CN103429886B - 附属于水力机械的曲线形导管及用于佩尔顿水轮机转轮的分配组件和水力机械 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种附属于水力机械的曲线形导管（2），所述曲线形导管（2）用于引导水流。所述曲线形导管（2）具有固定到所述曲线形导管（2）的内壁（22）上并且包含开口的翅片（8）。
Description
技术领域
本发明涉及一种附属于水力机械的曲线形导管及用于佩尔顿水轮机转轮的分配组件和包括所述曲线形导管的水力机械。
背景技术
当水流进到曲线形导管时，水流受到离心加速的作用。具体来说，在附属于水利机械并意在向佩尔顿水轮机转轮供水的曲线形导管中，水流沿着曲线轨迹流动，沿所述曲线轨迹流动使水流受到离心加速作用。如示出了曲线形导管C横截面中的等压线的图1所示，所述离心加速在所述曲线形导管C的弯曲处的内壁INT和外壁EXT之间产生了压强梯度。所述等压线显示出，现有技术的分配组件中的水流分布是不均匀的。
在所述曲线形导管中央区域产生的所述压强梯度引发了沿着管壁的水在所述内壁INT和所述外壁EXT之间的圆周循环。
所述水流主要在所述曲线形导管C的纵向上流动，但是还有横切于所述曲线形导管C纵向方向循环的二次流（例如，在图1中的平面上）。但是，对于所述分配组件，所述二次流减少了在所述分配组件的排出端用于使佩尔顿水轮机转轮转动的每束水流的动能。如图2所示，归因于所述二次流，在所述分配组件排出端的水流束具有非圆柱形的形状并且被偏离。这样，所述二次流影响了佩尔顿水轮机的效率。
FR-A-1 064 617公开了一种用于水力机械的弯曲的喷射导管。三个用于对水流进行导向的翅片被固定到所述导管的内部，并且根据所述导管的曲率进行定向。所述翅片不能令人满意地减小影响水利机械效率的二次流的速度。
发明内容
鉴于这些缺点，本发明旨在通过提出一种引导水流的曲线形导管来具体解决上述缺点，所述曲线形导管使导管中的水流的动能和所述导管排出端的水流束的动能最大化。
为了达到这个效果，本发明意在提出一种附属于水力机械并且旨在引导水流的曲线形导管。所述曲线形导管具有固定在其内壁上的翅片。根据本发明，所述翅片包含开口。
由于本发明，所述曲线形导管中的水流松散的散布，即与出现在现有技术的曲线形导管中的二次流速度相比，所述二次流的速度被降低。
根据本发明的有益方面，考虑所有的技术可行的组合，所述曲线形导管可包含下述特征中的一个或几个：
-在所述曲线形导管的横截面中，垂直于所述翅片的纵向轴线测量的每个所述翅片的高度为所述曲线形导管内径的百分之一到十分之一。
–在所述曲线形导管的横截面中，所述翅片构成了整个截面的孔网。
–所述开口是圆形的并且每个所述开口的直径为所述曲线形导管的内径的万分之五到千分之五。
–所述开口具有非圆形的的形状。
–所述翅片的纵向轴线平行于所述曲线形导管的纵向轴线。
–所述翅片的纵向轴线相对于所述曲线形导管的纵向轴线是倾斜的。
–所述翅片是具有几行所述开口的网格。
本发明还意在提出一种用于佩尔顿水轮机转轮的分配组件，该分配组件包含至少一个所述曲线形导管。
最后，本发明意在提出一种水力机械，该水力机械包含至少一个所述曲线形导管或包含所述分配组件。
附图说明
参考附图并以示例的方式提供了下文中根据其原理对所述曲线形导管和佩尔顿水轮机进行的描述，这样本发明将能够更好的理解并且其他的优点可以更清楚的呈现，其中：
图1为现有技术的分配组件的横截面，横截面上示出了水流中的等压线；
图2为图1中的分配组件的排出端处的水流束的透视图；
图3为根据本发明的分配组件沿着管环部分的赤道平面的剖面，所述管环部分由分配导管形成；
图4为沿图3中IV-IV线的剖面图；
图5配备在图3中的分配组件上的翅片的前视图；
图6是根据本发明的第二实施例的导管的类似于图4的剖面图；以及
图7是根据本发明的第三实施例的导管的类似于图4的剖面图。
具体实施方式
图3示出了旨在用于向本身已知的佩尔顿水轮机转轮R供水的分配组件或分配器1。所述转轮R整体上具有沿着轴线Y的旋转对称性，转轮R旨在绕所述轴线Y旋转。所述轴线Y垂直于图3的平面。
入口管路E为所述分配器1带来用箭头FE表示的水流。所述入口管路E位于所述分配器1的上游。在本申请中，术语″上游″和″下游″大体上参照包含所述分配器1和所述转轮R的水力机械中的水流的流动方向。
所述分配器1包含一个分配导管2和数量可在一到六之间的多个喷射导管。在此示例中，示出了五个喷射导管41、42、43、44和45，所述五个喷射导管41、42、43、44和45由始于所述分配导管2朝向所述转轮R的定向开孔形成。所述分配导管2整体上具有部分管环形状，所述管环形状的回转轴大体上平行于所述轴线Y。
X2代表所述分配导管2的曲线形纵向轴线，所述曲线形纵向轴线服从所述分配导管2的曲率。所述轴X2从所述分配导管2的每个横截面的中间穿过。
每个喷射导管41到45都被连接到分配导管2上。因此，来自于输入导管E的水流量的一部分被分配导管2向着每个喷射导管41到45引流。水流由此从分配导管2朝向每个喷射导管41到45流动。
喷射导管41到45围绕所述转轮R所占据的位置分布。所述喷射管41到45围绕轴线Y并在所述转轮R的***均匀分布。两个连续的喷射导管（例如喷射导管44和45）由此被一个大约为72°的角A4隔开。
每个喷射导管41到45被用这种方式进行排列以使水喷射到所述转轮R的水斗中，这使得有可能驱动所述转轮R围绕它的所述轴线Y旋转。所述分配器1、所述转轮R和所述入口管路E一起形成一种佩尔顿水轮机类型的水利机械。
每个所述喷射管41到45的各自位于分配导管2的正对面的末端410、420、430、440、450装有一个朝所述转轮R的水斗喷射水流束J的喷嘴。一个本身已知的机械装置被安装到所述分配器1上以便启动每个所述喷嘴的喷针（未示出）。在所述水流束J中，流速大体上沿着每个所述喷射导管41到45的相应的纵向方向X41、X42、X43、X44、X45延伸。
如图3所示，所述分配导管2整体上为轴线Y的部分管环形状。所述的术语“部分”表示管环“沿圆圈”以小于350°的管环角A2延伸。此处所述管环角A2大约为280°。转而言之，所述分配导管的形状为“开口的”管环。
进入到所述分配导管2的全部水流FE被所述喷射导管41到45排出。然后每个所述喷射导管41到45朝所述转轮R的水斗喷射水流束J。之后，水流在被至少一个出口管路（未示出）排放前被机构6收集。
所述分配导管2装有几个翅片8（如图3中的点划线所示）。所述翅片8被固定在所述分配导管2的内部并且在所述喷射导管41和所述喷射导管42之间延伸。更精确的说，在所示示例中，所述翅片8从位于所述喷射导管41下游的直线L1开始延伸，直到位于所述喷射导管42上游的直线L2处。另外，所述翅片8可装在所述分配器1的其它部分上，例如配置在至少一个所述喷射导管41到45上或所述分配导管2的至少一个其他部分上，甚至是整个所述分配导管上。
图5部分示出了所述翅片8。每个所述翅片8具有薄带状形状，并且具有纵向轴线X8。H8表示垂直于所述纵向轴线X8测得的每个所述翅片的高度。
每个所述翅片8被开口10贯通，所述开口10沿所述纵向轴线X8分布。所述开口10是圆形的并且D10表示它们的直径。所述直径D10是所述开口10的最大尺寸。d10表示两个邻接的所述开口10的中心之间的距离。
图4示出了所述分配导管2装有所述翅片8的部分的横截面。所述翅片8被固定到所述分配导管2的内壁22上。所述分配导管2装有若干围绕其横截面均匀分布的所述翅片。在所述分配导管2的横截面中，所述翅片径向延伸，即沿所述横截面的中心（即轴线X2穿过处）的方向延伸。但是，在一种可替代的情况中（未示出），所述翅片8可为非径向延伸的。
D2表示所述分配导管2的内径，即所述分配导管2的内表面22的直径。优选地但非必须地，所述开口10的直径D10为所述直径D2的万分之五到千分之五。另外，优选地但非必须地，所述高度H8为所述直径D2的百分之一到十分之一。
每个所述翅片8的纵向轴线X8平行于纵向轴线X2，即所述翅片8服从所述分配导管2的曲率。在一种可替代的情况中（未示出），至少一个所述翅片8的纵向轴线X8相对于所述分配导管2的纵向轴线X2可以是倾斜的。例如，至少一个所述翅片8的纵向轴线X8可在所述分配导管2内螺旋状延伸。
优选但可选择地，两个邻接的所述翅片8的所述开口10可沿所述纵向轴线X2相对于彼此偏离。这样，当二次流沿所述分配导管2的内表面22切向循环并且经过第一个翅片8的所述开口10时，所述二次流遇到了由第二个翅片8中位于两个邻接的开口10之间的部分所形成的障碍物。
在运行中，所述水流FE被带到分配组件1的所述入口管路E中。所述水流FE穿过所述入口管路E。所述水流FE在所述入口管路E的排出端处被一分为二。所述水流FE的第一部分被引导到所述喷射导管41中并且所述水流FE的第二部分在所述分配导管2中沿所述直线L1的方向循环。因为所述分配导管2位于所述直线L1和L2之间的部分是曲线形的，所述二次流在所述分配导管2的内壁22附近形成。所述二次流是横向的，即它们与平行于所述轴线X2的主要水流垂直，所述主要水流在所述分配导管2的中央区域中循环。
通过沿所述内壁22循环，所述二次流遇到所述翅片8并且穿过所述开口10。通过穿过所述开口10，所述二次流在到达所述分配导管2的中央区域之前被消耗，这就阻止了所述二次流干扰所述主要水流。
所述翅片8和所述开口10的排列以及它们的尺寸被设计为可对所述二次流的动能消耗进行优化。
由于相对于所述分配导管2的直径而言所述翅片8的较小的高度H8，所述翅片8对主要水流仅有很小的冲击。另外，两个相邻的所述翅片8的所述开口10之间的偏离允许对所述二次流的消耗进行优化。
由于本发明，在所述喷射导管41、42、43、44和45的排出端处，所述水流束J没有被偏离，即所述水流束各自平行于相应的轴线X41、X42、X43、X44和X45。这样就优化了佩尔顿水轮机的效率。
在一种可替代的情况中（未示出），所述翅片8可包含至少两行所述开口10，每行所述开口10都沿着平行于所述翅片8的纵向轴线X8的轴线排列。
在一种可替代的情况中（未示出），所述开口10具有非圆的形状。例如，所述开口10可以是椭圆形的、正方形的或是多边形的。在这种情况下，根据对角线测量的所述正方形的开口的最大尺寸优选为所述直径D2的万分之五到千分之五之间。
另一方面，所述翅片8可为具有多行所述开口10的网格的形式，所述开口10可以是诸如正方形或圆形之类的形状。
图3到图5示出的示例中，所述翅片8装在佩尔顿水轮机的分配组件1上，但是根据本发明，所述翅片8可装在附属于任何水利机械的曲线形导管上。
图6示出了本发明的第二实施例，其中与第一实施例中的元件相类似的那些元件，在相同的附图标记数字后加上字母“a”。下文主要对区别所述第二实施例和所述第一实施例的特征进行了描述。
曲线形导管2a的横截面中的翅片8a形成了横跨整个截面的蜂巢状孔网。在本第二实施例中，所述翅片8a除了在所述导管2a的内壁22a附近延伸外，还存在于所述导管2a的中央区域内。不论在所述内壁22a附近还是在分配导管22a的中央区域，与第一实施例中描述的那些开口类似的开口全部沿着所述翅片8a排列。
图7示出了第三实施例，其中与第一实施例中的元件相类似的那些元件，在相同的附图标记数字后加上字母“b”。下文主要对区别所述第三实施例和所述第一实施例的特征进行了描述。
在第三实施例中，曲线形导管2b装有固定在导管2b的内壁22b上的多个翅片8b。
所述翅片8b被辐向排列并且在所述分配导管2b的中央连接在一起，交汇在所述导管2b的中央纵向轴线X2上。因此所述翅片8b的高度H8b大于第一实施例的翅片的高度H8。
在该实施例中，所述翅片8b形成了所述导管2b的整个截面的星形孔网，其中所述翅片8b直接穿过所述导管2b。
所述翅片8b被开口贯通（在图6中未示出），所述开口和第一实施例中所描述的开口类似。
上文所描述的实施例以及替代选择可以组合在一起以产生本发明的其它实施例。
Claims (10)
1. 一种曲线形导管(2、41、42、43、44、45；2a；2b)，附属于水力机械并且用于引导水流(FE)，所述曲线形导管(2、41、42、43、44、45；2a；2b)具有固定在所述曲线形导管(2、41、42、43、44、45；2a；2b)的内壁(22；22a；22b)上的翅片(8；8a；8b)，所述曲线形导管(2、41、42、43、44、45；2a；2b)的特征在于所述翅片(8；8a；8b)包括贯通开口(10)。
2. 根据权利要求1所述的曲线形导管(2、41、42、43、44、45)，其特征在于，在所述曲线形导管(2、41、42、43、44、45)的横截面中，垂直于所述翅片(8)的纵向轴线测量的每个所述翅片(8)的高度(H8)为所述曲线形导管(2、41、42、43、44、45)的内径(D2)的百分之一到十分之一。
3. 根据权利要求1所述的曲线形导管(2a，2b)，其特征在于，在所述曲线形导管(2a，2b)的横截面中，所述翅片(8a，8b)形成了整个截面的孔网。
4. 根据权利要求1到3中任一项所述的曲线形导管(2、41、42、43、44、45；2a；2b)，其特征在于，所述贯通开口(10)是圆形的并且每个所述贯通开口(10)的直径(D10)为所述曲线形导管(2、41、42、43、44、45；2a；2b)的内径(D2)的万分之五到千分之五。
5. 根据权利要求1到3中任一项所述的曲线形导管(2、41、42、43、44、45；2a；2b)，其特征在于，所述贯通开口(10)具有非圆形的形状。
6. 根据权利要求1到3中任一项所述的曲线形导管(2、41、42、43、44、45；2a；2b)，其特征在于，每个所述翅片(8；8a；8b)的纵向轴线(X8)都平行于所述曲线形导管(2、41、42、43、44、45；2a；2b)的纵向轴线(X2)。
7. 根据权利要求1到3中任一项所述的曲线形导管(2、41、42、43、44、45；2a；2b)，其特征在于，所述翅片(8；8a；8b)的纵向轴线(X8)相对于所述曲线形导管(2、41、42、43、44、45；2a；2b)的纵向轴线(X2)是倾斜的。
8. 根据权利要求1到3中任一项所述的曲线形导管(2、41、42、43、44、45；2a；2b)，其特征在于，所述翅片(8；8a；8b)是具有多行所述贯通开口(10)的网格。
9. 一种用于佩尔顿水轮机转轮(R)的分配组件(1)，其特征在于，所述分配组件(1)包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的曲线形导管(2、41、42、43、44、45；2a；2b)。
10. 一种水力机械，其特征在于，所述水力机械包括根据权利要求1到8中任一项所述的曲线形导管(2、41、42、43、44、45；2a；2b)或包括根据权利要求9所述的分配组件(1)。
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