冲击式水轮机喷嘴口、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。
【技术实现步骤摘要】
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。二、
技术介绍
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。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。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。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。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。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、专利技术的具体方案和内容：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）。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。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。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。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。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）。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。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。（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。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。五．总体描述，为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：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。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。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本文档来自技高网...
【技术保护点】
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汅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。...
【技术特征摘要】
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...
【专利技术属性】
技术研发人员：苏永发，苏祺，
申请(专利权)人：苏永发，
类型：发明
国别省市：广东;44
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