冲击式水轮机优化水力设计增换外喷嘴口装置及应用方法
【专利摘要】冲击式水轮机优化水力设计、增换外喷嘴口装置及应用方法，其特点是以技术和管理结合，节能提效益。特征是首创喷嘴口用两个内锥角、两个（内、外）喷嘴口。解决了原设计的两个射流截面速度分布不均匀，平均速度下降、效率不高问题。1.流体在渐缩管加速明显有局部水头损失。对流体冲撞喷针与喷嘴口内锥角交合区，形成的急变流没转化成缓变流是减少水机效率的主因。2.喷针向关水方向位移减流量，对流体增加阻力，使射流截面主流速度束减少、次流速度束增加的速度分布不均匀状态，造成水头损失。减少位移阻力，能增加水机效率。用两方案提高综合效率16%左右。1.导水构件优化后提高10%左右。2.运行操作用不同内径外喷嘴口发电再提高6%左右。
【专利说明】
冲击式水轮机优化水力设计増换外喷嘴口装置及应用方法
技术领域
[0001 ]本技术以水力机械、流体力学专业知识，应用在冲击式水轮机水力核心部位上。
[0002] 二、【背景技术】 水力发电是以一定质量来水的位、势能转变成动能，作用在水轮机转轮上转变为机械 能，转轮输出机械能到发电机转变为电能的能量转换作业形式。
[0003] 冲击式水轮机(冲击、斜击、双击三种机型）以水力核心喷嘴体内的流体，加速后的 射流为动能，冲击转轮旋转转化为机械能。一个喷嘴体内有一个锥体喷针和一个只有一个 内角内锥喷嘴口组成的导水构件，喷针安装在喷嘴口内交合，形成一个锥环。流体在喷嘴内 提速，冲向喷嘴口锥环过程继续加速后冲向转轮作功。喷针位置向喷嘴内位移流量增加为 开，向喷嘴口外位移流量减少为关，喷针接触喷嘴口锥面流量为零，水轮机停止做功。
[0004] 射流在喷嘴口出口的速度变化，综合反映瞬时恒定流在对应工作水头速度下的动 能质量变化。射流因局部水头损失影响速度下降，动能的质量也下降，造成效率下降。不同 的工作水头，射流速度明显不同，射流的动能与流速的平方成正比。
[0005] 三、原设计两缺陷表现的共同特征是：出喷嘴口的射流截面速度分布呈非均匀射 出，平均速度是下降的，造成了局部水头损失。水力核心设计和运行操作设计不是最优。
[0006] 从流体经导水机构加速形态看，渐缩管式的设计，流体冲撞喷嘴口、喷针交合区， 就存在局部水头损失。射流冲撞迎水面喷嘴口内锥角、喷针交合区，是在平方阻力区域，射 流的能量转换损失与速度平方成正比。射流在加速区域是急变流，其截面速度分布是非均 匀的状态，没对急变流有效转化，使能量转换有损失、效率下降。
[0007] 降负荷减流量操作喷针是靠降射流速度，达到减后流量与原额定流量通过同截面 喷嘴口内径，在单位时间内相同的平衡方法。喷针向关方向位移，是喷针制造对射流的阻 力，阻挡部分位、势能在射流体内传递，使射流截面内主流速度面积减少，次流速度面积增 加，截面速度分布是非均匀状态，喷针向关水方向位移造成了水头损失。 四、发明的具体方案和内容： 一)具体方案:对原冲击式水力核心部件存在影响效率和操作减少发电量的两缺陷解 决的方针是:优化水力核心部件设计;减少喷针向关水方向位移距离。达到保持工作水头射 流速度分布均匀，恢复应有效率。具体细节方案为： 1.尽量提前对射流体加速，减少阻力平方区的能量转换损失。应对是喷嘴出水端内角 缩小，适当缩短喷嘴长度(用于技改换外喷嘴口机械装置）。
[0008] 对喷针加大直径，增加导流截面积，减少对喷嘴口迎水锥面冲撞。
[0009] 喷嘴口改为两个内锥角:增一个小内锥角用于将加速后的急变流转变成缓变流区 域，两个不同内锥角连体固定于喷嘴使用;或分成两个内、外喷嘴口使用。
[0010]喷嘴口分为两个:与喷针接触内径留在喷嘴内，或固定在喷嘴出水口端面外为内喷 嘴口；另一个外喷嘴口（由多个不同内径组合)与内喷嘴口连接并可更换。内、外喷嘴螺纹连 接为手工换，多个外喷嘴组合固定在转盘内为机械换。外喷嘴口内径根据所需过流量决定。
[0011]换不同内径外喷嘴口可在机上盖开孔用手换单个;或多个不同内径外喷嘴口安装 在转盘内，通过机械装置更换。装置在地面操作10分钟完成，可手动、电动、自动操作。
[0012] 二），具体内容：1.优化导水构件具体设计要求（因水机功率和厂家制造大小不一， 为此只提出设计参数），主要体现在射流加速、导流、增加缓变流区域特征:在喷嘴口用两个 不同内锥角反映两区域，并用内、外两个喷嘴口设计，以更换不同内径外喷嘴口方式操作， 保持射流的工作水头速度(对原设计有调整，但与规范不冲突）。
[0013] 导水构件优化设计范围和说明（表一）
2.对多喷嘴口机型和不适应换外喷嘴口旧机，以两内锥角一体，固定一个喷嘴口使用。
[0014] 对旧机技改或喷嘴口外置式水机可由2个喷嘴口组成，用手动快速换单个，或用整 套不同内径外喷嘴口装置换外喷嘴口。
[0015] (1)手换外喷嘴口 ：技改旧水机可在水机机座(该装置按"具体内容第1点"设计按 配合、安装需要分为两个。一个与喷针接触内径固定在喷嘴体内为内喷嘴口，另一个外喷嘴 口可选择所需射流直径单个更换装置)上盖加固后开孔或在机坑内安装更换。（2)外喷嘴口 与内喷嘴口用螺纹连接，有密封和防松装置设计。（3)具体配合外形图纸见附图号3,编号 34-36。原折向器(甩负荷偏流器)应适当改尺寸，不能对射流有阻挡。
[0016] 换外喷嘴口机械装置和使用方法将内喷嘴口优化后尺寸后长度按配合、安装需 要，固定在喷嘴体内，多个可选择射流不同内径外喷嘴口组合固定在转盘内的机械装置更 换。甩负荷偏流器需要改位置，具体看图4编号42。
[0017] 五.总体描述， 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 冲击式水轮机优化水力设计、增换外喷嘴口装置，其特征是，优化水力核心喷嘴体内导 水构件尺寸，满足射流提速、导流、加速，确保射流截面和减后流量的截面速度分布均匀，保 持在原工作水头速度的动能效率。首创以两个不同内锥角组成一个喷嘴口，或分成两个内、 外(可换不同内径)喷嘴口组合，解决原2个降射流速度，效率不高问题，包括： 一） 、主要构件安装描述： 对喷嘴体组件的导水构件尺寸优化、组成两个内角的单个喷嘴口；或固定内喷嘴口，外 侧用多个不同内径外喷嘴口手工换单个，或组合成机械方式用装置更换。
[0018] 用手换外喷嘴口单个装置在优化喷嘴、喷针后的喷嘴出水口端面外，与固定好的 内喷嘴口连接;换多个不同内径外喷嘴口机械装置，在机座一侧的喷嘴体两端面，有三条轴 用于固定和传动有组合多个外喷嘴口固定的转盘，其中一条轴兼有转盘旋转分度功能。三 轴与转盘连接，并可伸出机座外端有螺纹用于松、紧固，其中一轴装有齿轮用于旋转分度； 可用手动和连接电机电性操作； 喷嘴:来水端面有三个连接耳，用于三条轴直线运动、固定、传动换外喷嘴口转盘;出水 口端面安装连接固定板，承接装有多个外喷嘴口的转盘工作； 喷嘴、喷针、喷嘴口、固定连接板、转盘，枢接于机座内，射流冲击转轮做功传动外部的 发电机发电； 喷嘴体组件，是导水构件，该导水构件位于水轮机来水的一侧，并与水轮机内的转轮水 斗径向或22° 30'对应； 二） 、构件优化尺寸和不同组件描述： 喷嘴在来水端有三个连接耳，是三轴连接外侧操作的基面;喷嘴出水口端原内锥角比 原减3-8度为提速加快;长度减3-5公分以固定连接板； 喷针，增加导流面积，其锥角比原设计加大10-15度，射流直径比最大喷嘴口内径锥大 0.5-1个射流直径； 喷嘴口：优化设计尺寸和三种使用方法，目的确保射流的工作水头速度。优化设计:两 个内锥角组成，多一个缓变流区域。内锥大头直径比设计小5-15%，配喷嘴内角改小;大内锥 角比喷针大0.5-15度以内；小内锥角以需要射流直径，向来水方向构成锥角0.5-10度;大锥 角与小锥角长度之比为1:0.5-2.2; 三种喷嘴口结合、使用方法:1.机型是多喷嘴口或使用固定一个喷嘴口的方法，以两个 锥角连体使用。2.将连体喷嘴口分成内、外喷嘴口。把与喷针接触内径放在大锥内角内为内 喷嘴口，并安装在喷嘴内。外喷嘴口有内螺纹连接内喷嘴口和防松装置，在水机上盖开孔位 用手换外喷嘴口。3.内喷嘴口固定在喷嘴内，把多个不同内径外喷嘴口固定在转盘内，外喷 嘴口用内径与内喷嘴口的外径对接，通过操作装置换需要的外喷嘴口。
[0019] 喷嘴口优化尺寸后，因增加缓变流区域，整个喷嘴口已加长，需调整甩水器尺寸或 换安装位置。
[0020] 转盘，通过三轴枢接于机座和喷嘴端面的固定连接板上，转盘内装有多个不同口 径的外喷嘴口，工作时选择不同内径外喷嘴口其中一个用于分别对接于内喷嘴口中心后固 定，均用于保持射流应有工作水头速度； 三）、换外喷嘴口机械装置使用方法描述： 轴向位移调节组件，用于驱动转盘轴向往复直线运动，做内、外喷嘴口分离、组合、固定 工作，包括第一调节器件、第二调节器件、第三调节器件； 旋转电机，为转盘提供换不同口径外喷嘴口，及冲洗固定连接板与转盘贴面水朽的旋 转动力及分度工作； 锁止组件，用于固定转盘已调校好的旋转角度，方便轴向位移，调节组件驱动转盘做套 接或离开内喷嘴口的往复直线运动。
[0021] 优选地，该喷嘴组件内安装有两级不同内角喷嘴口，比原增加一级内锥角的缓变 流区域;并将多个不同内径外喷嘴口可用手换单个，或用固定在转盘上多个外喷嘴口选择 好机械换。外嘴口多个不同内径组成，并可单个手动更换或机械更换。
[0022] 优选地，所述内、外两个喷嘴体组件单套安装。或多个外喷嘴口固定在转盘通过一 固定连接板，安装于机座内的喷嘴体出水端面外。
[0023] 优选地，第一调节器件、第二调节器件、第三调节器件均包括电机、丝杠、丝杠螺 母、压板，可用于手动操作，也可用电性操作。所述电机用于提供动力，所述丝杠螺母连接于 电机的动力输出端上，所述丝杠螺母安装于压板上，该压板用于轴向往复直线驱动转盘。
[0024] 优选地，该锁止组件包括第一锁止装置和第二锁止装置可用手动、及电动操作。
[0025] 优选地，该冲击水轮机换外喷嘴口节水增效装置还设置有电控装置，该电控装置 与旋转电机、第一调节器件、第二调节器件、第三调节器件、第一锁止装置、第二锁止装置均 既可手动，也可电性连接。
[0026] 冲击式水轮机优化水力设计增换外喷嘴口装置的应用方法，其特征在于，不同外 喷嘴口可更换，依次包括以下步骤： S1:工作水头将流量经引水管送至喷嘴体组件，该喷嘴体组件的喷嘴位于水轮机的侧 方，流量射向水轮机的水斗上，推动水轮机转动；当需降负荷，此时操纵原有的电控装置发 出指令P1，或手动驱动喷针关水停机； S2:电控装置发出指令P21，转盘外喷嘴口离开原内喷嘴口后，解除锁止组件对转盘的 限定，然后再发出指令P22驱动转盘转动，根据减负荷需要，选择其中一外喷嘴口与内喷嘴 口末端对应连接，由于所述多个外喷嘴口口径不同，因此电控装置可指令最适合当前降负 荷的外喷嘴口使用； S3:当转盘转动到内、外喷嘴口中心重合的位置时，电控装置发出指令P31，停止驱动转 盘；电控装置发出指令P32,恢复锁止组件对转盘的止转限定;最后电控装置发出指令P33， 驱动转盘贴紧固定连接板面上，使得外喷嘴口套、压内喷嘴口外径和端面； S4:如果需要调整使用另一外喷嘴口使用，再执行S2，S3。
[0027] 优选地，步骤S1还包括子步骤S11:需降负荷时，在发出P1指令之前的原电控装置 先发出指令P11自行关水关机。
[0028] 优选地，步骤S2还包括子步骤S21:在电控装置发出指令P21与发出指令P22之间电 控单元发出指令P211，驱动转盘离开内喷嘴口。
[0029]本发明与现有技术比较，其效率显得较高。本发明的特点以技术和管理结合向节 能要效益。发明的特征是:首创优化水力核心设计：1.以喷嘴口两内锥角联成一体喷嘴口； 2.将一个喷嘴口分为二级，一级内喷嘴口留在或固定在喷嘴内。第二级为可手更换;或多个 不同内径外喷嘴口固定在转盘内的装置，用机械形式换。本发明的目的解决了原水力核心 设计和操作不完善造成射流截面速度分布非均匀形态，致使射流平均速度下降，水机效率 不高的问题。两种方案经实践可提高总效率16%左右：用1方案水机效率达95%左右，比现有 85%左右水机效率高10%左右；用第2方案可再提高发电效率6-8%。可见本发明结构简单，从 理论和实践中可行，对全国正在使用的近3.5万台冲击式水轮机在十三、五期间改造、和新 机设计有积极意义。
[0030] 附图标记 图1为本发明的结构示意图； 图2为图1 P-P处的剖面视图； 图3为单手换喷嘴口组件的结构示意图； 图4为两锁杆组件与转盘的配合关系示意图； 其中，10、机座；11、电控箱;20、转轴;22、第一调节器件;23、第二调节器件;24、第三调 节器件;25、转盘;26、带齿轮旋转电机;27、被动齿轮;28、喷针;30、固定连接板;31、冲洗装 置；33、喷嘴;34、内喷嘴口； 35、外喷口； 36、防松螺栓;40、第一定位装置;41、第二定位装 置;42、偏流器。
[0031] 六、【具体实施方式】 如图1-图4所示，冲击式水轮机优化水力设计、增换外喷嘴口装置，其特征是，优化水力 核心喷嘴体内导水构件尺寸，满足射流提速、导流、加速，确保射流截面和减后流量的截面 流速分布均匀，和在原工作水头速度的动能效率。首创以两个不同内锥角组成一个喷嘴口； 或分成两个内、外(可换不同内径)喷嘴口组合，解决原2个降射流速度效率不高问题，包括： 一）、主要构件安装描述： 对喷嘴体组件的导水构件尺寸优化、组成两个内角的单个喷嘴口；或固定内喷嘴口，外 侧用多个不同内径外喷嘴口手工换单个，或组合成机械方式用装置更换。
[0032]用手换外喷嘴口单个装置在优化喷嘴、喷针后的喷嘴出水口端面外，与固定好的 内喷嘴口连接;换多个不同内径外喷嘴口机械装置，在机座一侧的喷嘴体两端面，有三条轴 用于固定和传动有组合多个外喷嘴口固定的转盘，其中一条轴兼有转盘旋转分度功能。三 轴与转盘连接，并伸出机座外端有螺纹用于松、紧固，其中一轴装有齿轮用于旋转分度;可 用手动和连接电机电性操作； 喷嘴:来水端面有三个连接耳，用于三条轴直线运动、固定、传动换外喷嘴口转盘;出水 口端面安装连接固定板，承接装有多个外喷嘴口的转盘工作； 喷嘴、喷针、喷嘴口、固定连接板、转盘，枢接于机座内，射流冲击转轮做功传动外部的 发电机发电； 喷嘴体组件，是导水构件，该导水构件位于水轮机来水的一侧，并与水轮机内的转轮水 斗径向或22° 30'对应； 二） 、构件优化尺寸和不同组件描述： 喷嘴在来水端有三个连接耳，是三轴连接外侧操作的基面;喷嘴出水口端原内锥角比 原减3-8度为提速加快;长度减3-5公分以固定连接板； 喷针，增加导流面积，其锥角比原设计加大10-15度，射流直径比最大喷嘴口内径大 0.5-1个射流直径； 喷嘴口：优化设计尺寸和三种使用方法，目的确保射流的工作水头速度。优化设计:两 个内锥角组成，多一个缓变流区域。内锥大头直径比设计小5-15%，配喷嘴内角改小;大内锥 角比喷针大0.5-15度以内；小内锥角以需要射流直径，向来水方向构成锥角0.5-10度;大锥 角与小锥角长度之比为1:0.5-2.2。
[0033]三种喷嘴口结合、使用方法：1.机型是多喷嘴口或使用固定一个喷嘴口的方法，以 两个锥角连体使用。2.将连体喷嘴口分成内、外喷嘴口。把与喷针接触内径放在大锥内角内 为内喷嘴口，并安装在喷嘴内。外喷嘴口有内螺纹连接内喷嘴口和防松装置，在水机上盖开 孔位用手换外喷嘴口。3.内喷嘴口固定在喷嘴内，把多个不同内径外喷嘴口固定在转盘内， 外喷嘴口用内径与内喷嘴口的外径对接，通过操作装置换需要的外喷嘴口。
[0034]喷嘴口优化尺寸后，因增加缓变流区域，整个喷嘴口已加长，需调整甩水器尺寸或 换安装位置。
[0035] 转盘，通过三轴枢接于机座和喷嘴端面的固定连接板上，转盘内装有多个不同口 径的外喷嘴口，工作时选择不同内径外喷嘴口其中一个用于分别对接于内喷嘴口中心后固 定，均用于保持射流应有工作水头速度； 三） 、换外喷嘴口机械装置使用方法描述： 轴向位移调节组件，用于驱动转盘轴向往复直线运动，做内、外喷嘴口分离、组合、固定 工作，包括第一调节器件、第二调节器件、第三调节器件； 旋转电机，为转盘提供换不同口径外喷嘴口，及冲洗固定连接板与转盘贴面水朽的旋 转动力及分度工作； 锁止组件，用于固定转盘已调校好的旋转角度，方便轴向位移，调节组件驱动转盘做套 接或离开内喷嘴口的往复直线运动。
[0036] 优选地，该喷嘴组件内安装有两级不同内角喷嘴口，比原增加一级内锥角的缓变 流区域;并将多个不同内径外喷嘴口可用手换单个，用固定在转盘上的多个外喷嘴口选择 好机械换。外嘴口多个不同内径组成，并可单个手动更换或机械更换。
[0037] 优选地，所述内、外两个喷嘴体组件单套安装。或多个外喷嘴口固定在转盘通过一 固定连接板，安装于机座内的喷嘴体出水端面上。
[0038] 优选地，第一调节器件、第二调节器件、第三调节器件均包括电机、丝杠、丝杠螺 母、压板，可用于手动操作，也可用电性操作。所述电机用于提供动力，所述丝杠螺母连接于 电机的动力输出端上，所述丝杠螺母安装于压板上，该压板用于轴向往复驱动转盘。
[0039] 优选地，该锁止组件包括第一锁止装置和第二锁止装置可用手动、及电动操作。
[0040] 优选地，该冲击水轮机换外喷嘴口节水增效装置还设置有电控装置，该电控装置 与旋转电机、第一调节器件、第二调节器件、第三调节器件、第一锁止装置、第二锁止装置均 既可手动，也可电性连接。
[0041] 冲击式水轮机优化水力设计增换外喷嘴口装置的应用方法，其特征在于，不同外 喷嘴口可更换，依次包括以下步骤： S1:工作水头将流量经引水管送至喷嘴体组件，该喷嘴体组件的喷嘴位于水轮机的侧 方，流量射向水轮机的水斗上，推动水轮机转动；当需降负荷，此时操纵原有的电控装置发 出指令P1，或手动驱动喷针关水停机； S2:电控装置发出指令P21，转盘外喷嘴口离开原内喷嘴口后，解除锁止组件对转盘的 限定，然后再发出指令P22驱动转盘转动，根据减负荷需要，选择其中一外喷嘴口与内喷嘴 口末端对应连接，由于所述多个外喷嘴口口径不同，因此电控装置可指令最适合当前降负 荷的外喷嘴口使用； S3:当转盘转动到内、外喷嘴口中心重合的位置时，电控装置发出指令P31，停止驱动转 盘；电控装置发出指令P32,恢复锁止组件对转盘的止转限定;最后电控装置发出指令P33， 驱动转盘贴紧固定连接板面上，使得外喷嘴口套、压内喷嘴口外径和端面； S4:如果需要调整使用另一外喷嘴口使用，再执行S2，S3。
[0042] 优选地，步骤S1还包括子步骤S11:需降负荷时，在发出P1指令之前的电控装置先 发出指令P11自行关水关机。
[0043] 优选地，步骤S2还包括子步骤S21:在电控装置发出指令P21与发出指令P22之间电 控单元发出指令P211，驱动转盘离开内喷嘴口。
[0044] 七、方案实施后的效益比较： 该冲击式水轮机优化设计，增设换外喷嘴口装置及应用方法与现有技术相比的效率提 尚情况： 本技术是冲击式水轮机技术突破和进步。是对原设计两缺陷问题的解决。本技术并落 实在水轮机上，水机总效率提高16%左右。其中优化水力核心设计后效率可在95%左右，比目 前产品效率水平普遍85%以下，提高10%左右;通过安装换外喷嘴口运行操作，对发电量提高 6%以上（一年内满发、或接近满发电量占总电量的40%左右，就对有库容未溢流采用最大负 荷发电也是有管损，这时选用低于最大负荷0.5-1个射流直径外喷嘴口发电最优）。
[0045] -)水力核心优化后效率举2例。因担心技术被偷盗，只在两电站实施，随时可到现 场鉴定。1.共有4台赣州产XJA-501*13到12.5水轮发电机组电站，其中3套配6301^，转速 1000发电机，改后喷嘴口出口直径154±0.2; 1套配500kw转速1000发电机。停发时142米水 头，改后喷嘴口出水口直径146.5±0.2。发单机发740kw，4台机同时满发，工作水头为130米 (0.25精度压力表测），24小时发电，高压计量(未加变压器损耗的最少2%电量)反映发电量 是60500度左右。2016年6月12日测量有2台机组在控制屏有功电表，反映即时功率是680Kw (目前效率水平是600kw以下）。2.共有3台套邵阳产CJA237-W-70/l*7发电机组电站，配 500kw转速1000发电机，改后喷嘴口出水内径86.5±0.2，停机为270米水头，单机发640 kw， 三台机同时满发工作水头250米(0.25精度压力表），各机控制屏有功电表反映是540、550、 570kw(目前效率水平是500kw以下）。
[0046]说明：两电站已运行12年以上，未换过转轮。其中冲击机转轮因水渠以上挖矿，砂 偏多，转轮有叶片曾磨穿分水刃，当地人焊过未打磨。两电站技改后原水渠未加高，流量未 增加。
[0047]二)两种增加换外喷嘴口装置:手换装置已实施，其效率对比是用最大喷嘴口在每 降lOOKw，用换小一级外喷嘴口可多发电6-8%;整套换外喷嘴口机械装置，原理，结构、传动 没问题。
[0048]三)全国以2014年水电部反映4.7万座农村小水电，技术改造冲击式水轮机有近 3.5万台，改后每年最少可增收10亿元，用在机上盖上开孔更换外喷嘴口方法1.5年可收回 投资。计算式为47000(座)*0.333(冲击式占比例)*2.2台（平均台数)*250kw(平均功率)* 3000(利用小时)*0.16(增幅)*0.25元(上网电价)=10.33亿元。
[0049]对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种 相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围 之内。
【主权项】
1.冲击式水轮机优化水力设计、增换外喷嘴口装置，其特征是，优化水力核心喷嘴体内 导水构件尺寸，满足射流提速、导流、加速，确保射流截面和减后流量的截面流速分布均匀， 和在原工作水头速度的动能效率;首创以两个不同内锥角组成一个喷嘴口，增加缓变流区 域;或分成两个内、外(可换不同内径)喷嘴口组合，解决原2个降射流速度、效率不高问题， 包括： 一、 主要构件安装描述： 对喷嘴体组件的导水构件设计优化、组成两个内角的单个喷嘴口；或固定内喷嘴口，外 侧用多个不同内径外喷嘴口手工换单个，或组合成机械方式用装置更换； 用手换外喷嘴口单个装置在优化喷嘴、喷针后的喷嘴出水口端面外，与固定好的内喷 嘴口连接;换多个不同内径外喷嘴口机械装置，在机座一侧的喷嘴体两端面，有三条轴用于 固定和传动有组合多个外喷嘴口固定的转盘，其中一条轴兼有转盘旋转分度功能;三轴与 转盘连接，并可伸出机座外端有螺纹用于松、紧固，其中一轴装有齿轮用于旋转分度;可用 手动和连接电机电性操作； 喷嘴:来水端面有三个连接耳，用于三条轴直线运动、固定、传动换外喷嘴口转盘操作 基面；出水口端面安装连接固定板，承接装有多个外喷嘴口的转盘工作； 喷嘴、喷针、喷嘴口、固定连接板、转盘，枢接于机座内，射流冲击转轮做功传动外部的 发电机发电； 喷嘴体组件是导水构件，该导水构件位于水轮机来水的一侧，并与水轮机内的转轮水 斗径向或22° 30'对应； 二、 构件优化尺寸和不同组件描述： 喷嘴在来水端有三个连接耳，是三轴连接外侧操作的基面;喷嘴出水口端原内锥角比 原减3-8度为提速加快;长度减3-5公分以固定连接板； 喷针，增加导流面积，其锥角比原设计加大10 -15度，射流直径比最大喷嘴口内径大 0.5-1个射流直径； 喷嘴口：优化设计尺寸和三种使用方法，目的确保射流的工作水头速度;优化设计:两 个内锥角组成，多一个缓变流区域；内锥大头直径比设计小5-15%，配喷嘴内角改小;大内锥 角比喷针大0.5-15度;小内锥角以需要射流直径，向来水方向构成锥角0.5-15度;大锥角与 小锥角长度之比为1:0.5-2.2; 三种喷嘴口结合、使用方法：1.机型是多喷嘴口或使用固定一个喷嘴口的方法，以两个 锥角连体使用;2.将连体喷嘴口分成内、外喷嘴口；把与喷针接触内径放在大锥内角内为内 喷嘴口，并安装在喷嘴内；外喷嘴口有内螺纹连接内喷嘴口和防松装置;在水机上盖开孔位 用手换外喷嘴口； 3.内喷嘴口固定在喷嘴内，把多个不同内径外喷嘴口固定在转盘内，外喷 嘴口用内径与内喷嘴口的外径对接，通过操作装置换需要的外喷嘴口； 喷嘴口优化尺寸后，因增加缓变流区域，整个喷嘴口已加长，需调整甩水器尺寸或换安 装位置； 转盘，通过三轴枢接于机座和喷嘴端面的固定连接板上，转盘内装有多个不同口径的 外喷嘴口，工作时选择不同内径外喷嘴口其中一个用于分别对接于内喷嘴口中心后固定， 均用于保持射流应有工作水头速度； 三、 换外喷嘴口机械装置使用方法描述： 轴向位移调节组件，用于驱动转盘轴向往复直线运动，做内、外喷嘴口分离、组合、固定 工作，包括第一调节器件、第二调节器件、第三调节器件； 旋转电机，为转盘提供换不同口径外喷嘴口，及冲洗固定连接板与转盘贴面水朽的旋 转动力及分度工作； 锁止组件，用于固定转盘已调校好的旋转角度，方便轴向位移，调节组件驱动转盘做套 接或离开内喷嘴口的往复直线运动。2. 如权利要求1所述的冲击式水轮机优化水力设计增换外喷嘴口装置，其特征是，该喷 嘴组件内安装有两级不同内角喷嘴口，比原增加一级内锥角的缓变流区域;并将多个不同 内径外喷嘴口可用手换单个；用固定在转盘上多个外喷嘴口选择好机械换;外嘴口多个不 同内径组成，并可单个手动更换或机械更换。3. 如权利要求1所述的冲击式水轮机优化水力设计增换外喷嘴口装置，其特征是，所述 内、外两个喷嘴体组件单套安装;或多个外喷嘴口固定在转盘通过一固定连接板，安装于机 座内的喷嘴体出水端面外。4. 如权利要求1所述的冲击式水轮机优化水力设计增换外喷嘴口装置，其特征是，第一 调节器件、第二调节器件、第三调节器件均包括电机、丝杠、丝杠螺母、压板，可用于手动操 作，也可用电性操作;所述电机用于提供动力，所述丝杠螺母连接于电机的动力输出端上， 所述丝杠螺母安装于压板上，该压板用于轴向往复驱动转盘。5. 如权利要求4所述的冲击式水轮机优化水力设计增换喷嘴口装置，其特征是，该锁止 组件包括第一锁止装置和第二锁止装置可用手动、及电动操作。6. 如权利要求5所述的冲击式水轮机优化水力设计增换外喷嘴口装置，其特征是，该冲 击水轮机换外喷嘴口节水增效装置还设置有电控装置，该电控装置与旋转电机、第一调节 器件、第二调节器件、第三调节器件、第一锁止装置、第二锁止装置均既可手动，也可电性连 接。7. 冲击式水轮机优化水力设计增换外喷嘴口装置的应用方法，其特征在于，不同外喷 嘴口可更换，依次包括以下步骤： S1:工作水头将流量经引水管送至喷嘴体构件内，该喷嘴体组件的喷嘴位于水轮机的 侧方，流量射向水轮机的水斗上，推动水轮机转动；当需降负荷，此时操纵原有的电控装置 发出指令P1，或手动驱动喷针关水停机； S2:电控装置发出指令P21，转盘的外喷嘴口离开原内喷嘴口后，解除锁止组件对转盘 的限定，然后再发出指令P22驱动转盘转动，根据减负荷需要，选择其中一外喷嘴口与内喷 嘴口末端对应连接，由于所述多个外喷嘴口口径不同，因此电控装置按指令最适合当前降 负荷的外喷嘴口使用； S3:当转盘转动到内、外喷嘴口中心重合的位置时，电控装置发出指令P31，停止驱动转 盘；电控装置发出指令P32,恢复锁止组件对转盘的止转限定;最后电控装置发出指令P33， 驱动转盘贴紧固定连接板面上，使得外喷嘴口套、压内喷嘴口外径和端面固定； S4:如果需要调整使用另一外喷嘴口使用，再执行S2，S3。8. 如权利要求7所述的冲击式水轮机优化水力设计增换外喷嘴口装置的应用方法，其 特征在于:步骤S1还包括子步骤S11:需降负荷时，在发出P1指令之前的电控装置先发出指 令P11自行关水关机。9.如权利要求7所述的冲击式水轮机优化水力设计增换外喷嘴口装置的应用方法，其 特征在于:步骤S2还包括子步骤S21:在电控装置发出指令P21与发出指令P22之间电控单元 发出指令P211，驱动转盘离开内喷嘴口。
【文档编号】F03B1/04GK106089545SQ201610705907
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月23日
【发明人】苏永发, 苏祺
【申请人】苏永发