专利名称：立轴冲击式水轮机自然补气装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及水力发电机技术领域，具体涉及一种立轴冲击式水轮机的补气装置，适用于双喷嘴、三喷嘴、四喷嘴、五喷嘴、六喷嘴等立轴冲击式水轮机。
背景技术：
立轴冲击式水轮机在正常运行时，以转轮作为动坐标系，由于动坐标系为匀角速度旋转，所以￡=0，即作用于水流质点上的牵连惯性力的切向分量为零。因此，作完功离开转轮后的水流质点除受有向下的重力外，还受有牵连惯性力的法向分力(离心惯性力)和哥氏惯性力，以及水斗对水流的正压力N。水流质点在上述合力作用下，大部分被甩到机壳壁上。由于在水斗不同部位上的水流质点的相对速度方向不同，所以离开水斗后的质点的 运动方向也不一样。同时水流质点受圆周速度的影响，使被甩到机壳壁上的水流具有一定的圆周分速度，从而形成一定的水流环量。显然，由于机壳上不同位置受水情况不同，所以沿机壳壁上、下的水帘厚度也不一样。再加上部分水流对机壳的碰撞、飞溅，使得水帘厚度大为混乱、水帘厚度增加不确定。这给补气位置、补气管长度的确定带来困难。水流质点在以上综合作用力的作用下，沿机壳壁向下流动形成水帘，封住尾水通气通道。随着机组的不停的运行，机壳水流的不停外流，外流的水流不停的将机壳内的空气带走，当从尾水水帘进入的空气少于尾水带走的空气时，机壳内就逐渐形成真空。以上所述为立轴冲击式水轮机的真空形成机理。随着机壳内的气压降低、真空的形成，一方面会导致转轮吸附作完功的水流在转轮外圆周围形成珍珠链，造成转轮的旋转阻力增大，从而降低效率，带来巨大的经济损失；另一方面真空会导致转轮和喷针的汽蚀损坏，并会产生较大的噪音、造成机组振动等。综上所述，立轴冲击式水轮机的转轮必须是在大气中旋转，才能最有效的将水流的动能转换为机械能再通过发电机转换成电能。然而，大多数立轴冲击式水轮机都没有配备补气装置，少数配备补气装置的立轴冲击式水轮机，又存在a)补气装置安装位置不对，无法将大气补入，甚至将机壳内的水流引出，使得水流飞溅，损坏其他电气设备；b)补气装置的设计制造成本高，需要机械的或电力以及仪器仪表等人工操作；c)补气装置的设置影响机壳内的检修等一系列问题。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种安全可靠、制造运行成本低、易于布置的立轴冲击式水轮机自然补气装置。为此，本实用新型所采用的技术方案是一种立轴冲击式水轮机自然补气装置，包括机壳，以及设置在机壳内的喷嘴和转轮，所述转轮的轴线纵向延伸，其特征在于每个喷嘴都需设置一个补气管，所述补气管位于机壳的侧壁内，并通过各自对应设置在机壳侧壁外的进气管向上引伸后与大气相通；所述补气管的轴线平行于转轮的水斗分水刃面，且位于水斗分水刃面的上下2m范围内。根据立轴冲击式水轮机的真空形成机理，在机壳内找到水帘最薄的位置，S卩补气管在机壳内的最佳安装位置。每个喷嘴配备一根补气管，补气管安装在机壳侧壁内，补气管的轴线平行于转轮的水斗分水刃面，且位于水斗分水刃面的上下2m范围内。在该位置安装的补气管，穿过水帘厚度，就能顺利地将大气自动补入机壳，从而消除机壳内的真空。依靠大气压的压力自然补气，即机壳内一旦形成真空，大气压就将空气自动补入机壳内，不需要另外机械的或电力以及仪器仪表等人工操作。作为本方案的优选，所述补气管与进气管相连的一端通过补气法兰和螺钉固定在机壳的侧壁上，补气管的另一端设置有补气弯管。通过补气法兰和螺钉与机壳侧壁相连的补气管，当需要在机壳内检修喷嘴、转轮等部件时，可以很方便将补气管取下；另外，在补气管的末端设置补气弯管，可防止转轮转动时的水流直接冲入补气管内。所述进气管靠近大气的一端通过进气弯管、扩气锥管和进气法兰向上引伸后与大 气相通，在扩气锥管与进气法兰之间还设置有滤网。优化结构布置的同时，通过设置滤网，防止外部异物或人为将异物投入补气管内，将进气管、补气管堵塞。其有益效果是该自然补气装置补气效果好、造价低、运行可靠、安装更换方便、使用寿命长，提高了转轮的效率、增加了电站的经济效益，同时控制了喷针、喷嘴的汽蚀损坏，减少了水轮机的噪音，提高了水轮机的可靠性，确保了电站的经济效益和运行安全；适用于双喷嘴、三喷嘴、四喷嘴、五喷嘴、六喷嘴等立轴冲击式水轮机。
图1是双喷嘴的立轴冲击式水轮机自然补气装置。图2是三喷嘴的立轴冲击式水轮机自然补气装置。图3是四喷嘴的立轴冲击式水轮机自然补气装置。图4是五喷嘴的立轴冲击式水轮机自然补气装置。图5是六喷嘴的立轴冲击式水轮机自然补气装置。图6是图1的A-A剖视图。图7是图6的B向局部视图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明如图1所示为双喷嘴的立轴冲击式水轮机自然补气装置，由机壳1，以及设置在机壳I内的喷嘴2和转轮3等组成。机壳I内共设置有两个喷嘴2，喷嘴2绕在转轮3的外周且均朝向转轮3设置，喷嘴2的射流轴线2a与转轮3的节圆相切(其中一个喷嘴只画出了射流轴线)，转轮3的轴线纵向设置，因此称为双喷嘴的立轴冲击式水轮机，喷嘴2通过喷嘴进水管14供水。图2所示为三喷嘴的立轴冲击式水轮机自然补气装置，与双喷嘴的立轴冲击式水轮机的区别在于喷嘴2的数量为三个。三个喷嘴2绕在转轮3的外周且均朝向转轮3设置，每个喷嘴2的射流轴线2a均与转轮3的节圆相切，喷嘴2通过喷嘴进水管14供水。图3所示为四喷嘴的立轴冲击式水轮机自然补气装置，与双喷嘴的立轴冲击式水轮机的区别在于喷嘴2的数量为四个。四个喷嘴2绕在转轮3的外周且均朝向转轮3设置，每个喷嘴2的射流轴线2a均与转轮3的节圆相切，喷嘴2通过喷嘴进水管14供水。图4所示为五喷嘴的立轴冲击式水轮机自然补气装置，与双喷嘴的立轴冲击式水轮机的区别在于喷嘴2的数量为五个。五个喷嘴2绕在转轮3的外周且均朝向转轮3设置，每个喷嘴2的射流轴线2a均与转轮3的节圆相切，喷嘴2通过喷嘴进水管14供水。图5所示为六喷嘴的立轴冲击式水轮机自然补气装置，与双喷嘴的立轴冲击式水轮机的区别在于喷嘴2的数量为六个。六个喷嘴2绕在转轮3的外周且均朝向转轮3设置，每个喷嘴2的射流轴线2a均与转轮3的节圆相切，喷嘴2通过喷嘴进水管14供水。结合图1-图6所不,机壳I的侧壁外设置有进气管5,机壳I的侧壁内设置有
补气管4，每个喷嘴2分别配备有一个补气管4，补水管4的数量与喷嘴2的数量相等。每个补气管4与各自对应设置在进水管5相连，进水管5设置在机壳I的侧壁外，补水管4通过进气管5向上引伸后与大气相通。如图6所示，转轮3为对称件，水斗分水刃面3a为转轮3的上下对称分界面。补气管4的轴线平行于转轮3的水斗分水刃面3a，且位于水斗分水刃面3a的上下2m范围内。补气管4的轴线平行于转轮3的水斗分水刃面3a，那么，补气管4的轴线也必然垂直于转轮3的轴线。如图6所示，补气管4与进气管5相连的一端通过补气法兰6和螺钉7固定在机壳I的侧壁上，补气管4的另一端设置有补气弯管8。补气管4、补气弯管8最好由无缝钢管制成，管径为①50mm ①400mm,补气管4的长度最好大于100mm。如图6，进气管5靠近大气的一端通过进气弯管10、扩气锥管11和进气法兰12向上引伸后与大气相通，结合图7可知，在扩气锥管11与进气法兰12之间最好还设置有滤网13。也可以不设置进气弯管10、扩气锥管11和进气法兰12，而由进气管5直接与大气相通。进气管5的结构布置形式多样，只要能将大气引入补气管4中即可。安装时，补气管4的轴线距离厂房地坪面9最好为0.1m 2m。以上所述仅为实用新型的较佳实施例而已，并不以此作为实用新型的限制，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种立轴冲击式水轮机自然补气装置，包括机壳(I)，以及设置在机壳(I)内的喷嘴 (2)和转轮(3)，所述转轮(3)的轴线纵向延伸，其特征在于每个喷嘴(2)都需设置一个补气管(4),所述补气管⑷位于机壳⑴的侧壁内，并通过各自对应设置在机壳⑴侧壁外的进气管(5)向上引伸后与大气相通；所述补气管(4)的轴线平行于转轮(3)的水斗分水刃面(3a)，且位于水斗分水刃面(3a)的上下2m范围内。
2.按照权利要求1所述的立轴冲击式水轮机自然补气装置，其特征在于所述补气管(4)与进气管(5)相连的一端通过补气法兰(6)和螺钉(7)固定在机壳(I)的侧壁上，补气管(4)的另一端设置有补气弯管(8)。
3.按照权利要求2所述的立轴冲击式水轮机自然补气装置，其特征在于所述补气管(4)、补气弯管(8)均由无缝钢管制成,管径为Φ50ι πι C>400mm,补气管(4)的长度大于 10Omnin
4.按照权利要求1——3中任一项所述的立轴冲击式水轮机自然补气装置，其特征在于所述进气管(5)靠近大气的一端通过进气弯管(10)、扩气锥管(11)和进气法兰(12)向上引伸后与大气相通，在扩气锥管(11)与进气法兰(12)之间还设置有滤网(13)。
专利摘要本实用新型公开了一种立轴冲击式水轮机自然补气装置，包括机壳(1)、喷嘴(2)和转轮(3)，每个喷嘴(2)都需配备一个补气管(4)，所述补气管(4)位于机壳(1)的侧壁内，并通过各自对应设置在机壳(1)侧壁外的进气管(5)向上引伸后与大气相通；所述补气管(4)的轴线平行于转轮(3)的水斗分水刃面(3a)，且位于水斗分水刃面(3a)的上下2m范围内。在立轴冲击式水轮机的机壳内找到水帘最薄的位置，并在该位置上安装补气管，机壳内一旦形成真空，大气压就将空气自动补入机壳内，具有补气效果好、造价低、运行可靠等特点，不需要另外机械的或电力以及仪器仪表等人工操作。
文档编号F03B1/00GK202832936SQ201220332800
公开日2013年3月27日 申请日期2012年7月10日 优先权日2012年7月10日
发明者杨小松 申请人:重庆立崧电机设备有限公司