专利名称：泄水锥装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种巨型混流式水轮机、水泵水轮机的泄水锥装置，属于水力发电领域。
背景技术：
随着能源工业的发展，我国电力工业已进入大电网、大机组、高电压和高度信息化的发展时期。电网容量的扩大和电压等级的升高，使水电站装设百万千瓦的机组成为可能。 达到百万千瓦的发电能力的水利机组有许多新的特点。其中，运行稳定性成为其开发设计及运行的主要技术难关。随着机组的容量和尺寸的增大，一方面，机组过流部件中水流的能量增加，脉动能量也相应增大；另一方面，尺度的增大，水轮机结构支撑刚度下降，固有频率降低，产生共振可能性增加。因此，对于百万千瓦级水电机组，机组的安全稳定运行问题会更加突出，事实上，近年来我国运行的一些大型水电机组，尤其是混流式水轮机组不同程度的出现了振动和裂纹等于水利不稳定性有关的现象。如李家峡、二滩大型水电站均出现不同程度的水力机组振动问题，导致尾水管管壁撕裂，有的甚至引起厂房等建筑物发生共振， 危机电站的安全运行。其中偏离工况点的尾水管压力脉动问题一直得不到有效的控制。现有的水轮机组当处于部分负荷或超负荷运行时，一般采用补气的方式减小压力脉动，要增设复杂的补气装置，比如中心孔补气或尾水管补气，每个电站的补气部位和补气量比较难以控制，此外，如果采用压缩空气，还会造成额外的成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、使用方便、且能减小尾水管的压力脉动的泄水锥装置。为了解决上述技术问题，本发明提供一种泄水锥装置，包括水轮机组上的上冠、高压供水管道和下环，上冠位于下环的凹腔内；在下环的凹腔内还设有位于上冠下方的泄水锥体，在上冠上设置顶盖，顶盖与上冠和泄水锥体均固定相连；泄水锥体内设有锥体通孔，顶盖内设有从上至下依次密封相连通的上空腔、环形通道和下空腔，高压供水管道位于上空腔内；下空腔与锥体通孔密封的相连通；在锥体通孔内设置伸缩管，传动装置分别与顶盖和伸缩管相连。作为本发明的泄水锥装置的改进传动装置为弹簧、皮带或涡轮蜗杆组件；伸缩管为空心管或实心管。作为本发明的泄水锥装置的改进伸缩管为空心管，在伸缩管的管腔内设置托板， 托板与管腔密封相连；位于管腔内的弹簧的下端与托板固定相连，弹簧的上端与下空腔的顶部固定相连。本发明的原理为利用在水轮机尾水管锥管段的强旋流中心加入伸缩管，增加伸缩管的管壁壁面，利用壁面剪切作用，形成一定的边界层，改变流场结构，从而消除或减弱流动旋转强度的原理，设计了有伸缩管的泄水锥装置。该装置可使用在巨型水轮机上，当水轮机在最优工况点附近工作时，伸缩管缩入泄水锥体内，整个泄水锥装置与常规泄水锥无异；当水轮机处于部分负荷或超负荷运行时，伸缩管伸出泄水锥体，消除或抑制涡带，从而减小尾水管的压力脉动。本发明结构简单、成本低，可靠性高。本发明所述的泄水锥装置加工制造容易，避免了传统水轮机用于补气带来的成本，而且操作容易，可靠性高。
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细说明。图1是本发明的泄水锥装置的剖视结构示意图(此时，水轮机处于最优工况点附近工作)；图2是图1的另一种状态的结构示意图(此时，水轮机处于部分负荷或超负荷运行时)。
具体实施例方式实施例1、图1给出了一种泄水锥装置，包括水轮机组上的上冠3、高压供水管道4 和下环5，上冠3位于下环5的凹腔内。上述结构同现有技术。该泄水锥装置还包括顶盖1、泄水锥体2、伸缩管6和作为传动装置的弹簧7。在下环5的凹腔内还设有泄水锥体2，该泄水锥体2的外表面与下环5的凹腔相贴合，泄水锥体 2位于上冠3的下方。在上冠3的上表面设置与上冠3固定相连的顶盖1，上冠3的中心处设有通道(此结构为现有技术)，顶盖1的下半部穿越此通道后与泄水锥体2的上表面固定相连。泄水锥体2内设有纵向贯穿整个泄水锥体2的锥体通孔21，在顶盖1内设有从上至下依次密封相连通的上空腔11、环形通道12和下空腔13，下空腔13与锥体通孔21密封相连通；高压供水管道4的出口位于上空腔11内。在锥体通孔21内设置伸缩管6，伸缩管6与锥体通孔21之间为密封配合(例如可在伸缩管6与锥体通孔21之间设置密封圈)，从而确保水不会从伸缩管6与锥体通孔21 之间流出。该伸缩管6为空心管，在伸缩管6的管腔60内设置托板61，托板61与管腔60 的内壁之间密封相连，从而确保水不会从托板61与管腔60的内壁之间流出。位于管腔60内的弹簧7的下端与托板61固定相连，弹簧7的上端与下空腔13的顶部固定相连(从而实现与顶盖1的固定相连)。在锥体通孔21的底部设有限位凸台22，在伸缩管6的外表面设有定位凸环62，当伸缩管6下行至定位凸环62与限位凸台22相接触时就无法再下行了。该泄水锥装置实际工作时，水轮机组上的尾水管8与本发明装置中的下环5相连通，尾水管8位于锥体通孔21的下方，伸缩管6的长度必须保证当伸缩管6下行至定位凸环62与限位凸台22相接触时能到达尾水管8的锥管段底部。上空腔11与水轮机组上的大轴中心孔相连通；高压供水管道4内设有利用压力来控制的压力开关阀。具体包括以下2种工控工控一、水轮机处于最优工况附近，如图1所示此时，尾水管8的压力脉动较小，高压供水管道4内的压力开关阀处于关闭状态，因此，没有水流从高压供水管道4的出口进入上空腔11内。此工控下，弹簧7处于收缩状态(即为原始状态)，伸缩管6的底端位于锥体通孔21内，从而保证水轮机在最优点附近的高效率运行。工控二、水轮机处于偏离最优工况点，如图2所示此时尾水管8的压力脉动较大，高压供水管道4内的压力开关阀处于打开状态，水流从高压供水管道4的出口进入上空腔11内，再通过环形通道12流入下空腔13内，在水压的作用下，弹簧7被拉伸；弹簧7被拉伸后带动伸缩管6下行，当伸缩管6下行至定位凸环62与限位凸台22相接触时就无法再下行了。此时绝大部分的伸缩管6伸出锥体通孔21 之外(即，位于锥体通孔21的下方)。从而使伸缩管6进入尾水管8内，即进入尾水管8的涡带区域，水流在伸缩管6的外管壁处形成一定厚度的流动边界层，减弱了流体的旋转，取代了没有伸缩管6时存在的空化涡带抑制压力脉动。上空腔11内的水流最终从上空腔11的顶部被排出，从而流入水轮机供水系统。最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的一个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
权利要求
1.泄水锥装置，包括水轮机组上的上冠C3)、高压供水管道(4)和下环(5)，上冠(3)位于所述下环(5)的凹腔内；其特征是在所述下环(5)的凹腔内还设有位于上冠C3)下方的泄水锥体0)，在上冠C3)上设置顶盖(1)，所述顶盖(1)与上冠C3)和泄水锥体(2)均固定相连；所述泄水锥体O)内设有锥体通孔(21)，所述顶盖(1)内设有从上至下依次密封相连通的上空腔(11)、环形通道(12)和下空腔(13)，所述高压供水管道(4)位于上空腔 (11)内；下空腔(13)与锥体通孔(21)密封的相连通；在锥体通孔(21)内设置伸缩管(6)， 传动装置分别与顶盖(1)和伸缩管(6)相连。
2.根据权利要求1所述的泄水锥装置，其特征是所述传动装置为弹簧(7)、皮带或涡轮蜗杆组件；所述伸缩管(6)为空心管或实心管。
3.根据权利要求2所述的泄水锥装置，其特征是所述伸缩管(6)为空心管，在伸缩管 (6)的管腔(60)内设置托板(61)，所述托板(61)与管腔(60)密封相连；位于管腔(60)内的弹簧(7)的下端与托板(61)固定相连，弹簧(7)的上端与下空腔(13)的顶部固定相连。
全文摘要
本发明公开了一种泄水锥装置，包括上冠(3)、高压供水管道(4)和下环(5)，上冠(3)位于下环(5)的凹腔内；在下环(5)的凹腔内还设有位于上冠(3)下方的泄水锥体(2)，在上冠(3)上设置顶盖(1)，顶盖(1)与上冠(3)和泄水锥体(2)均固定相连；泄水锥体(2)内设有锥体通孔(21)，顶盖(1)内设有从上至下依次密封相连通的上空腔(11)、环形通道(12)和下空腔(13)，高压供水管道(4)位于上空腔(11)内；下空腔(13)与锥体通孔(21)密封相连通；在锥体通孔(21)内设置伸缩管(6)，传动装置分别与顶盖(1)和伸缩管(6)相连。使用该泄水锥装置能避免传统水轮机用于补气带来的成本。
文档编号F03B11/00GK102410127SQ20111033186
公开日2012年4月11日 申请日期2011年10月27日 优先权日2011年10月27日
发明者尹俊连, 焦磊, 王乐勤 申请人:浙江大学