一种冲击式水轮机抗磨喷针的制作方法

本发明涉及冲击式水轮机领域，尤其涉及一种冲击式水轮机抗磨喷针。

背景技术：

1、直流喷管是冲击式水轮机重要的导流部件，水所具有的压能通过直流喷管后转换为射流所具有的动能，转轮在高速射流的冲击作用下旋转做功发电。如图1所示，常规的喷针为锥形结构，高压水向喷管出口流动，喷管流量恒定，由于喷针与喷管间的环形过流面积逐渐减小，水流速度逐渐增加。喷管出口处压力为大气压，此处水流的压能完全转化为动能，水流以极高的速度射入大气中。水轮机在实际运行中，砂石等杂质随高速水流不断冲刷、撞击喷针和喷管，造成喷管出口、喷针尖的磨损和撞伤。

2、如图1所示为常规喷针示意图，喷管出口区域内喷管、喷针均为直线段，以喷管出口直线段的右端点为原点，以喷管出口直线段为基准线x，定义水流上游侧为+x方向；以垂直于喷管出口直线段为基准线y，定义指向喷管的中心线方向为+y方向，喷管、喷针出口直线段区域内，有如下关系：

3、y＝f(x)

4、式中：

5、x为喷针直线段上某一点的x坐标值，单位mm；

6、y为喷针直线段上某一点到喷管出口直线段的距离，即y坐标值，单位mm。

7、喷管、喷针出口直线段区域内，水流过流圆环面积，满足如下关系：

8、s＝f(y2)＝f(x2)

9、式中：

10、s为以喷针直线段上某一点到喷管出口直线段的距离为半径的圆环面积，单位m2。

11、喷管、喷针出口直线段区域内，过流圆环上水流平均流速，满足如下关系：

12、

13、式中：

14、v为过流圆环上水流平均流速，单位m/s；

15、q为喷管的流量，单位m3/s；

16、喷管、喷针出口直线段区域内，过流圆环上水流平均加速度，满足如下关系：

17、

18、式中：

19、a为过流圆环上水流平均加速度，单位m/s2；

20、综上，喷管、喷针出口直线段区域内，喷管、喷针均为圆锥形直线段，y值线性变化，水流平均流速v指数式增加，水流平均加速度a线性增加，砂石流速、加速度均与水流相同，根据牛顿第二定律可知砂石对喷管、喷针的撞击力随流速增加，且在喷针尖和喷管口位置最严重，这将导致喷针和喷管的磨损。

21、如图2所示为常规喷针关闭位置，依靠喷针、喷管口间极小的一段圆环面密封，机组运行一段时间后，由于喷针尖、喷管口的磨损造成密封失效，在非全部喷管使用时，部分喷管无法关闭，水流漏损增大。高速漏流将加剧喷管的磨损和气蚀，进一步降低喷管使用寿命。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的是提供一种降低砂石对喷针尖和喷管的撞击磨损，延长喷管和喷针的使用寿命的冲击式水轮机抗磨喷针。本发明的技术方案具体描述如下：本发明由喷管和喷针组成；喷管由第一直线段、第一圆弧和第二直线段绕喷管的中心线旋转而成；喷针由第三直线段、第二圆弧、第四直线段和曲线段绕喷针的中心线旋转而成；喷针位于喷管的内部，喷针的中心线与喷管的中心线同轴，喷针可沿喷管的中心线移动。以第二直线段的右端点为原点，以第二直线段为基准线x，定义水流上游侧为+x方向；以垂直于第二直线段为基准线y，定义指向喷管的中心线方向为+y方向。

2、在上述冲击式水轮机抗磨喷针中，所述第四直线段与第二直线段平行。

3、在上述冲击式水轮机抗磨喷针中，所述曲线段满足如下关系：

4、y＝f(x0.5)

5、式中：

6、x为曲线段上某一点的x坐标值，单位mm；

7、y为曲线段上某一点到第二直线段的距离，单位mm。

8、本发明的有益效果是：

9、1.本发明中，喷管出口区域内喷管、喷针间的过流面积线性减小、水流流速线性增加，水流流速小于常规喷针，故可减轻砂石对喷管和喷针的磨损。

10、2.本发明中，喷管出口区域内水流的加速度恒定，根据牛顿第二定律可知，砂石对喷管和喷针的作用力小于常规喷针，故可降低砂石高速撞击对喷管、喷针的破坏。

11、3.本发明中，利用喷针和喷管的平行直线段密封，密封直线段位置在喷管内部，此处水流流速较低，磨损较轻；且密封直线段长度可取喷管第二直线段长度的5％至15％，该长度大于常规喷针，有效提高了喷针的密封性。

技术特征：

1.一种冲击式水轮机抗磨喷针，其特征在于：由喷管(1)和喷针(2)组成；

2.根据权利要求1所述的一种冲击式水轮机抗磨喷针，其特征是：所述第四直线段(24)与第二直线段(14)平行。

3.根据权利要求1所述的一种冲击式水轮机抗磨喷针，其特征是：所述曲线段(25)满足如下关系：

技术总结
本发明公开一种冲击式水轮机抗磨喷针，由喷管和喷针组成；密封段位于喷管内部且密封段较长，喷针尖部型线为曲线。本发明喷管内水流速度线性增加，可降低水中砂石对喷管和喷针的磨损；水流加速度恒定，可减轻水中砂石对喷管和喷针的作用力，降低砂石高速撞击对喷管、喷针的破坏作用，提高喷管和喷针的使用寿命。

技术研发人员：覃大清,刘永新,李任飞,魏显著,许彬,郑群,赵越,郭娜,宋永健,童旭松
受保护的技术使用者：哈尔滨电机厂有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16