專利名稱：軸向輻流式水輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種水力發(fā)電用原動(dòng)機(jī)，屬水輪機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
本發(fā)明按其水流作用來分，它屬于反擊式水輪機(jī)，按其轉(zhuǎn)輪區(qū)內(nèi)的水流相對于水輪機(jī)軸的流動(dòng)方向來分，它屬于混流式水輪機(jī)。
本發(fā)明的水流流經(jīng)轉(zhuǎn)輪進(jìn)出口的軸面流動(dòng)方向是由軸向至輻向流動(dòng)，它與國際上以美國人法蘭西斯命名的輻向至軸向流動(dòng)的一般混流式水輪機(jī)不同。
本發(fā)明轉(zhuǎn)輪外緣出口設(shè)置有可調(diào)的筒伐，用以調(diào)節(jié)水輪機(jī)的過流量，它與一般混流式水輪機(jī)的導(dǎo)葉不同，與本發(fā)明人所發(fā)明的轉(zhuǎn)輪出口可調(diào)式水輪機(jī)設(shè)置在轉(zhuǎn)輪內(nèi)緣出口處的導(dǎo)流錐也不同。
一般混流式水輪機(jī)請參見“機(jī)械工程”水輪機(jī)篇，轉(zhuǎn)輪出口可調(diào)式水輪機(jī)請參見發(fā)明專利申請92108047.6。
鑒于本發(fā)明的水流流動(dòng)方向特征以及采用了可調(diào)筒伐，與一般混流式水輪機(jī)相比，具有較多的優(yōu)點(diǎn)，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步論述

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，也是大中型水電站立軸水輪發(fā)電機(jī)組采用本發(fā)明的典型實(shí)施例之一。
參見圖1，上游水流通過引水管〔1〕流經(jīng)蝸殼〔2〕、固定導(dǎo)葉管段〔3〕、轉(zhuǎn)輪〔4〕、筒伐〔5〕和尾水管〔6〕后泄入下游。水輪機(jī)頂蓋分為外頂蓋〔7〕和內(nèi)頂蓋〔8〕，操作筒伐的6個(gè)接力器〔9〕安在外頂蓋〔7〕上。尾水管〔6〕由環(huán)流段〔10〕、導(dǎo)流墩〔11〕、擴(kuò)散段〔12〕和支墩〔13〕組成。
引水管〔1〕、蝸殼〔2〕和固定導(dǎo)葉管段〔3〕位于轉(zhuǎn)輪〔4〕的下方，由于蝸殼〔2〕以最緊湊的尺寸將引水管的水流轉(zhuǎn)～90°后經(jīng)固定導(dǎo)葉進(jìn)入轉(zhuǎn)輪，因此，引水管〔1〕離轉(zhuǎn)輪〔4〕的高度和蝸殼〔2〕本身的平面最大寬度均比一般混流式水輪機(jī)小很多，這樣，可節(jié)省電站大量建筑工程投資。
固定導(dǎo)葉管段〔3〕布置在蝸殼〔2〕的出口處，固定導(dǎo)葉將帶環(huán)量的水流軸向引入轉(zhuǎn)輪，并作為水壓力的承受部件與蝸殼〔2〕結(jié)合成一體。
本發(fā)明是以轉(zhuǎn)輪〔4〕的外緣出口直徑D定為水輪機(jī)的特征尺寸。為了實(shí)現(xiàn)設(shè)置筒伐〔5〕進(jìn)行轉(zhuǎn)輪出口調(diào)節(jié)，各葉片的出水邊均要求落在同一直徑的圓柱面上，所以，外緣出口直徑既是出水邊直徑，也是筒伐〔5〕的特征尺寸。根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征，該直徑幾乎也可作為轉(zhuǎn)輪〔4〕和尾水管〔5〕的進(jìn)口直徑，以及固定導(dǎo)葉管段〔3〕的出口直徑或蝸殼的特征尺寸。
水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)水邊直徑有關(guān)，進(jìn)水邊平均直徑愈小轉(zhuǎn)速愈高，本發(fā)明的水流沿軸向進(jìn)入轉(zhuǎn)輪，進(jìn)水邊平均直徑小，水輪機(jī)轉(zhuǎn)速便具有較一般混流式水輪機(jī)高的特點(diǎn)。
作用到轉(zhuǎn)輪〔4〕上的水推力，由于水流從下方進(jìn)入，所以，其方向與立軸水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部件重量的作用方向相反，當(dāng)水推力大于重量時(shí)，軸向推力負(fù)荷向上，轉(zhuǎn)動(dòng)部件上抬，為避免此種現(xiàn)象的產(chǎn)生，可在轉(zhuǎn)輪〔4〕的上冠和法蘭之間開傳壓孔或者從引水管〔1〕引壓力水至內(nèi)頂蓋〔8〕和轉(zhuǎn)輪〔4〕間的空腔內(nèi)，使腔內(nèi)壓力達(dá)到不使轉(zhuǎn)動(dòng)部件上抬，又達(dá)到推力軸承最大負(fù)荷不超過轉(zhuǎn)動(dòng)部件總重。這樣，軸向推力負(fù)荷已不再成為設(shè)計(jì)巨型機(jī)組的控制因素。
筒伐〔5〕設(shè)置在轉(zhuǎn)輪〔4〕的外緣出口處，它是可調(diào)的，圖1中右邊為全關(guān)位置，左邊為全開位置。由安裝在外頂蓋〔7〕上的6個(gè)油壓接力器〔9〕操作筒伐沿轉(zhuǎn)輪〔4〕的出水邊作上下直線運(yùn)動(dòng)，以改變轉(zhuǎn)輪出口面積而達(dá)到改變水輪機(jī)過流量的目的。由于筒伐〔5〕全關(guān)時(shí)的密封性能良好，電站設(shè)計(jì)中可考慮省略或簡化進(jìn)出口閘門。
根據(jù)轉(zhuǎn)輪〔4〕的出口條件，本發(fā)明采用的是環(huán)流型尾水管〔6〕，它是由環(huán)流段〔10〕和擴(kuò)散段〔12〕兩部分組成。環(huán)流段設(shè)有6個(gè)作為筒伐導(dǎo)向和支承用的導(dǎo)流墩〔11〕。擴(kuò)散段〔12〕設(shè)有2～3個(gè)與導(dǎo)流墩〔11〕連接的支墩〔13〕。當(dāng)水流自轉(zhuǎn)輪〔4〕出口進(jìn)入環(huán)流段〔10〕后，分成兩半流向擴(kuò)散段〔12〕。當(dāng)水流自轉(zhuǎn)輪〔4〕法向出流時(shí)，兩半水流流態(tài)是對稱的，帶有環(huán)量出流時(shí)，將影響兩半水流的對稱性，但由于轉(zhuǎn)輪出口是可調(diào)的，轉(zhuǎn)輪〔4〕的出流環(huán)量變化較小，因此影響很小。在水頭變化幅度大的情況下，尾水管環(huán)流段〔10〕內(nèi)將會(huì)產(chǎn)生非整體的偏流，但絕不會(huì)產(chǎn)生一般混流式水輪機(jī)的肘型尾水管內(nèi)出現(xiàn)偏心渦帶所引起危害機(jī)組正常運(yùn)行的尾水管壓力脈動(dòng)。
圖2是巨型水輪機(jī)過流部件示意圖，也是本發(fā)明采用雙層蝸殼的實(shí)施例之一。
參見圖2，上游水流通過兩根引水管〔1〕流經(jīng)雙層蝸殼〔2〕、內(nèi)外固定導(dǎo)葉管段〔3〕、轉(zhuǎn)輪〔4〕、筒伐〔5〕和尾水管〔6〕后泄入下游。
對于巨型水輪發(fā)電機(jī)來講，存在主要技術(shù)問題，首先是推力軸承負(fù)荷和蝸殼進(jìn)口段的鋼板材料問題。采用本發(fā)明后，推力軸承負(fù)荷問題的解決已于圖1實(shí)施例中論述，而蝸殼鋼板材料問題，通過雙層蝸殼引水方式，同樣可獲得圓滿解決。
圖示雙層蝸殼〔2〕的上層蝸殼和下層蝸殼各自和引水管連接，上層蝸殼將水流轉(zhuǎn)向外固定導(dǎo)葉進(jìn)入轉(zhuǎn)輪〔4〕，而下層蝸殼將水流轉(zhuǎn)向內(nèi)固定導(dǎo)葉管段進(jìn)入轉(zhuǎn)輪〔4〕。
與圖1中的單蝸殼相比，雙層蝸殼的平面相對總寬度又縮小了，下層蝸殼的最大相對深度雖深了許多，但還比一般混流式水輪機(jī)尾水管的最大相對深度小。
除以上兩項(xiàng)圖示實(shí)施例以外，本發(fā)明還適用于中小型不設(shè)蝸殼〔2〕的臥式機(jī)組和燈泡式機(jī)組，此時(shí)，固定導(dǎo)葉管段〔3〕與引水管〔1〕直接連接。
權(quán)利要求
1.一種軸向輻流式水輪機(jī)，其過流部件由引水管[1]、蝸殼[2]、固定導(dǎo)葉管段[3]、轉(zhuǎn)輪[4]、筒伐[5]以及尾水管[6]等組成，其特征在于水流進(jìn)入轉(zhuǎn)輪前的軸面流動(dòng)方向?yàn)檩S向，而離開轉(zhuǎn)輪后為非軸向；
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的軸向輻流式水輪機(jī)，其特征在于作用在水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪上的水推力與立軸轉(zhuǎn)動(dòng)部件重量的方向相反;
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸向輻流式水輪機(jī)，其特征在于轉(zhuǎn)輪外緣設(shè)置可調(diào)的筒伐〔5〕，用以根據(jù)機(jī)組負(fù)荷的要求改變轉(zhuǎn)輪出口面積，實(shí)現(xiàn)對水輪機(jī)過流量的調(diào)節(jié);
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸向輻流式水輪機(jī)，其特征在于蝸殼〔2〕以最緊湊的尺寸將引水管〔1〕內(nèi)不帶環(huán)量的水流轉(zhuǎn)～90°并形成帶有一定環(huán)量的水流經(jīng)固定導(dǎo)葉管段〔3〕進(jìn)入轉(zhuǎn)輪。
全文摘要
本發(fā)明是一種軸向輻流式水輪機(jī)，其水流的軸面流動(dòng)方向與一般混流式水輪機(jī)相反，因而，蝸殼與尾水管的相對位置以及軸向水推力的方向均相反，這樣，水輪發(fā)電機(jī)組的比轉(zhuǎn)速提高，總體尺寸縮小并極大降低軸向推力負(fù)荷。水輪機(jī)采用設(shè)置在轉(zhuǎn)輪外緣出口處的可調(diào)筒閥進(jìn)行過流量的調(diào)節(jié)后，各項(xiàng)水力性能均將有所改善。采用雙蝸殼引水系統(tǒng)時(shí)，將有可能設(shè)計(jì)制造1000MW級以上的水輪發(fā)電機(jī)組。
文檔編號(hào)F03B3/00GK1083901SQ92108270
公開日1994年3月16日 申請日期1992年9月4日 優(yōu)先權(quán)日1992年9月4日
發(fā)明者陳祥枝, 龍永福 申請人:陳麗