一种自适应调控防空化水泵水轮机制造技术

本发明专利技术公开了一种自适应调控防空化水泵水轮机，包括主轴、转轮、具有出水口的蜗壳、通过管路与蓄水池相连的尾水管，转轮包括上冠、下环、叶片，主轴的下端设有引流孔，引流孔通过管路与外部水源相连通，上冠内设有若干径向的流体孔，在靠近叶片背水面处设有与流体孔外端连通的出水孔，流体孔内端贯通主轴的引流孔，当转轮带动主轴转动时，主轴引流孔引入外部水源的水流，通过流体孔、进入叶片背水面处的出水孔，然后冲散涡流、平衡负压。本发明专利技术可根据真正的负压区域位置进行有针对性的“消泡”，以有效地消除水泵水轮机在运行时的负压、气蚀等空化问题，确保水轮机的平稳运行，并可根据水轮机的运行工况进行调节，以降低防空化成本。以降低防空化成本。以降低防空化成本。

【技术实现步骤摘要】
一种自适应调控防空化水泵水轮机


[0001]本专利技术涉及流体机械及能源工程设备
，具体涉及一种自适应调控防空化水泵水轮机。

技术介绍

[0002]随着人们节能环保意识的增强，作为清洁能源的风力发电、太阳能发电、水力发电正在大力发展。目前，水力发电还是主要的清洁能源，水力发电的基本原理就是利用水库蓄水的势能，带动水轮机转动，水轮机又带动发电机转动而发电。由于在一天当中各时段用电的不均衡，为了充分利用电能，人们又专利技术了抽水蓄能电站，在白天用电高峰时段，利用水库、上游的高压水流使水轮机带动发电机发电、发电后的低压水流进入一个大型的蓄水池内；到了晚上用电低谷时段，发电机通电而反向成为大型的电机，此时，电机带动水轮机转动，此时的水轮机即成为水泵，从而抽取蓄水池内的蓄水，并将蓄水输送到上游水库，以便白天发电之用。
[0003]我们知道，对于立式混流式水轮机而言，其通常包括竖直的转轴，转轴的下端设有环形的转轮，转轮的外围设有环形的蜗壳，蜗壳与上游的水流连通，从而在环形的蜗壳内部形成高压的混流区域，也就是说，转轮位于混流区域内，而转轮的下方与低压的尾水管连通，尾水管则与蓄水池连通。当上游防水、蜗壳内的水流冲击转轮的叶片、从而驱动转轮转动时，即可带动转轴转动，进而带动发电机发电。对叶片做完功后流速变缓、压力变小的水流通过尾水管流至蓄水池内。也就是说，混流区域为具有一定水压的高压区域，而尾水管区域为常压区域。当高压水流通过叶片带动水轮机的转轴高速转动时，转轮叶片的背水面处由于“原有的水流被移走”而形成暂时的空缺，而旁边的水流无法及时补充该暂时的空缺，因此，会出现局部的负压或低压而形成负压区，相应地，其水流会形成涡流、空泡。特别是，当液体内局部压力降低时，原本溶解在液体内部或液固交界面上的蒸气或气体会析出而形成空穴（空泡），当空泡不断地“生成”、“长大”、“破裂”、“再次生成”后，即形成所谓的“空化”。此时，金属材料在经受空化冲击后，表面会出现变形和材料剥蚀等现象，被称为气蚀。在空化过程中，空泡急速产生、扩张和溃灭，在液体中形成激波或高速微射流。金属材料受到冲击后，表面晶体结构被扭曲，出现化学不稳定性，使邻近晶粒具有不同的电势，从而加速电化学腐蚀过程。剥蚀区域材料的机械性能显著恶化，导致空蚀量剧增。从而造成机组振动加大，并且在长期运行后会造成叶片表面的气蚀，危及机组安全稳定运行，由于上述空化的过程是流体机械及能源工程设备
的常见现象，其属于“现有的技术问题”，故而在本申请文件中，不对其原理等做详细的展开描述。为了有效地解决上述空化问题，在水轮机设计时，通常会设置相应的防空化结构，具体地，即通过设置相应的补气管路，以便将外部的空气输入混流区域等负压区域内进行补气，以消除负压区域水流的负压以及涡流的形成。
[0004]然而现有的水轮机补气结构和补气原理存在如下技术缺陷：首先，当外界的空气或者压缩空气被输入到混流区域等负压区域内补气时，其都是一种固定节奏的“被动式补
气”，也就是说，无法根据水轮机不同的运行工况所构成的实际需要科学合理地调节补气量，其后果是，或者造成补气不足，使水轮机存在安全隐患；或者造成过量补气，既造成浪费，不利于提升效率、降低成本，又会额外增加气泡。其次，由于转轮的高速运转会使背水面的位置不断地改变，因此，即使人们在水轮机组内部安装设置相应的压力传感器，也无法真实地检测出负压区的压力，继而确定合适的补气量。也就是说，在整个混流区域，真正的负压空泡区只是个别位置，而现有技术难以针对真正的负压空泡区域进行“补气消泡”。尤其是，水流是一种几乎不可压缩的流体，而气体是一种可压缩流体，因此，用可压缩的气体去弥补平衡不可压缩的水流形成的负压区和空泡，其效果无法等同于压力平衡状态下的水流性能。也就是说，上述补气的方法只能减轻负压、气蚀等影响，但是不能从根本上消除负压、气蚀所造成的问题。事实上，补气本身也会造成额外的气泡。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了提供一种自适应调控防空化水泵水轮机，可根据真正的负压区域位置进行有针对性的“消泡”，以有效地消除水泵水轮机在运行时的负压、气蚀等空化问题，确保水轮机的平稳运行，同时可根据水轮机不同的运行工况进行调节，以提高发电效率，降低防空化的运行成本。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种自适应调控防空化水泵水轮机，包括上端与发电机连接的主轴、位于主轴下端的混流区域、位于混流区域内的转轮、位于混流区域外围的蜗壳，混流区域的下部与尾水管相连接，所述尾水管通过管路与蓄水池相连接，蜗壳的内侧设有出水口，出水口内设有可引导水流方向的导叶，所述转轮包括与主轴连接的上冠、下环、若干连接在上冠和下环之间并在周向上均匀分布的叶片，主轴的下端设有向上轴向延伸并与叶片迎水面一侧的混流区域连通的引流孔，上冠内设有若干径向的流体孔，所述叶片位于转动方向前侧的侧面为迎水面，位于转动方向后侧的侧面为背水面，在靠近背水面处设有竖直的补水管，补水管上设有出水孔，补水管的上端密封连接在上冠内，流体孔外端与对应的补水管上端相连通，流体孔内端贯通主轴的引流孔，当转轮高速转动时，叶片的背水面产生负压、涡流，主轴引流孔引入混流区域的高压水流，然后通过流体孔、补水管进入叶片的背水面处喷出以冲散涡流、平衡负压。
[0007]我们知道，对于水泵水轮机来说，主轴下部的蜗壳、转轮等形成同时具有高压和局部负压的混流区域，其中，位于转轮迎水面一侧为高压的混流区域，位于转轮背水面一侧为具有局部负压的混流区域。本专利技术在主轴下端设置与与叶片迎水面一侧的混流区域连通的引流孔，方便将高压的混流区域的水流引入具有局部负压的混流区域，从而平衡混流区域内的负压、并冲散混流区域的涡流，使混流区域的水流变得“尽量平缓”，避免对转轮的表面造成气蚀。
[0008]也就是说，本专利技术巧妙地利用了混流区域自身存在的水流压力差，将高压的水流“吸入”负压区，在无需输入外部气流或水流的前提下，快速弥补混流区域内“原有的水流被移走”后形成的空缺，进而改善防空化效果，提升防空化效率。当高压水流进入混流区域内的局部负压区时，可很好地平衡混流区域的负压、并冲散混流区域的涡流，从而真正做到“以水补水”，并且降低外部水源的消耗和水轮机的运行成本。
[0009]此外，本专利技术在靠近叶片背水面处设置竖直的补水管，并在上冠内设置径向的流体孔。这样，当主轴高速转动时，径向的流体孔在离心力的作用下会形成负压而“吸入”引流孔内引入高压混流区域的水流，然后通过补水管进入叶片的背水面处平衡负压、并冲散涡流。
[0010]由于补水管与上冠的位置相对固定，不仅方便安装，而且无论转轮转动到那个位置，补水管可始终位于叶片背水面的负压区内进行有针对性的补水平衡，既有利于减少平衡用水的消耗，又有利于提升水流的平衡效果，并且无需额外的压力传感器对水压进行检测。
[0011]可以理解的是，本专利技术只是将混流区域的水流移动换位而已，以达到压力平衡的效果，并且在转轮转速高、负压情况严重时，补水量大；相应地，转轮转速低、负压不严重时，补水量小。既不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自适应调控防空化水泵水轮机，包括上端与发电机连接的主轴、位于主轴下端的混流区域、位于混流区域内的转轮、位于混流区域外围的蜗壳，混流区域的下部与尾水管相连接，所述尾水管通过管路与蓄水池相连接，蜗壳的内侧设有出水口，出水口内设有可引导水流方向的导叶，所述转轮包括与主轴连接的上冠、下环、若干连接在上冠和下环之间并在周向上均匀分布的叶片，其特征是，主轴的下端设有向上轴向延伸并与叶片迎水面一侧的混流区域连通的引流孔，上冠内设有若干径向的流体孔，所述叶片位于转动方向前侧的侧面为迎水面，位于转动方向后侧的侧面为背水面，在靠近背水面处设有竖直的补水管，补水管上设有出水孔，补水管的上端密封连接在上冠内，流体孔外端与对应的补水管上端相连通，流体孔内端贯通主轴的引流孔，当转轮高速转动时，叶片的背水面产生负压、涡流，主轴引流孔引入混流区域的高压水流，然后通过流体孔、补水管进入叶片的背水面处喷出以冲散涡流、平衡负压。2.根据权利要求1所述的一种自适应调控防空化水泵水轮机，其特征是，引流孔下端封闭，在主轴的下端圆周面上设有若干贯通引流孔的导流孔，导流孔设置在靠近叶片迎水面处，导流孔由内至外向着叶片转动方向前侧倾斜。3.根据权利要求2所述的一种自适应调控防空化水泵水轮机，其特征是，在主轴的外圆周面上对应导流孔处设有导流片，导流片一侧连接在导流...

【专利技术属性】
技术研发人员：马建峰，胡伟强，周益峰，杜红阳，
申请(专利权)人：杭州力源发电设备有限公司，
类型：发明
国别省市：