加的，或者說(shuō)它們不形成為管8的一部分而是連接到管8。
[0028]圖1是包括軸線X2的豎直平面內(nèi)的剖面圖，它示出兩個(gè)鰭20，但實(shí)際上鰭20的數(shù)量可大于2。根據(jù)上游部分81的直徑和流動(dòng)E的水流量來(lái)選擇該數(shù)量。
[0029]具體如圖2和圖4所示，每個(gè)鰭20是中空的，包括兩個(gè)平行的面對(duì)面的側(cè)平面201與202，側(cè)平面201與202布置在中平面P2tl的一側(cè)與另一側(cè)，中平面P2tl位于側(cè)平面201與202之間。中平面P2tl是鰭20的中面。每個(gè)鰭20的第一側(cè)面201穿有數(shù)個(gè)與空腔C2tl相通的孔200，空腔C2tl在側(cè)平面201與202之間，界定在鰭20的內(nèi)部。每個(gè)鰭20的第二側(cè)面202是實(shí)心的，也就是說(shuō)其上沒(méi)有任何孔。
[0030]每個(gè)鰭20自身界定空腔C2tl，或者說(shuō)每個(gè)空腔C2tl完全由鰭20形成。例如，空腔C2q并不是由排出管8的一部分形成。
[0031]如圖2中更具體顯示，每個(gè)鰭20固定到活塞21上，活塞21安裝在有圓形基座的圓柱本體22中，圓柱本體22的圓形基座以垂直于壁84的軸線X22為中心?；钊?1安裝有密封件211和212，并與穿過(guò)呈圓形盤(pán)形式的板24的桿23固定，桿23能夠相對(duì)于板24沿著軸線X22滑動(dòng)，如箭頭F1和F2所指示的?；钊?1和桿23穿有以軸線X22為中心的縱向通道C21，通道C21將空腔C2tl與排出管8的外部連接。因此，孔200與外部空氣連通。
[0032]板24配備密封件241和242，密封件241和242與密封件211和212 —同保證了相對(duì)于室C22外部的流體隔離，室C22徑向設(shè)置在本體22內(nèi)部，處于板24和活塞21之間并圍繞桿23。
[0033]板24通過(guò)螺釘25固定到本體22上，圖中由螺釘?shù)妮S線來(lái)表示。
[0034]室C22通過(guò)圖未示的管道被供應(yīng)有來(lái)自管道5的水。這樣能夠給室C22增壓而有沿箭頭F2方向推動(dòng)活塞21的效果，進(jìn)而使鰭20相對(duì)于壁84沿著軸線X2的方向突出。
[0035]室C22中給水的壓力使得活塞21和鰭20沿軸線X22的位置能夠被控制。活塞21和鰭20因而能夠沿軸線X22沿圖2中箭頭F1和F2的方向平移地移動(dòng)。可以不對(duì)室C22供應(yīng)加壓水，從而由于活塞21的面213上的水壓力朝向管8轉(zhuǎn)向，鰭20相對(duì)于壁84向管8外部縮回或推。
[0036]由零件20-25組成的子組件安裝在襯套26內(nèi)并能夠圍繞軸線X22旋轉(zhuǎn)，襯套26在相對(duì)于壁84固定的環(huán)狀物27中不能活動(dòng)?；钊?1和鰭20因而可以圍繞軸線X22旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。形成軸承的密封件可選地圍繞本體22和板24徑向布置，使得上述的子組件能夠相對(duì)于襯套26旋轉(zhuǎn)。
[0037]在板24的沿著軸線X22相對(duì)于襯套26軸向突出的部分中，板24安裝有外部徑向齒243，外部徑向齒243與由伺服電機(jī)30的輸出軸301驅(qū)動(dòng)的小齒輪29嚙合。該電機(jī)通過(guò)電信號(hào)S3由控制單元10控制。
[0038]根據(jù)從控制單元10接收的控制信號(hào)S3,伺服電機(jī)30因而使由零件20-25組成的子組件繞軸線X22旋轉(zhuǎn)。該旋轉(zhuǎn)改變鰭20關(guān)于軸線X22的角位置。
[0039]如圖3清晰地顯示，每個(gè)鰭20的角位置可以通過(guò)鰭20的中平面P2tl和包含軸線X22的水平面P22之間的在軸線X22上方的角度α來(lái)測(cè)量。當(dāng)鰭20的側(cè)面201和202垂直時(shí)，角度α等于90°。
[0040]在運(yùn)行中，希望在由排出管8中排出的水流E中溶解氧時(shí)，為了增加溶解氧的含量，有必要將鰭20沿箭頭F2的方向推出至排出管8之中，從而鰭20相對(duì)于壁84沿著軸線\的方向關(guān)出。此移動(dòng)由控制單兀10來(lái)控制。
[0041]每個(gè)鰭20的角位置α可以調(diào)整使得平面P2tl相對(duì)于流動(dòng)E傾斜，鰭20的第二面202面對(duì)流動(dòng)Ε，如圖4所示。角位置α由控制單元10控制，控制單元10向電機(jī)30發(fā)出信號(hào)S3,以形成靠近第二面202的增壓區(qū)域Z1和靠近第一面201的負(fù)壓區(qū)域Ζ2。
[0042]由于區(qū)域Z2的負(fù)壓，外部空氣自動(dòng)被吸入空腔C2tl并通過(guò)孔200注入流動(dòng)Ε，如圖2-4中箭頭A所指示的。
[0043]鰭20的角位置α對(duì)區(qū)域Z2中產(chǎn)生的負(fù)壓強(qiáng)度有影響，并因而影響注入流動(dòng)E中
的空氣量。
[0044]孔200的尺寸和數(shù)量由希望溶解在流動(dòng)E中的氣泡的尺寸和數(shù)量來(lái)確定。
[0045]有利地，鰭20可用來(lái)減少壓力波動(dòng)和在運(yùn)行中排出管8中的紊流的形成。為此，鰭20的角度α可被調(diào)節(jié)來(lái)改變流動(dòng)Ε，如文件FR-A-2942274所教導(dǎo)的。
[0046]在一個(gè)變型中，每個(gè)鰭20沿其旋轉(zhuǎn)軸線X22的位置可通過(guò)不同于供有水的壓力室的方式來(lái)控制。[0047]依照面201和202的幾何特征，以及面201相對(duì)于面202的布置，與中平面P2tl相對(duì)應(yīng)的面不一定是平坦的。例如，當(dāng)面201和面202呈橫截面為圓形的柱面的一部分的形式時(shí)，面201和202的凹側(cè)轉(zhuǎn)向相同側(cè)，中面是橫截面為圓形的柱面的一部分，柱面具有在面201的半徑與面202的半徑之間的半徑。
[0048]例如，可以使用伺服電機(jī)或者液壓、機(jī)械或電氣起重器。
[0049]在一個(gè)變型中，至少一個(gè)鰭20不可以被縮回。在這種情況下，希望在流動(dòng)E中溶解氧時(shí)，為了不擾亂流動(dòng)，這些不可縮回的鰭20的面201、202平行于流動(dòng)E定向。
[0050]如圖所示的上述的發(fā)明是在鰭20的旋轉(zhuǎn)軸線X22與壁84垂直的情況下。這不是必須的，只要使相對(duì)于壁84固定的軸線X22與該壁相交即可。
[0051]本發(fā)明示出所有鰭20可以定向的情形，即圍繞相交軸旋轉(zhuǎn)地運(yùn)動(dòng)的情形，具體地該相交軸垂直于排出管84的壁84。壁在一個(gè)變型中，只有一些鰭20可以定向。除此之外，只有一些鰭20可能具有孔200。這些沒(méi)有穿孔的鰭200可以用來(lái)避免紊流的形成。
[0052]本發(fā)明的每個(gè)鰭20與伺服電機(jī)連接使得各個(gè)鰭20能夠單獨(dú)控制的情況已經(jīng)被示出。各個(gè)鰭20的運(yùn)動(dòng)的同步性由控制單元10及其對(duì)針對(duì)不同電機(jī)30的不同信號(hào)S3的管理來(lái)保證。
[0053]在一個(gè)變型中，可以用機(jī)械設(shè)備將鰭20連接在一起，這提供了對(duì)鰭20的成組控制。例如，可以利用已知的鏈條或閥調(diào)節(jié)環(huán)，例如，來(lái)控制導(dǎo)流葉片61。
[0054]可以考慮其他裝置來(lái)旋轉(zhuǎn)鰭20，單獨(dú)控制或是成組控制鰭20。實(shí)際上，這種旋轉(zhuǎn)可由任何合適的致動(dòng)器來(lái)提供，例如與連桿關(guān)聯(lián)的旋轉(zhuǎn)或線性的起重器。起重器可由油、電流、壓縮空氣或是水來(lái)驅(qū)動(dòng)。
[0055]已示出本發(fā)明在混流式渦輪機(jī)的應(yīng)用。然而，本發(fā)明還可應(yīng)用于其他類(lèi)型的渦輪機(jī)，例如卡普蘭渦輪機(jī)、螺旋式渦輪機(jī)，以及泵渦輪機(jī)。
【權(quán)利要求】
1.旨在安裝成向水力機(jī)械(I)的排出管(8)內(nèi)部突出的鰭(20)，其特征在于，所述鰭(20)包括第一面(201)和實(shí)心的第二面(202)，所述第一面(201)包括孔(200)，所述鰭(20)在所述第一面(201)和所述第二面(202)之間由所述鰭(20)自身界定將所述排出管(8)外部與所述第一面(201)的孔(200 )連接的空腔(C20)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鰭(20)，其特征在于，所述鰭(20)的所述第一面(201)是平坦的。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求其中一項(xiàng)所述的鰭(20)，其特征在于，所述鰭(20)的所述第二面(202)是平坦的。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求其中一項(xiàng)所述的鰭(20)，其特征在于，所述鰭(20)的所述第一面(201)和所述第二面(202)平行。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求其中一項(xiàng)所述的鰭(20)，其特征在于，所述鰭(20)的所述第一面(201)和所述鰭(20)的所述第二面(202)相對(duì)并且布置于所述鰭(20)的中面(P2tl)的一側(cè)與另一側(cè)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求其中一項(xiàng)所述的鰭(20)，其特征在于，所述鰭(20)的尺寸允許所述鰭(20)繞與所述排出管(8)的壁(84)相交的軸線(X22)相對(duì)于所述排出管(8)旋轉(zhuǎn)。
7.一種用于將液壓能轉(zhuǎn)化為電能的裝置(I)，該裝置包括水力機(jī)械(I)、向所述水力機(jī)械(I)饋送強(qiáng)制水流(E)的管道(5)、將離開(kāi)水力機(jī)械(I)的水流(E)排出的管道(8)以及從排出管(8)的壁(84)突出的構(gòu)件，所述構(gòu)件各自界定將所述排出管(8)外部與設(shè)置在突出的構(gòu)件上的孔(200)連接的空腔(C2tl),所述裝置(I)特征在于，所述突出構(gòu)件包括至少一個(gè)根據(jù)前述權(quán)利要求其中一項(xiàng)所述的鰭(20)，所述鰭(20)安裝成向所述排出管(8)內(nèi)部突出并能夠繞與所述排出管(8)的壁(84)相交的軸線(X22)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，且所述裝置(I)包括設(shè)備(10)，所述設(shè)備(10)控制每個(gè)鰭(20)關(guān)于其旋轉(zhuǎn)軸線(X22)的角位置(α )。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置(I)，其特征在于，至少一個(gè)鰭(20)能夠在所述排出管(8)的壁(84)中縮回，且設(shè)備(30)能夠調(diào)節(jié)每個(gè)鰭(20)在壁(84)中縮回的程度。
【文檔編號(hào)】F03B11/00GK103547792SQ201280010566
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2012年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年2月28日
【發(fā)明者】G·沃勒德, F·瑪祖吉, Y·鮑姆徹爾 申請(qǐng)人:阿爾斯通再生能源技術(shù)公司