專利名稱：一種沖擊式水輪機一噴一控流量裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明屬于水力機械工程，特別是一種沖擊式水輪機ー噴ー控流量裝置及方法。
背景技術：
沖擊式水輪機調(diào)速器的調(diào)節(jié)功能，與軸流轉漿式(含斜流式、貫流式)水輪機ー樣，需要進行雙重調(diào)節(jié)，即對噴嘴與外調(diào)節(jié)機構(折向器或分流器)進行同時調(diào)節(jié)，并保持預定的協(xié)聯(lián)關系，以實現(xiàn)對轉輪的流量控制，滿足對水輪機轉速與出力的自動調(diào)節(jié)。因此，對于上述形式水輪機的調(diào)速器，都不例外采用雙重調(diào)節(jié)方式。由于沖擊式水輪機一般均為中小型，單機容量大多都在30 MW以下，而這些機組又都并入電網(wǎng)運行，其單機容量占電網(wǎng)裝機容量大多都在10%以下，機組運行的穩(wěn)定性對電網(wǎng)影響較小，特別是沖擊式水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的外調(diào)節(jié)機構(折向器或分流器)，對機組的調(diào)節(jié)帶來噪聲、振動(圖1、圖2外調(diào)節(jié)機構(折向器或分流器)I安裝在噴嘴3的端頭，受噴嘴3伸入轉輪室4的懸臂效應，外調(diào)節(jié)機構(折向器或分流器)I投入工作后給機組產(chǎn)生很大的振動及噪音)等實際問題，以及折向或分流的水流通過轉輪室的碰撞對轉輪的二次作用難以通過實驗及理論確定也是沖擊式機組雙重調(diào)節(jié)的理論問題。因此，許多新設計制造的中小型沖擊式水輪機為了減少上述問題對機組運行的影響，已明確外調(diào)節(jié)機構(折向器或分流器)僅擔負事故保護的功能，不參與水輪機的調(diào)節(jié)，也就不再與噴針開關保持協(xié)聯(lián)關系，只有在機組負荷有大的變化(機組轉速上升或下降到一定值)外調(diào)節(jié)機構(折向器或分流器)迅速(一般為2 3 s)遮擋水流或開啟，機組甩負荷時外調(diào)節(jié)機構(折向器或分流器)迅速遮擋水流。隨著這幾年國內(nèi)國外高水頭沖擊機組的發(fā)展，單機容量已經(jīng)達到187. 5MW，在有的電網(wǎng)中占有的比重越來越大，這樣的調(diào)節(jié)帶來的問題將會越來越突出，主要的問題1、由于電網(wǎng)運行的需要，當這樣的機組容量在電網(wǎng)中占有比重較大時，機組的性能極其不穩(wěn)定，會引起電カ系統(tǒng)的不穩(wěn)定引發(fā)事故.如云南高橋電站安裝有三臺立式四噴嘴沖擊式水輪發(fā)電機組，單機容量30 MW，額定水頭550 m，額定轉速600 r / min。水輪機采用了進ロ轉輪，配有國產(chǎn)CJWJ — 4 / I—63型，微機(PIE)調(diào)速器；該調(diào)速器為四個噴針接力器和一個折向器接力器，用數(shù)控球閥作為電液轉換元件，調(diào)速器采用噴針開度位移傳感器作為電氣反饋元件，折向器位移僅有開度指示，無反饋元件，與噴針開度無協(xié)聯(lián)關系，因此也不參與調(diào)節(jié)，僅起事故保護作用。高橋電站以一回110 kV線路接入地區(qū)電網(wǎng)，地區(qū)電網(wǎng)以一回220 kV線路與省網(wǎng)相聯(lián)，高橋電站系并入省電網(wǎng)的末端并網(wǎng)運行，在電網(wǎng)及電站正常運行狀態(tài)下，尚未發(fā)現(xiàn)運行穩(wěn)定性方面的問題.2004年9月中旬，高橋電站接入的地區(qū)網(wǎng)與省網(wǎng)相聯(lián)的220 kV聯(lián)絡線安排停電檢修。在斷開220kV聯(lián)絡線后，高橋電站作為主力電源與所接入的地區(qū)網(wǎng)處于孤立電網(wǎng)運行狀態(tài)。高橋電站當時三臺機組共帶80 MW負荷運打，而所在地區(qū)網(wǎng)的負荷僅有25 MW左右,220 kV聯(lián)絡線斷開意味著聞橋電站的負荷由80MW突然降至25 MW，處于負荷大波動狀態(tài)，電網(wǎng)周波迅速上升至59. 7 Hz，三臺機甩負荷在2 s內(nèi)關閉折向器至全關，地區(qū)電網(wǎng)突然失去主力電源，周波急降至47. 8 Hz，高橋三臺機同時迅速打開折向器，電網(wǎng)周波又急速上升；周波急速變化往復幾次，電網(wǎng)負荷相繼全部切除(低周減載)，地區(qū)電網(wǎng)崩潰，高橋三臺機轉速降至300 r / min全部解列，廠用電消失。省電網(wǎng)只得再合220 kV聯(lián)絡線，恢復對地區(qū)電網(wǎng)供電，然后再陸續(xù)將高橋電站三臺機并入電網(wǎng)，歷時40 min，致使地區(qū)電網(wǎng)對重要負荷的供電中斷十幾分鐘，造成電網(wǎng)供電中斷事故
2、由于外調(diào)節(jié)機構(折向器或分流器)遮擋水流的不徹底性，為了滿足機組轉速上升的要求，必須是噴針在一定時間內(nèi)關閉。沖擊式水輪機是高水頭一般都是長引水式電站，滿足了噴針的關閉要求，往往引水系統(tǒng)壓カ上升又不滿足要求，又為了滿足壓カ上升要求，引水系統(tǒng)都設有一個較大的調(diào)壓井，工程投資費用較大。本專利就是通過ー種流量控制裝置從根本上解決沖擊式機組的調(diào)節(jié)帶來的噪聲、振動(外調(diào)節(jié)機構(折向器或分流器)安裝在噴嘴2的端頭，受噴嘴2伸入轉輪室4的懸臂效應，外調(diào)節(jié)機構(折向器或分流器)I投入工作后給機組產(chǎn)生很大的振動及噪音)等實際問題；以及折向或分流的水流通過轉輪室的碰撞對轉輪的二次作用難以通過實驗及理論確定的理論問題。實現(xiàn)沖擊式水輪機很好的雙重調(diào)節(jié)，提高機組及電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。取消引水系統(tǒng)調(diào)壓井的設置或減小調(diào)壓井的尺寸，在電站設計中優(yōu)化設計，減小引水隧洞及壓カ鋼管斷面尺寸；減小壓力鋼管外包混凝土、隧洞襯砌厚度及配筋；減小壓力鋼管及配水環(huán)管的設計厚度；減小水輪發(fā)電機組的轉動慣量。降低工程投資費用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是提供一種沖擊式水輪機ー噴ー控流量裝置及方法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，一種沖擊式水輪機ー噴ー控流量裝置及方法，其特征是圖3、4所示，在水輪機轉輪5外圍安裝ー個筒形的流量控制裝置7，并通過支撐桿8與流量控制裝置7的筒體11連接，將流量控制器7固定在廠房二期混凝土 9上，不與水輪機連接。流量控制裝置7由筒體11和每ー個噴嘴射流器對應的流量調(diào)節(jié)孔10、類似閘門的流量調(diào)節(jié)板12、流量調(diào)節(jié)孔接力器13組成，詳見圖5、圖6。工作原理為通過調(diào)整流量控制裝置7上流量調(diào)節(jié)孔10的大小，代替現(xiàn)在機組中的外調(diào)節(jié)機構(折向器或分流器)的調(diào)節(jié)功能，來解決沖擊式水輪機存在的問題。本發(fā)明的優(yōu)點
1、取消了沖擊式水輪機噴嘴頭上的外調(diào)節(jié)機構(折向器或分流器)由流量控制裝置代替，流量控制裝置固定在廠房二期混凝土上，解決了外調(diào)節(jié)機構(折向器或分流器)對機組產(chǎn)生的振動及噪音；流量控制裝置是環(huán)繞轉輪一周，能徹底切斷噴嘴射流對轉輪的正面作用；能實現(xiàn)沖擊式水輪機真正意義上的雙重調(diào)節(jié)；
2、實現(xiàn)真正意義上的雙重調(diào)節(jié)，能提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性；
3、流量控制裝置對轉輪流量控制性好，當機組需要緊急停機吋，能有效的控制機組轉速上升和壓カ上升。因此，在水電站設計中，可以取消引水系統(tǒng)調(diào)壓井設置或有效的減小調(diào)壓井的尺寸，能減小引水隧洞及壓カ鋼管斷面尺寸；減小壓力鋼管外包混凝土、隧洞襯砌厚度及配筋；減小壓カ鋼管及配水環(huán)管的設計厚度；減小水輪發(fā)電機組的轉動慣量。降低工程投資費用。


下面結合實施例附圖對本發(fā)明作進ー步說明
圖1:是本發(fā)明原結構示意圖2的A-A剖面 圖2:是本發(fā)明原結構示意圖1的B-B剖面 圖3:是本發(fā)明實施例結構示意圖4的C-C剖面 圖4:是本發(fā)明實施例結構示意圖3的D-D剖面 圖5:是本發(fā)明流量控制裝置7實施例結構示意 圖6:是本發(fā)明流量控制裝置7實施例結構示意圖5中A放大圖。附圖標記如下1.外調(diào)節(jié)機構(折向器或分流器)、2.噴針、3.噴嘴、4.轉輪室、5.轉輪、6.水輪機、7.流量控制裝置、8.支撐桿、9. 二期混凝土、10.流量調(diào)節(jié)孔、11.筒體、12.流量調(diào)節(jié)板、13.流量調(diào)節(jié)孔接力器。
具體實施例方式 如圖3、4所示，在水輪機轉輪5外圍安裝ー個筒形的流量控制裝置7，并通過支撐桿8與流量控制裝置7的筒體11連接，將流量控制器7固定在廠房二期混凝土 9上。流量控制裝置7由圖5、6各部件組成，每ー個噴嘴3對應ー個流量調(diào)節(jié)孔10 (流量調(diào)節(jié)孔在每個噴嘴的射流軸線上，大小同射流直徑的最大值或比最大值大一點，根據(jù)設計確定)、流量調(diào)節(jié)板12、流量調(diào)節(jié)孔接力器13。當電站負荷突然減小，機組轉速上升，高水頭電站引水隧道、鋼管長度較長由于水擊壓カ升高的限制，水輪機噴針2不能迅速關小，這時通過連接在筒體11上的流量調(diào)節(jié)孔接力器13迅速驅(qū)動流量控制裝置7上的流量調(diào)節(jié)板12減小流量調(diào)節(jié)孔10切斷部分水流進入轉輪5，以控制機組轉速上升，然后將噴針2按照壓力上升的要求緩慢關小，轉速下降到一定值，流量調(diào)節(jié)孔接力器13再驅(qū)動流量調(diào)節(jié)板12開啟流量調(diào)節(jié)孔10，噴針2停止關閉，轉速再次上升，流量調(diào)節(jié)孔接力器13再次驅(qū)動調(diào)流板12減小流量調(diào)節(jié)孔10切斷部分水流進入轉輪5，控制機組轉速上升，噴針2再按照壓力上升的要求緩慢關小，這樣往復幾次，使噴嘴2開度調(diào)整到機組負荷所要求的開度，機組轉速穩(wěn)定在要求的轉速，隨后再通過流量調(diào)節(jié)孔接力器13，將流量調(diào)節(jié)孔10開啟到最初狀態(tài)(最大)；當電站機組甩負荷需要緊急停機時，迅速操作流量調(diào)節(jié)孔接力器13驅(qū)動流量調(diào)節(jié)板12將流量調(diào)節(jié)孔10全關閉，切斷水流進入轉輪5，控制機組轉速上升，隨后按照壓カ上升的要求緩慢的關閉噴針2，待噴針2完全關閉機組停穩(wěn)后再通過流量調(diào)節(jié)孔接力器13驅(qū)動流量調(diào)節(jié)板12是流量調(diào)節(jié)孔10開啟到最初狀態(tài)(最大)；當電站負荷増加，同常規(guī)調(diào)節(jié)相同噴針2開度増大。
權利要求
1.一種沖擊式水輪機一噴一控流量裝置及方法，其特征是圖3、4所示，在水輪機轉輪5外圍安裝一個筒形的流量控制裝置7，并通過支撐桿8與流量控制裝置7的筒體11連接，將流量控制器7固定在廠房二期混凝土 9上，不與水輪機連接，通過調(diào)整流量控制裝置7上流量調(diào)節(jié)孔10的大小，代替現(xiàn)在機組中的外調(diào)節(jié)機構(折向器或分流器)調(diào)節(jié)功能，解決了外調(diào)節(jié)機構(折向器或分流器)對機組產(chǎn)生的振動及噪音；流量控制裝置是環(huán)繞轉輪一周，能徹底切斷噴嘴射流對轉輪的正面作用；能實現(xiàn)沖擊式水輪機真正意義上的雙重調(diào)節(jié)。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種沖擊式水輪機一噴一控流量裝置及方法，其特征是流量控制裝置7由圖5、6各部件組成，每一個噴嘴3對應一個流量調(diào)節(jié)孔10 (流量調(diào)節(jié)孔在每個噴嘴的射流軸線上，大小同射流直徑的最大值或比最大值大一點，根據(jù)設計確定)、流量調(diào)節(jié)板12、流量調(diào)節(jié)孔接力器13.當電站負荷突然減小，機組轉速上升，高水頭電站引水隧道、鋼管長度較長由于水擊壓力升高的限制，水輪機噴針2不能迅速關小，這時通過連接在筒體11上的流量調(diào)節(jié)孔接力器13迅速驅(qū)動流量控制裝置7上的流量調(diào)節(jié)板12減小流量調(diào)節(jié)孔10切斷部分水流進入轉輪5，以控制機組轉速上升，然后將噴針2按照壓力上升的要求緩慢關小，轉速下降到一定值，流量調(diào)節(jié)孔接力器13再驅(qū)動流量調(diào)節(jié)板12開啟流量調(diào)節(jié)孔10，噴針2停止關閉，轉速再次上升，流量調(diào)節(jié)孔接力器13再次驅(qū)動調(diào)流板12減小流量調(diào)節(jié)孔10切斷部分水流進入轉輪5，控制機組轉速上升，噴針2再按照壓力上升的要求緩慢關小，這樣往復幾次，使噴嘴2開度調(diào)整到機組負荷所要求的開度，機組轉速穩(wěn)定在要求的轉速，隨后再通過流量調(diào)節(jié)孔接力器13，將流量調(diào)節(jié)孔10開啟到最初狀態(tài)(最大)；當電站機組甩負荷需要緊急停機時，迅速操作流量調(diào)節(jié)孔接力器13驅(qū)動流量調(diào)節(jié)板12將流量調(diào)節(jié)孔10全關閉，切斷水流進入轉輪5，控制機組轉速上升，隨后按照壓力上升的要求緩慢的關閉噴針2，待噴針2完全關閉機組停穩(wěn)后再通過流量調(diào)節(jié)孔接力器13驅(qū)動流量調(diào)節(jié)板12是流量調(diào)節(jié)孔10開啟到最初狀態(tài)(最大);當電站負荷增加，同常規(guī)調(diào)節(jié)相同噴針2開度增大。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種沖擊式水輪機一噴一控流量裝置及方法，其特征是流量控制裝置7對轉輪流量控制性好，當機組需要緊急停機時，能有效的控制機組轉速上升和壓力上升.因此，在水電站設計中，可以取消引水系統(tǒng)調(diào)壓井設置或有效的減小調(diào)壓井的尺寸，能減小引水隧洞及壓力鋼管斷面尺寸；減小壓力鋼管外包混凝土、隧洞襯砌厚度及配筋；減小壓力鋼管及配水環(huán)管的設計厚度；減小水輪發(fā)電機組的轉動慣量；降低工程投資費用。
全文摘要
在水輪機轉輪5外圍安裝一個筒形的流量控制裝置7，并通過支撐桿8與流量控制裝置7的筒體11連接,將流量控制器7固定在廠房二期混凝土9上,不與水輪機連接，通過調(diào)整流量控制裝置7上流量調(diào)節(jié)孔10的大小,代替現(xiàn)在機組中的外調(diào)節(jié)機構調(diào)節(jié)功能,解決沖擊式水輪機的調(diào)節(jié)問題，實現(xiàn)沖擊式水輪機的雙重調(diào)節(jié)。在水電站設計中，可以取消引水系統(tǒng)調(diào)壓井設置或有效的減小調(diào)壓井的尺寸，優(yōu)化工程設計，降低工程投資費用。特點:流量控制裝置7由通體11和每一個噴嘴射流器對應的流量調(diào)節(jié)孔10、流量調(diào)節(jié)板12、流量調(diào)節(jié)孔接力器13組成，詳見圖5、圖6,流量控制裝置控制流量對每個噴嘴單個控制。
文檔編號F03B15/20GK103016245SQ201310024760
公開日2013年4月3日 申請日期2013年1月24日 優(yōu)先權日2013年1月24日
發(fā)明者王耀洲, 王文超, 江淘莎, 王考, 王文芳, 王 忠 申請人:王耀洲