一种高水头冲击式水轮机喷射机构制造技术

本发明专利技术属于流体机械及工程设备技术领域，尤其涉及一种高水头冲击式水轮机的喷射机构，从左至右设置有直管段1、喷针组合体2、喷嘴组合体3；所述直管段1用以连接引水管道，起到引流的作用；所述喷针组合体2尖端可以左右移动，通过改变喷射机构过流面积来调节机构流量；所述喷嘴组合体3用以射出水，以形成射流。本发明专利技术通过优化配置喷针角和喷嘴角度，利用两个角度的优化组合，可以减小喷射机构内部的流动损失和流动收缩导致的能量损失，从而提高机构的水力效率，同时检修更为方便，提高了冲击式水轮机组运行的经济性。

【技术实现步骤摘要】
一种高水头冲击式水轮机喷射机构
本专利技术属于流体机械及工程设备
，尤其涉及一种高水头冲击式水轮机的喷射机构。
技术介绍
我国水能资源在河流上，表现出河道陡峻、落差巨大的特点。反击式水轮机由于存在工程开挖量较大、气蚀现象较为严重以及对大负荷波动适应性差等缺点，适用程度偏低；而冲击式水轮机则能够完美适应高落差水头，对负荷变动适应较好，在这种环境下可将水流动能充分利用。因此，对高水头冲击式水轮机的研究与开发，就自然成为了我国水力资源利用与开发的趋势所在。冲击式水轮机的喷射机构首先以高速射流的形式将管道输运来的水流喷入大气，随后击打在转轮表面上，起着引导水流、调节流量和能量形式转换的作用。运行在高水头下的喷射机构面临着水流冲击力大、喷嘴出口处射流形态变化剧烈等问题，这使得结构改进和水力设计的难度大大增加。然而，由于冲击式水轮机结构的特殊性，喷嘴独立于转轮进行工作，二者互不影响。因此，对喷嘴的设计优化可独立进行，而不需像反击式水轮机一样从整体机组结构进行分析，这使问题的研究得到了极大的简化。目前，喷嘴主要分为外控式喷嘴和内控式喷嘴两种。外控式喷管结构简单，维护方便，但操作杆在喷管内部会增大流动损失；而内控式喷管结构相对紧凑，流动损失较小，效率相对较高。在水力设计研究中，水轮机的流场分析主要依靠CFD计算与模型试验，通过几十年的研究发展，目前己经可以比较准确地预测水力性能和不定常流动特性，并进一步开展了较多的流动诱导的动力特性研究。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出了一种高水头冲击式水轮机喷射机构。本专利技术的有益效果在于：通过设计合适的喷嘴和喷针角度组合，并设计了相应的喷管内部流道的几何尺寸，提高了高水头冲击式水轮机的效率和机组的过流量，进而可提高经济效益。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种喷射冲击式水轮机喷射机构，其特征在于，从左至右设置有直管段1、喷针组合体2、喷嘴组合体3；所述直管段1用以连接引水管道，起到引流的作用；所述喷针组合体2尖端可以左右移动，通过改变喷射机构过流面积来调节机构流量；所述喷嘴组合体3用以射出水，以形成射流。优选的，所述直管段1由管道11，两个泄流孔12，和一个压力测试孔13组成；所述管道1的左端设置有法兰盘，用于连接上游的分叉管，将水引入喷射机构；所述泄流孔12布置于直管段1的下端，可以在喷射机构停机时将残留在机构内的水泄出；两个泄流孔12的直径大小不同，可以控制射流的速度；所述压力测试孔13设置在右端法兰盘过渡处，可以装入压力传感器，测量获得机构内部的压力。优选的，所述喷针组合体2包括支撑肋板21、位于左端的钝体22和位于右端的喷针23；所述支撑肋板21安装直管段1上，起到支撑钝体22的作用；所述钝体22内部包含驱动机构，用于驱动右端的喷针23的移动；所述喷针23安装于钝体22右端，可以在钝体22内部的驱动机构的作用下前后移动，从而控制机构出口的过流部件，起到调节流量的作用。优选的，所述支撑肋板21长度L1、支撑肋板21前方长度L2和喷针23最大行程L3满足以下关系式(L1+L2):L3＝(2～4)。优选的，所述喷针23尖端所夹锐角为α＝50～70°。优选的，所述喷嘴组合体3包括喷嘴31、口环32、和扩张段33；所述喷嘴31通过法兰螺栓连接于左端直管段；所述口环32通过阶梯状的台阶安装在喷嘴组合体3内部；所述扩张段33通过台阶卡在喷嘴31和口环32外侧，扩张段33靠近外侧处安装有紧固螺栓用于固定部件。优选的，所述喷嘴31有向内收的夹角β，β＝α+(30～40)°。优选的，所述口环32设计为阶梯型，可以方便的进行简单替换。优选的，所述扩张段33设计成外扩的形式，可以避免与射流接触，减少在次数的撞击损失；扩张段33的内径大于口环32的内径，可以通过拆卸螺栓进行简单替换。优选的，所述扩张段33起始于中间位置，阶梯内外径R0和R1满足关系为R1:R0＝1.1。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术对冲击式水轮机的喷射机构进行结构优化设置，通过优化配置喷针角和喷嘴角度，利用两个角度的优化组合，可以减小喷射机构内部的流动损失和流动收缩导致的能量损失，从而提高机构的水力效率。相比于现有技术，现有的喷射机构具有整体效率较高的优点，并且安装设计了易于更换的口环和扩张段，在检修时更为方便，具有在工程中广泛推广应用的价值。经过数值模拟计算，采用本专利技术所述的喷射机构可以比改造前效率提高0.7％，可有力的提高了冲击式水轮机组运行的经济性。附图说明图1为所述高水头冲击式水轮机喷管结构示意图；图2为单喷射机构布置时的冲击式水轮机组布置图图3为双喷嘴布置时的冲击式水轮机机组布置图图4不同配合角度下喷射机构的最优效率值图5为喷嘴/喷针组合角度为100°/70°时，在不同流量下的效率对比图。图6为喷嘴/喷针组合角度为100°/70°时，喷射机构效率提高原理图的原理图，其中图6(a)为最优配合角示意图，图6(b)为非最优配合角示意图附图标记：1-直管段、11-管道、12-泄流孔、13-压力测试孔、2-喷针组合体、21-支撑肋板、22-钝体、23-喷针、3-喷嘴组合体、31-喷嘴、32-口环、33-扩张段具体实施方式下面结合附图，对实施例作详细说明。如图1所示，本专利技术提供了一种喷射冲击式水轮机喷射机构，从左至右设置了直管段1、喷针组合体2、喷嘴组合体3；所述直管段1用以连接引水管道，起到引流的作用；所述喷针组合体2尖端可以左右移动，起到改变喷射机构过流面积，从而调节机构流量的作用；所述喷嘴组合体3用以射出水，形成射流的作用。其中，所述直管段1由管道11，两个泄流孔12，和一个测压孔13组成；所述管道1左端设置法兰盘，可用以连接上游的分叉管，从而将水引入喷射机构；所述泄流孔12布置于直管段下端，可以在喷射机构停机时将残留在机构内的水泄出，此外泄压孔12直径大小不同，可以控制射流的速度；所述测压孔13设置在右端法兰盘过渡处，可以装入压力传感器，测量获得机构内部的压力。其中，所述喷针组合体2由支撑肋板21，左端钝体22，右端的喷针23组成；所述支撑肋板21安装直管段上，起到支撑钝体22的作用；所述钝体22内部包含驱动机构，可以用以驱动右端喷针的移动；所述喷针23安装于钝体右端，可以在钝体22内部驱动机构的作用下前后移动，从而控制机构出口的过流部件，起到调节流量的作用。其中，所述肋板21长度L1，肋板21前方长度L2和喷针体2最大行程L3满足以下关系式(L1+L2):L3＝(2～4)；其中，所述喷针23尖端所夹锐角为α＝50～70°；其中，所述喷嘴组合体3由喷嘴31，口环32，和扩张段33组成；所述喷嘴31通过法兰螺栓连接于左端直管段1；所述口环32通过阶梯状的台阶安装在喷嘴组合体3内部；所述扩张段33通过台阶卡在喷嘴和口环外侧，扩张段33靠近外侧处安装有螺栓用以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种喷射冲击式水轮机喷射机构，其特征在于，从左至右设置有直管段(1)、喷针组合体(2)、喷嘴组合体(3)；所述直管段(1)用以连接引水管道，起到引流的作用；所述喷针组合体(2)尖端可以左右移动，通过改变喷射机构过流面积来调节机构流量；所述喷嘴组合体(3)用以射出水，以形成射流。/n

【技术特征摘要】
1.一种喷射冲击式水轮机喷射机构，其特征在于，从左至右设置有直管段(1)、喷针组合体(2)、喷嘴组合体(3)；所述直管段(1)用以连接引水管道，起到引流的作用；所述喷针组合体(2)尖端可以左右移动，通过改变喷射机构过流面积来调节机构流量；所述喷嘴组合体(3)用以射出水，以形成射流。


2.根据权利要求1所述的喷射冲击式水轮机喷射机构，其特征在于，所述直管段(1)由管道(11)，两个泄流孔(12)，和一个压力测试孔(13)组成；所述管道(1)的左端设置有法兰盘，用于连接上游的分叉管，将水引入喷射机构；所述泄流孔(12)布置于直管段(1)的下端，可以在喷射机构停机时将残留在机构内的水泄出；两个泄流孔(12)的直径大小不同，可以控制射流的速度；所述压力测试孔(13)设置在右端法兰盘过渡处，可以装入压力传感器，测量获得机构内部的压力。


3.根据权利要求1所述的喷射冲击式水轮机喷射机构，其特征在于，所述喷针组合体(2)包括支撑肋板(21)、位于左端的钝体(22)和位于右端的喷针(23)；所述支撑肋板(21)安装直管段(1)上，起到支撑钝体(22)的作用；所述钝体(22)内部包含驱动机构，用于驱动右端的喷针(23)的移动；所述喷针(23)安装于钝体(22)右端，可以在钝体(22)内部的驱动机构的作用下前后移动，从而控制机构出口的过流部件，起到调节流量的作用。


4.根据权利要求3所述的喷射冲击式水轮机喷射机构，其特征在于，所述支撑肋板(21)长...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖业祥，张瑾，郭豹，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11