水力機械和防止這種機械磨損的方法

2023-04-30 07:04:36 1

專利名稱：水力機械和防止這種機械磨損的方法
水力4幾械和防止這種機械磨損的方法技術領域
本發明特別通過提供一種水力機械的新結構來解決這些問題，其 中，可以降低或者消除由流經該機械的主水流所造成的被溼潤表面的磨損， 因而這可提高該機械的工作壽命。
根據本發明的非限制性但優選的特點，這樣一種機械可以包括一 個或多個以下特徵[10所述噴射裝置包括調節輔助水流的流量和/或壓力的裝置。[11所述噴射裝置包括至少一個通道，所述通道用於構成輔助水流的 股流流動，所述通道的出口位於所述淨皮溼潤表面上或其附近。[12] 形成所述被潤溼表面的所述部件至少部分是中空的；並且，所述 部件的一部分設置有至少一孔，所述孔用作水在所述部件的內部容積與所 述被溼潤表面之間的通道。這樣，有利的是，所述部件包括孔列，所述孔 列在整體垂直於主水流前進方向的方向上延伸於這些孔敞開的區域內。[13所述形成被溼潤表面的部件是實心的，並且具有在所述表面處供 給輔助水流的供給通路。[14根據本發明的第一實施例，所述形成被溼潤表面的部件是用於導 引所述主水流至混流式水輪機的導流件或預導流件。[15] 根據本發明的另一實施例，所述部件是水輪機的、泵的或渦輪泵 的葉輪。這樣，所述水輪機是混流式水輪機，其葉片是中空的，且所述噴射裝置包括在至少一葉片的側壁內的孔，並且輸送管路既在所述水輪機的 固定部分內延伸，又在所述葉輪的頂蓋或帶部內延伸。[16根據本發明的第三實施例，表面被溼潤的部件限定環形入口部 位，其用於在迷宮密封中的主水流的一部分以形成水支承；而所述噴射裝 置集成在所述機械的固定部分內，並能將輔助水流導引到支撐被溼潤表面 的所述機械的旋轉部。[17! 根據本發明的第四實施例，所述包括被溼潤表面的部件是向水輪 機葉輪供水的噴射器；而所述噴射裝置能將輔助水流的一定量的水供給到 所述噴射器的針部的周表面上和/或噴射到形成針部座的表面上。[18]本發明還涉及防止如上所述的水力機械磨損的方法，特別的是， 該方法包括以下步驟[19減少構成主水流源頭的水流的一部分的磨粒含量，並且[20
在機械的,皮溼潤表面噴射來自所述水流的所述一部分的輔助水 流，其中所述水流的所述一部分的磨粒含量已經減少。[21有利的是，用以形成輔助水流的被噴射水的供給壓力和/或流量 使得該輔助水流在被溼潤表面與主水流之間形成水層，該水層中的磨粒 含量要小於主水流的磨粒含量。還可以確定，該方法只有在主水流磨粒含 量超過預定值時實施，例如在雨季時實施就是這種情況。


[22通過以下對遵循其原理的水力機械的四個實施例、和用於防止對 這種機械造成磨損的方法的描述，將更好地理解本發明並且將更加清楚地 揭示其他的優點，其僅作為示例提出並參考附圖，其中[23圖l示出了發電裝置的主要剖面圖，所述發電裝置包括符合本發 明的混流式水輪機；[241圖2是沿圖1的線II-II的局部放大剖面圖；[25圖3是圖2剖面中所示的導流件的透視圖；[26] 圖4是與圖3相似的導流件(directrix )視圖，其對應於本發明 第二實施例；[27圖5是與圖3相似的導流件視圖，其對應於本發明第三實施例；[28]圖6是沿圖1的線VI-VI的葉片的縱向截面圖； [29圖7是圖1中水輪機的迷宮密封入口槽的放大圖；及 [301圖8是噴射器原理的示意圖，所述噴射器用於控制水朝向與根據 本發明的培爾頓式水輪機(Pelton turbine )的溝道噴射。
具體實施方式
[31圖1所示的裝置I包括其葉輪2由供水箱3供水的混流式水輪機 1,推進輸送管路4在水輪機中開口。水輪機l與用於電力發電的交流發電 機5相結合。葉輪2具有位於頂蓋22和帶部23之間的葉片21。在供水箱 3和葉輪2之間具有一組預導流件6和一組導流件7，其功能是用於引導流 經葉輪2並且觸及葉片21的主水流Et，這樣引起葉輪2圍繞垂直軸線Z-Z， 的旋轉。預導流件6是固定的，但是每條導流件7可以圍繞平行於軸線Z-Z， 的軸線Z7樞轉以調節水流E,的速度。[32從圖2中可以看出，水流Ei觸及預導流件6的側表面61和導流 件7的側表面71。這樣，這些表面通常被水流E,溼潤。[33然而，特別在水路供給的輸送管路4通過的地理區域發生大雨或 水雪融化的期間，該水流含有大量的磨粒。這樣，水流E，會造成表面61 和71的過早磨損。為了限制表面71的這種磨損，導流件7是中空的，並 且從圍繞軸線Z-Z，呈圓形的輸送管路8供給具有相對較低含量磨粒的水 給它們各自的內部容積72，該輸送管路由圖1中以相當示意的方式示出的 所謂的"去砂水"系統9供應。[34] 該去砂水系統除去輸送管路4中承載的水流中所存在的部分磨 粒，並且包括沉澱池91，水通過支路92以適當的速度供送到該沉澱池內， 支路92的開口位於輸送管路4內，或者根據本發明未示出的變型，開口於 供給該輸送管路的水庫中或開口在位於水輪機l下遊的水壩中。因此，供 給輸送管路8的水是構成水流E，源頭的水流Efl的部分水流E'o。在支路 92中流動的水可以注入槽91中，這樣，磨粒93可以沉澱至槽91的底部， 並且使通過下遊管道94供給輸送管路8的水的磨粒含量比主水流E，的磨 粒含量要低得多。[35顯然，可在本發明的範圍內使用其他的去砂系統，例如水力旋流[36輸送管路8通過在水輪機1的固定部分內部延伸的管道82與每 一導流件7的內部容積72連接。對於每一導流件7都有一管道82。這樣， 水從管道8供給到各導流件7的內部容積72，該水稱為"乾淨"的水，即其 具有的磨粒含量要遠低於主水流E"[37構成導流件7側面的金屬的盤或翼標記為73，其外表面形成表面 71。每一盤73具有一組連接容積72和表面71的圓形孔74。這樣，當裝 置I工作時，來自輸送管路8的水流經孔74，形成股流F2，這些股流沿著 表面71組成輔助水流E2，其流量小於主水流Ej。[38這樣，根據本發明，表面71被水流E！和E2兩者溼潤。[39通過對孔74的位置和橫截面、供給容積72的淨水的流量和/或 壓力進行適當選擇，流動在表面71上的各股流F2可以結合，這樣水流E2 形成一個連續的或幾乎連續的將水流Ei與表面71的部分或全部隔離開的 淨水層C2。這樣可以防止水流Ei中存在的磨粒接觸或衝擊表面71。[40
這些孔74按列位於每一盤73上，所述列沿平行於軸線Z7並且 垂直水流Ei方向的鄰近相應表面71的直線Di或D 延伸。這樣，來自孔 74的淨水的股流在水流Ei的高度範圍內流經表面71。[41
如圖4所示，可以在壁73中使用一組延伸槽75以替代一組圓形 孔74，沿著導流件7的縱向軸線X7每個槽相對於其他的槽錯開，以便在 這些槽的位置處不會降低壁73的機械強度。[42槽75在平行於直線D和Di，的方向上延伸，直線Di和D 平行 於軸線Z7並且在緊鄰表面71處垂直於水流Ep這允許淨水股流F2在水 流Ej的高度內分布。根據本發明未示出的變型，槽75在平行於軸線X7 的方向上延伸，這樣使得它們整體平行於水流Eh[43
孔74和槽75位於表面71的上遊部分，這4吏得股流F2在表面71 上於孔74或槽75的下遊部分進行結合，以形成輔助水流E2。[44如圖5所示，圓形孔76在壁73上和表面71的大部分上分布， 這使得在這些表面的大部分上形成淨水股流F2。[45] 如圖3中所示的實施例，屬於圖4和5中實施例的輔助水流E2 的淨水股流F2傾向於相對圍繞導流件7流動的水流Et隔離開表面71。如圖3中所示的實施例，股流F2可結合以形成淨水層C2，所述淨水層相對 於水流Ei隔離開表面71的全部或部分。[461 根據本發明未示出的一變型，預導流件6也可以是中空的並且具 有允許淨水股流在它們的外表面61上流動的孔或槽。[47特別如圖6所示，其中，線I-I代表圖l截面在一葉片處的平面， 本發明還可以在葉輪2的葉片21中實施。葉片21的側表面由標記211表 示，它們的內部中空容積212限定在兩壁213之間，並通過焊接每一葉片 21的前緣214和後緣215附近組裝而成的金屬盤而形成。每一壁213具有 位於前緣214附近的一組孔216，這樣，當將淨水供給容積212時，淨水 股流F2可以從容積212朝向並沿著表面211流動。[48] 為了做到這一點，管道83連接輸送管路8至位於頂蓋22上方的 環形空間84。所述頂蓋具有允許供給每一葉片21的內部容積212的開口 221。這樣，通過輸送管路向葉片21的內部容積212提供淨水，該輸送管 路在水輪機的固定部分例如管83內、在葉輪2與所述固定部分之間例如容 積84內延伸，也在葉輪2例如開口 221中延伸。作為另一變型，向容積 212提供淨水的輸送管路不是通過頂蓋22，而是可通過帶部23。[49
這些孔216按彎曲列的形式位於表面211的頂部中，所述彎曲列 遵循每一葉片21的輪廓的幾何形狀，並在葉輪2中垂直於水流E2。[50這樣，使通過從孔216流出的股流F2的匯合產生輔助水流E2就 成為可能，該水流包括相對較少的磨粒，並使得其隔離開主水流E1與表 面211。[51根據本發明未示出的變型，孔216並不是恰好位於前緣214附近。 例如，它們可以是成組的處在後緣215附近，在靠近帶部23的區域中，或 者這些孔幾乎分布全部表面211上，或者上述二者，以類似在圖5中設想 為導流件的方式。[521 此外，導流件7和葉片可以是部分中空的。水輪機l的這些部件 甚至可以是實心的，這樣，它們將具有內部通道以傳送水流E2至表面71 和211。[531 輸送管路4中的水流標記為Ee。水流E。是水流E，和E2的源頭， 並且構成水輪^L1內的總水流。[54如圖7所示，本發明也可以在限制於水輪^L的固定部分11和葉 輪2之間的槽f的位置處使用；該槽用於提供用於水流Eo的部分E3的朝 向一未示出的迷宮密封的通道，其以已知的方式形成水支承。帶部23的表 面標記為231，示出槽f的邊緣。在表面231的對面和部分ll中，具有多 個通過未示出的管道供給來自輸送管路8的淨水的孔114。孔114允許朝 表面231傳送淨水股流F2，這樣產生輔助水流E2並且防止它接觸可能含有大量磨粒的水流E3。[55]就一種變型而言，如果選擇的槽f的寬度相對葉輪直徑非常小， 其通過自身可以形成迷宮密封。這樣，水流E2根據其流量可以防止水流 E3的產生。換句話說，只有水流E2流經槽f,然後水流E。與水流Ei和E2 的總和相等。[56] 從圖8中可以看出，本發明還可以應用在具有朝向未示出的衝擊 式水輪機的水鬥的水噴射器IO中；該噴射器包括固定主體101、和相對於 固定主體101沿著軸線X^側向移動的針部102。針部102是中空的並且 配設有通過管道105被供給淨水的一排孔104,管道105連接到與第一實 施例中的輸送管路8相似的輸送管路。這允許在針部102的外周面103上 形成輔助水流E2，輔助水流E2由股流F2形成；該輔助水流傾向於隔離表 面103與流過噴射器10的可能具有高含量磨粒的主水流ElD孔104在噴 射器10中圍繞著垂直於主水流Ei的針部102的前軸線按一成角度的排排 列。[57] 根據本發明的一未示出的變型，噴射器10的座106也可在內表 面107處設置有噴射淨水的裝置，其朝向針部102定向，所述裝置可附加 於針部或者替代針部102。[58根據另一變型，針部102可是實心的。這樣，管道105被分成多 個輸送管路以供應孔104。也可以在針部102內設置一用於在孔104之間 配送來自管道105的淨水的環形室。[59] 為了向被溼潤表面71分配淨水而向孔或槽提供的流量和/或供給 壓力，及同樣地由此水流E2的流量和/或壓力，能與水流Ei的壓力或流量 相適應。為了達到這一點，可以使用安裝在連接所述系統9與輸送管路8 的輸送管路94上的增壓泵95。就一種變型而言，增壓泵可以安裝在管道82和83上。就一種變型而言，也可以使用節流裝置以控制股流F2的流量 和/或壓力。[60本發明的實施可以在時間上受到限制，並且特別是在流經該機械 的構成主水流的水載有大量磨粒的期間專用的，例如在雨季或水雪融化的 時期。為了做到這一點，用於測量水流Ei中的磨粒含量的裝置設置在設備 I中。[61J 本發明並不局限於所描述的實施方式，並且可以在水力機械的可 能具有較高含量磨粒的主水流的其他部分中應用，例如，在安裝有它們的 導流件7與輸送管路的上下法蘭之間的功能性間隙處。本發明也可以在衝 擊式水輪機的水鬥處應用或用於保護任意的被溼潤表面，包括水膜座表面， 例如混流式水輪機葉輪的頂蓋的上表面。
權利要求
1. 一種主水流(E1)流經的水力機械，包括至少一部件(2；7；10)，其表面(71；103；211；231)被所述的主水流(E1)溼潤；和噴射裝置(8；9；74；75；76；104；114；216)，其在被溼潤表面處噴射輔助水流(E2)，其特徵在於所述噴射裝置包括減少裝置(9)，其減少構成所述主水流(E1)源頭的水流(E0)的一部分(E』0)的磨粒含量；和從所述減少裝置(9)朝所述被溼潤表面(71；103；211；231)輸送輔助水流(E2)的裝置(8；74；75；76；104；114；216)，輔助水流(E2)的磨粒含量低於主水流(E1)的磨粒含量。
2. 根據權利要求1所述的機械，其特徵在於所述噴射裝置(8; 9; 74; 75; 76; 104; 114; 216)包括調節輔助水流(Ej的流量和/或壓力 的裝置(95)。
3. 根據以上任一權利要求所述的機械，其特徵在於所述噴射裝置 包括至少一個通道(74; 76; 104; 114; 216)，所述通道用於構成輔助水 流(E2)的股流(F2)流動，所述通道的出口位於所述被溼潤表面(71; 103; 211)上或其附近。
4. 根據權利要求3所述的機械，其特徵在於所述部件(7; 2; 10) 至少部分是中空的；並且，所述部件的一部分設置有至少一孔(74; 75; 76; 104; 114; 216),所述孔用作水在所述部件的內部容積(72; 212) 與所述被溼潤表面(71; 103; 211)之間的通道。
5. 根據權利要求4所述的機械，其特徵在於所述部件包括孔列(74; 75; 104; 216)，所述孔列在整體垂直於主水流(Ei)前進方向的方向(D!; Df)上延伸於這些孔敞開的區域(71; 103; 211)內。
6. 根據權利要求3所述的機械，其特徵在於所述部件(7; 2; 10) 是實心的，並且具有在被溼潤表面(71; 103; 211; 231)處供給輔助水流 的供給通路。
7. 根據以上任一權利要求所述的機械，其特徵在於所述部件是用 於導引所述主水流(E,)至混流式水輪機(1)的導流件(7)或預導流件
8. 根據權利要求1至6中任一項所述的機械，其特徵在於所述部件 是水輪機(1)的、泵的或渦輪泵的葉輪(2)。
9. 根據權利要求8所述的機械，其特徵在於所述水輪機是混流式 水輪機(l),其葉片是中空的，且所述噴射裝置包括在至少一葉片的側壁(213)內的孔(216)，並且輸送管路(83; 84; 221)既在所述水輪機的 固定部分內延伸，又在所述葉輪的頂蓋(22)或帶部(23)內延伸。
10. 根據權利要求1至6中任一項所述的機械，其特徵在於所述部 件限定環形空間(f),該環形空間用於在迷宮中引入主水流(E，)的一部 分(E、)以形成水支承；並且，所述噴射裝置(114)集成在所述機械的 固定部分(11)內，並能將輔助水流(E2)導引到支撐被溼潤表面(231) 的所述機械的旋轉部(2)。
11. 根據權利要求1至6中任一項所述的機械，其特徵在於所述部 件是作用於水輪機葉輪的水噴射器(10);並且，所述噴射裝置能將輔助 水流(E2)噴射到所述噴射器的針部(102)的周表面(103)上和/或噴射 到形成針部座(106)的表面(107)上。
12. —種用於防止主水流(Ej流經的水力機械(l)出現磨損的方法， 所述才幾械包括表面(71; 103; 211; 231);故該主水流溼潤的部件(2; 7; 10)，其特徵在於所述方法包括如下步驟減少構成主水流(EJ源頭的水流(Eo)的一部分(E'q)的磨粒含量；以及在被溼潤表面(71; 103; 211; 231)噴射(F2)來自所述水流(E0) 的所述一部分(E'o)的輔助水流(E2)，其中所述水流的所述一部分的磨 粒含量已經減少。
13. 如權利要求12所述的方法，其特徵在於用以形成輔助水流(EJ 的被噴射水(F"的供給壓力和/或流量使得該輔助水流在被溼潤表面與 主水流(E。之間形成水層(C2)，該水層中的磨粒含量要小於主水流的 磨粒含量。
14. 如權利要求12或13所述的方法，其特徵在於只有當主水流(Ei) 的磨粒含量高於預定值時才應用所述方法。
全文摘要
一種主水流(E1)流經的水力機械，包括至少一部件(2；7)，其表面(71；211)被所述的主水流(E1)溼潤；和噴射裝置(74；216)，其在被溼潤表面(71)噴射輔助水流。該水力機械還包括減少裝置(9)，其減少構成所述主水流(E1)源頭的水流(E0)的一部分(E』0)的磨粒含量；和從所述減少裝置(9)朝所述被溼潤表面(71；211)輸送輔助水流的裝置(8；74；216)，輔助水流的磨粒含量低於主水流(E1)的磨粒含量。這樣保護被溼潤表面(71；211)不受主水流(E1)中所含磨粒的磨損。
文檔編號F03B11/00GK101280759SQ200810100369
公開日2008年10月8日 申請日期2008年3月19日 優先權日2007年3月20日
發明者F·馬祖吉, M·庫斯東, M·特拉韋爾薩茲, R·帕維萊 申請人:阿爾斯通水電設備法國公司