CN113431724B - 一种用于水涡轮机的混流式转轮装置 - Google Patents

一种用于水涡轮机的混流式转轮装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于水涡轮机的混流式转轮装置，属于水轮机技术领域，包括顶盖、转轮上冠和叶片，其特征在于：所述转轮上冠上设置有止漏环，止漏环与顶盖之间设置有间隙，转轮上冠上开有进水口、泄流孔和出水口，泄流孔分别与进水口和出水口连通，进水口位于转轮上冠的上部高压侧，出水口位于转轮上冠的下部低压侧，止漏环位于叶片进水边一侧，出水口与泄流孔相对应，出水口位于泄流孔的上方且出水口的方向垂直于泄流孔。本发明整个转轮泄水通道结构相当简单，通过对出水口和泄流孔的特定位置布局，不仅能能够防止泄出水流对叶片的正常流动产生干扰，保障转轮的水力特性，而且能够达到最优泄压效果，且保障叶片的机械强度。

Description

一种用于水涡轮机的混流式转轮装置
技术领域
本发明涉及到水轮机技术领域，尤其涉及一种用于水涡轮机的混流式转轮装置。
背景技术
混流式水轮机转轮上冠和顶盖之间存在一个空腔，水轮机在工作过程中有一部分高压水流会通过转轮上腔的密封间隙，泄漏进入该空腔内。该部分泄漏水会对转轮产生一个沿着水轮机主轴轴线方向向下的轴向水推力。轴向水推力的增加将增大推力轴承的载荷，从而增加推力轴承的设计难度和制造成本。
为了减少轴向水推力，有几种方式。其一是设置顶盖平衡管，其结构复杂，成本较高，需要在混凝土中预埋平衡管路，对于新设计机组是一种可靠减少轴向推力的方式，但是对于未预埋管路的项目在更换新转轮时无法采用。其二是在转轮上冠开泄流孔且孔出口位于主轴法兰下方的上冠内腔上部，这种结构简单，对于未预埋顶盖平衡管的项目在更换新转轮时往往只能采用这种方式。但是现代转轮为了追求更高的性能特性，转轮上冠出口越来越靠近旋转中心，这样就加强了主轴法兰下方的转轮上冠内腔中的径向泵送效应，导致泄流孔在减小轴向推力上效果不佳。
公开号为CN 110226034A，公开日为2019年09月10日的中国专利文献公开了一种水力机械，所述水力机械包括弗朗西斯型转轮、顶盖和下盖，其中所述转轮包括低压侧和高压侧、上冠、下环、多个叶片，每个叶片由压力表面、相反面向的吸力表面、与所述转轮的高压侧邻接的边缘和与所述转轮的低压侧邻接的间隔开的边缘限定，其中所述上冠包括密封装置以相对于来自所述高压侧的水密封所述上冠和顶盖之间的空间，其中所述转轮包括至少一个通道，所述通道能够将经过所述密封装置的高压泄漏水排放到所述低压侧，并且所述通道包括位于所述上冠的一部分中的入口孔，所述入口孔在运行期间暴露于高压泄漏水，其特征在于，所述通道位于所述叶片中的一个叶片内并且从所述入口孔通向所述下环，其中所述通道形成开口，所述开口通向所述下环和所述下盖之间的空间，所述空间与所述转轮的低压侧相连接。
该专利文献公开的水力机械，需在叶片内开孔，不仅影响叶片的机械强度，而且泄压效果欠佳。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种用于水涡轮机的混流式转轮装置，本发明整个转轮泄水通道结构相当简单，通过对出水口和泄流孔的特定位置布局，不仅能能够防止泄出水流对叶片的正常流动产生干扰，保障转轮的水力特性，而且能够达到最优泄压效果，且保障叶片的机械强度。
本发明通过下述技术方案实现：
一种用于水涡轮机的混流式转轮装置，包括顶盖、转轮上冠和叶片，其特征在于：所述转轮上冠上设置有止漏环，所述止漏环与顶盖之间设置有间隙，所述转轮上冠上开有进水口、泄流孔和出水口，所述泄流孔分别与进水口和出水口连通，所述进水口位于转轮上冠的上部高压侧，出水口位于转轮上冠的下部低压侧，所述止漏环位于叶片进水边一侧，所述出水口与泄流孔相对应，出水口位于泄流孔的上方且出水口的方向垂直于泄流孔。
所述泄流孔为圆形、椭圆形或腰形。
所述泄流孔为六个，六个泄流孔沿转轮上冠的圆周均匀布置。
所述泄流孔与进水口处轴面所呈夹角β为-25-25°。
所述出水口的横截面积大于泄流孔的横截面积，出水口的个数大于泄流孔的个数。
所述泄流孔为直孔或弯孔。
所述泄流孔为半圆形，泄流孔上固定连接有封板。
本发明的工作原理如下：
由于顶盖是静止的，转轮上冠上的止漏环是同转轮整体一起旋转的，因此止漏环与顶盖之间须存在间隙，叶片进水边前端的高压水将通过间隙进入转轮上冠上方的空间，高压水作用在转轮上冠产生向下的轴向水推力，通过在转轮上冠上设置泄流孔，转轮上冠上方空间的高压水依次经进水口、泄流孔和出水口排放到低压区，从而能够有效减小轴向水推力。
本发明的有益效果主要表现在以下方面：
一、本发明，“转轮上冠上设置有止漏环，止漏环与顶盖之间设置有间隙，转轮上冠上开有进水口、泄流孔和出水口，泄流孔分别与进水口和出水口连通，进水口位于转轮上冠的上部高压侧，出水口位于转轮上冠的下部低压侧，止漏环位于叶片进水边一侧，出水口与泄流孔相对应，出水口位于泄流孔的上方且出水口的方向垂直于泄流孔”，由于出水口的上方为低压区，出水口的下方为叶片区，泄流孔中的高压水易于通过出水口流入低压区，通过特定的将出水口设置在泄流孔的上方且出水口的方向垂直于泄流孔，能够防止泄出水流对叶片的正常流动产生干扰，且能够最大化的提高泄压效果。作为一个完整的技术方案，较现有技术而言，整个转轮泄水通道结构相当简单，通过对出水口和泄流孔的特定位置布局，不仅能能够防止泄出水流对叶片的正常流动产生干扰，保障转轮的水力特性，而且能够达到最优泄压效果，且保障叶片的机械强度。
二、本发明，泄流孔为圆形、椭圆形或腰形，泄流孔形状灵活多样，均能够保障良好的泄流效果，制造灵活性强。
三、本发明，泄流孔为六个，六个泄流孔沿转轮上冠的圆周均匀布置，不仅能够提高泄流效率，且六个泄流孔采用均布的方式，能够使泄流更均匀。
四、本发明，泄流孔与进水口处轴面所呈夹角β为-25-25°，灵活的夹角大小能够适应转轮的旋转方向和旋转速度，利于保障泄流效果。
五、本发明，出水口的横截面积大于泄流孔的横截面积，出水口的个数大于泄流孔的个数，能够进一步提高泄流效率，保障泄流效果。
六、本发明，泄流孔为直孔或弯孔，能够根据转轮上冠的具体几何尺寸进行选择，选择灵活性强。
七、本发明，泄流孔为半圆形，泄流孔上固定连接有封板，使得泄流孔的制造更加灵活。
八、本发明，由于出水口位于转轮上冠的下部低压侧，因而不受主轴法兰下方上冠内腔中旋转水流的影响，使得泄流效果更好；相较于公开号为CN 110226034A，公开日为2019年09月10日的中国专利文献而言，制造简单，成本低，且不影响叶片的机械强度。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的具体说明，其中：
图1为本发明的轴面投影图；
图2为本发明的剖视图；
图3为图1中的A-A视图；
图4为图1中的B-B视图；
图5为本发明泄流孔分布结构示意图；
图中标记：1、顶盖，2、转轮上冠，3、叶片，4、止漏环，5、进水口，6、泄流孔，7、出水口，8、叶片进水边，9、封板。
具体实施方式
实施例1
参见图1和图2，一种用于水涡轮机的混流式转轮装置，包括顶盖1、转轮上冠2和叶片3，所述转轮上冠2上设置有止漏环4，所述止漏环4与顶盖1之间设置有间隙，所述转轮上冠2上开有进水口5、泄流孔6和出水口7，所述泄流孔6分别与进水口5和出水口7连通，所述进水口5位于转轮上冠2的上部高压侧，出水口7位于转轮上冠2的下部低压侧，所述止漏环4位于叶片进水边8一侧，所述出水口7与泄流孔6相对应，出水口7位于泄流孔6的上方且出水口7的方向垂直于泄流孔6。
本实施例为最基本的实施方式，“转轮上冠2上设置有止漏环4，止漏环4与顶盖1之间设置有间隙，转轮上冠2上开有进水口5、泄流孔6和出水口7，泄流孔6分别与进水口5和出水口7连通，进水口5位于转轮上冠2的上部高压侧，出水口7位于转轮上冠2的下部低压侧，止漏环4位于叶片进水边8一侧，出水口7与泄流孔6相对应，出水口7位于泄流孔6的上方且出水口7的方向垂直于泄流孔6”，由于出水口7的上方为低压区，出水口7的下方为叶片3区，泄流孔6中的高压水易于通过出水口7流入低压区，通过特定的将出水口7设置在泄流孔6的上方且出水口7的方向垂直于泄流孔6，够防止泄出水流对叶片3的正常流动产生干扰，且能够最大化的提高泄压效果。作为一个完整的技术方案，较现有技术而言，整个转轮泄水通道结构相当简单，通过对出水口7和泄流孔6的特定位置布局，不仅能够防止泄出水流对叶片3的正常流动产生干扰，保障转轮的水力特性，而且能够达到最优泄压效果，保障叶片3的机械强度。
实施例2
参见图1、图2、图4和图5，一种用于水涡轮机的混流式转轮装置，包括顶盖1、转轮上冠2和叶片3，所述转轮上冠2上设置有止漏环4，所述止漏环4与顶盖1之间设置有间隙，所述转轮上冠2上开有进水口5、泄流孔6和出水口7，所述泄流孔6分别与进水口5和出水口7连通，所述进水口5位于转轮上冠2的上部高压侧，出水口7位于转轮上冠2的下部低压侧，所述止漏环4位于叶片进水边8一侧，所述出水口7与泄流孔6相对应，出水口7位于泄流孔6的上方且出水口7的方向垂直于泄流孔6。
所述泄流孔6为圆形。
所述泄流孔6为六个，六个泄流孔6沿转轮上冠2的圆周均匀布置。
本实施例为一较佳实施方式，泄流孔6为六个，六个泄流孔6沿转轮上冠2的圆周均匀布置，不仅能够提高泄流效率，且六个泄流孔6采用均布的方式，能够使泄流更均匀。
实施例3
参见图1、图2、图4和图5，一种用于水涡轮机的混流式转轮装置，包括顶盖1、转轮上冠2和叶片3，所述转轮上冠2上设置有止漏环4，所述止漏环4与顶盖1之间设置有间隙，所述转轮上冠2上开有进水口5、泄流孔6和出水口7，所述泄流孔6分别与进水口5和出水口7连通，所述进水口5位于转轮上冠2的上部高压侧，出水口7位于转轮上冠2的下部低压侧，所述止漏环4位于叶片进水边8一侧，所述出水口7与泄流孔6相对应，出水口7位于泄流孔6的上方且出水口7的方向垂直于泄流孔6。
所述泄流孔6为椭圆形。
所述泄流孔6为六个，六个泄流孔6沿转轮上冠2的圆周均匀布置。
所述泄流孔6与进水口5处轴面所呈夹角β为-25°。
所述出水口7的横截面积大于泄流孔6的横截面积，出水口7的个数大于泄流孔6的个数。
本实施例为又一较佳实施方式，所述出水口7的横截面积大于泄流孔6的横截面积，出水口7的个数大于泄流孔6的个数，能够进一步提高泄流效率，保障泄流效果。
实施例4
参见图1、图2、图4和图5，一种用于水涡轮机的混流式转轮装置，包括顶盖1、转轮上冠2和叶片3，所述转轮上冠2上设置有止漏环4，所述止漏环4与顶盖1之间设置有间隙，所述转轮上冠2上开有进水口5、泄流孔6和出水口7，所述泄流孔6分别与进水口5和出水口7连通，所述进水口5位于转轮上冠2的上部高压侧，出水口7位于转轮上冠2的下部低压侧，所述止漏环4位于叶片进水边8一侧，所述出水口7与泄流孔6相对应，出水口7位于泄流孔6的上方且出水口7的方向垂直于泄流孔6。
所述泄流孔6为腰形。
所述泄流孔6为六个，六个泄流孔6沿转轮上冠2的圆周均匀布置。
所述泄流孔6与进水口5处轴面所呈夹角β为15°。
所述出水口7的横截面积大于泄流孔6的横截面积，出水口7的个数大于泄流孔6的个数。
所述泄流孔6为直孔或弯孔。
本实施例为又一较佳实施方式，泄流孔6为直孔或弯孔，能够根据转轮上冠2的具体几何尺寸进行选择，选择灵活性强。
实施例5
参见图1-图5，一种用于水涡轮机的混流式转轮装置，包括顶盖1、转轮上冠2和叶片3，所述转轮上冠2上设置有止漏环4，所述止漏环4与顶盖1之间设置有间隙，所述转轮上冠2上开有进水口5、泄流孔6和出水口7，所述泄流孔6分别与进水口5和出水口7连通，所述进水口5位于转轮上冠2的上部高压侧，出水口7位于转轮上冠2的下部低压侧，所述止漏环4位于叶片进水边8一侧，所述出水口7与泄流孔6相对应，出水口7位于泄流孔6的上方且出水口7的方向垂直于泄流孔6。
所述泄流孔6为腰形。
所述泄流孔6为六个，六个泄流孔6沿转轮上冠2的圆周均匀布置。
所述泄流孔6与进水口5处轴面所呈夹角β为25°。
所述出水口7的横截面积大于泄流孔6的横截面积，出水口7的个数大于泄流孔6的个数。
所述泄流孔6为直孔或弯孔。
所述泄流孔6为半圆形，泄流孔6上固定连接有封板9。
本实施例为最佳实施方式，“转轮上冠2上设置有止漏环4，止漏环4与顶盖1之间设置有间隙，转轮上冠2上开有进水口5、泄流孔6和出水口7，泄流孔6分别与进水口5和出水口7连通，进水口5位于转轮上冠2的上部高压侧，出水口7位于转轮上冠2的下部低压侧，止漏环4位于叶片进水边8一侧，出水口7与泄流孔6相对应，出水口7位于泄流孔6的上方且出水口7的方向垂直于泄流孔6”，由于出水口7的上方为低压区，出水口7的下方为叶片3区，泄流孔6中的高压水易于通过出水口7流入低压区，通过特定的将出水口7设置在泄流孔6的上方且出水口7的方向垂直于泄流孔6，够防止泄出水流对叶片3的正常流动产生干扰，且能够最大化的提高泄压效果。作为一个完整的技术方案，较现有技术而言，整个转轮泄水通道结构相当简单，通过对出水口7和泄流孔6的特定位置布局，不仅能够防止泄出水流对叶片3的正常流动产生干扰，保障转轮的水力特性，而且能够达到最优泄压效果，保障叶片3的机械强度。
泄流孔6为半圆形，泄流孔6上固定连接有封板9，使得泄流孔6的制造更加灵活。
由于出水口7位于转轮上冠2的下部低压侧，因而不受主轴法兰下方上冠内腔中旋转水流的影响，使得泄流效果更好；相较于公开号为CN 110226034A，公开日为2019年09月10日的中国专利文献而言，制造简单，成本低，且不影响叶片3的机械强度。

Claims (5)

1.一种用于水涡轮机的混流式转轮装置，包括顶盖（1）、转轮上冠（2）和叶片（3），其特征在于：所述转轮上冠（2）上设置有止漏环（4），所述止漏环（4）与顶盖（1）之间设置有间隙，所述转轮上冠（2）上开有进水口（5）、泄流孔（6）和出水口（7），所述泄流孔（6）分别与进水口（5）和出水口（7）连通，所述进水口（5）位于转轮上冠（2）的上部高压侧，出水口（7）位于转轮上冠（2）的下部低压侧，所述止漏环（4）位于叶片进水边（8）一侧，所述出水口（7）与泄流孔（6）相对应，出水口（7）位于泄流孔（6）的上方且出水口（7）的方向垂直于泄流孔（6）；
所述泄流孔（6）与进水口（5）处轴面所呈夹角β为-25-25°；
所述出水口（7）的横截面积大于泄流孔（6）的横截面积，出水口（7）的个数大于泄流孔（6）的个数。
2.根据权利要求1所述的一种用于水涡轮机的混流式转轮装置，其特征在于：所述泄流孔（6）为圆形、椭圆形或腰形。
3.根据权利要求1所述的一种用于水涡轮机的混流式转轮装置，其特征在于：所述泄流孔（6）为六个，六个泄流孔（6）沿转轮上冠（2）的圆周均匀布置。
4.根据权利要求1所述的一种用于水涡轮机的混流式转轮装置，其特征在于：所述泄流孔（6）为直孔或弯孔。
5.根据权利要求1所述的一种用于水涡轮机的混流式转轮装置，其特征在于：所述泄流孔（6）为半圆形，泄流孔（6）上固定连接有封板（9）。
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