專利名稱：液動(dòng)力渦輪機(jī)的配備形成尖頭體的機(jī)件的軸同輻流式轉(zhuǎn)輪和使用該轉(zhuǎn)輪減小波動(dòng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液動(dòng)力機(jī)器的軸同輻流式轉(zhuǎn)輪(mue Francis)，其配備形成尖頭體的 機(jī)件，所述形成尖頭體的機(jī)件在整體上延長轉(zhuǎn)輪的頂板體。本發(fā)明還涉及在與該轉(zhuǎn)輪相 互作用的液流中減小波動(dòng)的方法。
背景技術(shù)：
在液動(dòng)力渦輪機(jī)的領(lǐng)域，尤其是軸同輻流式渦輪機(jī)的領(lǐng)域，公知的是，給轉(zhuǎn)輪 的頂板體的下游部分配備具有一軸對(duì)稱的機(jī)件，該機(jī)件經(jīng)常被稱為“尖頭體”，其外表 面顯著地延長轉(zhuǎn)輪的頂板體的潤濕表面，潤濕表面具有可朝下游縮減的直徑。該機(jī)件或
“尖頭體”延長對(duì)液流的導(dǎo)向直到轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線附近。相同地，在泵-渦輪機(jī)和其它 槳葉渦輪機(jī)中使用導(dǎo)向機(jī)件或?qū)蚣忸^體是公知的。在公知的液動(dòng)力渦輪機(jī)中，經(jīng)過轉(zhuǎn)輪的液流會(huì)產(chǎn)生渦流或湍流，通常地這些渦 流或湍流被稱為“焰炬(torches)”，并且在某些載荷下是呈“開塞器”的形狀。這些焰 炬式湍流是有妨礙的，因?yàn)樗鼈円饓毫?或功率的波動(dòng)，這些波動(dòng)會(huì)損害由機(jī)器供 給的網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性及損壞該機(jī)器的機(jī)械性能。從文獻(xiàn)W0-A-2005/038243中公知的是使用一尖頭體，其包括兩表面，分別地 在轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的方向上是收斂的和發(fā)散的，這允許在很大程度上限制湍流。然而，在 某些狀態(tài)下，湍流仍存留，而本發(fā)明考慮一替換解決方案，其允許消除或有力地減少這 些湍流。從專利文獻(xiàn)US-A-2758815中還公知的是，在尖頭體中形成小直徑的鉆孔，其 對(duì)于具有垂直軸的一軸同輻流式轉(zhuǎn)輪允許在軸同輻流式轉(zhuǎn)輪的尖頭體內(nèi)部，形成由低向 高的再流通。一定數(shù)量的水穿過這些開口離開尖頭體，以便由渦輪機(jī)中流經(jīng)的主水流構(gòu) 成偏轉(zhuǎn)向下游的射流，這是為了圍繞尖頭體形成一混流區(qū)域，混流區(qū)域組成圍繞尖頭體 子午區(qū)部的流環(huán)。該運(yùn)行型式并不總是有效的，因?yàn)槠鹨蛴诩忸^體的“泵唧”作用不能 得到保證。也公知的是，在專利文獻(xiàn)FR-A-1 162 872中，在錐形的轉(zhuǎn)輪尖頭體下方布置一 圓柱形管體，而沒有精確地知道水如何在該管體內(nèi)部和圍繞該管體流動(dòng)。該管體旨在用 于水在轉(zhuǎn)輪中經(jīng)過后對(duì)水進(jìn)行導(dǎo)向，其方式是管體應(yīng)在一很高的高度上突出在設(shè)備的抽 吸導(dǎo)道中。管體限制從轉(zhuǎn)輪出離的主水流的流經(jīng)容積，這提高該水流的速度，也因此增 大效益損失。肋條在機(jī)械上將管體與錐形尖頭體相連接，而其對(duì)水流路線的影響沒有被 量化。此外，在尖頭體處懸吊的管體顯著地增大轉(zhuǎn)輪的整體尺寸，這對(duì)于將轉(zhuǎn)輪安裝在 操作現(xiàn)場(chǎng)而言產(chǎn)生困難。

發(fā)明內(nèi)容
通過提出軸同輻流式類型的新型轉(zhuǎn)輪，本發(fā)明尤其要修正這些弊端，該轉(zhuǎn)輪可
4配備在一渦輪機(jī)或一泵-渦輪機(jī)上，在其中從渦輪機(jī)出離的湍流被最小化，并且由于使 用所述機(jī)件效益損失沒有被增加。為此，本發(fā)明涉及用于液動(dòng)力渦輪機(jī)的或液動(dòng)力泵-渦輪機(jī)的軸同輻流式轉(zhuǎn) 輪，該轉(zhuǎn)輪包括多個(gè)布置在頂板體上的輪葉，并且配備一形成尖頭體的機(jī)件，所述機(jī)件 在所述輪葉內(nèi)側(cè)徑向地嵌接在所述頂板體或所述轉(zhuǎn)輪的輪轂的中心區(qū)域上，所述頂板體 形成對(duì)在所述輪葉之間流經(jīng)的水流進(jìn)行導(dǎo)向的濕表面，而所述形成尖頭體的機(jī)件配有至 少一開口，所述開口將一部分水流向所述機(jī)件的內(nèi)部空間分流。所述轉(zhuǎn)輪的特征在于， 所述形成尖頭體的機(jī)件包括截錐形的環(huán)狀裙部，其圍繞機(jī)件的內(nèi)部空間，所述部分水流 朝所述內(nèi)部空間被分流；并且至少一翼片被布置在所述機(jī)件的內(nèi)部空間中，且延伸直到 所述裙部的邊部，所述裙部的邊部界定一出離開口，所述出離開口用于所述向所述內(nèi)部 空間分流的部分水流從所述機(jī)件出離，所述至少一翼片適于改變通過所述的或多個(gè)的分 流水流的開口進(jìn)入所述內(nèi)部空間中的所述部分水流的路線。借助于本發(fā)明，經(jīng)過水流分流開口將與轉(zhuǎn)輪相互作用的一部分水流向機(jī)件或尖 頭體的內(nèi)部導(dǎo)引是可能的，這允許將這一部分水流向渦輪機(jī)的中間區(qū)域改向，焰炬或湍 流趨于在該中間區(qū)域中形成。換句話說，當(dāng)形成尖頭體的機(jī)件被安裝在一軸同輻流式渦 輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪上時(shí)，所述形成尖頭體的機(jī)件允許在機(jī)器的中間區(qū)域中注入一定數(shù)量的水， 這部分水與主水流流勢(shì)不同，這一注入允許“填補(bǔ)”趨于產(chǎn)生湍流的區(qū)域。通過在機(jī)件 內(nèi)部空間上作用直到緊鄰出離開口，所述的或多個(gè)翼片有效地更改進(jìn)入機(jī)件內(nèi)部空間中 的所述部分水流的路線，這是由于這些翼片延長到界定該開口的裙部的下邊部。翼片和 裙部在該部分水流上的聯(lián)合作用允許平行于轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線所觀測(cè)的裙部高度可相對(duì)較 小，使得機(jī)件可不會(huì)在轉(zhuǎn)輪環(huán)帶體的下邊部以外突伸到抽吸管內(nèi)。主水流因而沒有被顯 著地干擾，并且渦輪機(jī)的效益沒有令人不安地被降低。機(jī)件的幾何結(jié)構(gòu)還保證從該機(jī)件 出離的輔助水流可基本是軸向的，并且有效地作用在趨于在轉(zhuǎn)輪下游、轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸線附 近形成的湍流或渦流上。根據(jù)有利的但非強(qiáng)制性的方面，根據(jù)本發(fā)明的一轉(zhuǎn)輪可根據(jù)所有技術(shù)上可行的 組合并入權(quán)利要求2到17中的一個(gè)或多個(gè)特征本發(fā)明最后涉及在與液動(dòng)力機(jī)器的一轉(zhuǎn)輪相互作用的一水流中減少波動(dòng)的一方 法。根據(jù)該方法，將該水流的一部分進(jìn)入尖頭體成型并且屬于上述的一轉(zhuǎn)輪的一機(jī)件 的內(nèi)部空間中，經(jīng)過該或多個(gè)前述的分流水流開口，借助于機(jī)件的翼片更改該部分水流 的路線，并且使得該機(jī)件的該部分水流經(jīng)過一軸向開口出離，以使得該部分水流從該機(jī) 件出離，被導(dǎo)向整體上呈圓柱形的一空間內(nèi)，該圓柱形空間的軸線與轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線平 行。


在接下來對(duì)根據(jù)本發(fā)明的機(jī)件的三種實(shí)施方式和根據(jù)本發(fā)明的軸同輻流式轉(zhuǎn)輪 的兩種實(shí)施方式的描述將更好地理解本發(fā)明，并且本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)將更為清晰地得到 展示，所述實(shí)施方式僅是示例性的并且參照附圖，附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的軸向剖視圖；圖2是圖1的轉(zhuǎn)輪的尖頭體放大比例的透視圖3是根據(jù)另一角度的圖2的尖頭體的透視圖；圖4是圖2和3的尖頭體縮小比例的俯視圖，在圖4上線I-I表示圖1的尖頭體 的剖面；圖5是根據(jù)圖4的剖切線V-V的半剖視圖；圖6是在圖4的箭頭VI方向上的示意圖；圖7是根據(jù)圖6的線VII-VII的剖視圖；圖8是與圖7相似的根據(jù)第二實(shí)施方式的尖頭體的剖視圖；圖9是配有符合第三實(shí)施方式的尖頭體的根據(jù)本發(fā)明的第二渦輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的軸向 剖視圖；圖10是圖9的轉(zhuǎn)輪尖頭體的透視圖；圖11是圖10的機(jī)件的俯視圖；和圖12是根據(jù)圖11的線XII-XII的剖視圖。
具體實(shí)施例方式在圖1上示出的軸同輻流式渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪1包括圍繞轉(zhuǎn)輪1的中心轉(zhuǎn)動(dòng)軸線& 規(guī)則分布的輪葉2。一頂板體3被設(shè)置在轉(zhuǎn)輪1的內(nèi)徑向的上部部分上，而一環(huán)帶體4界 圍輪葉2的外徑向的下部部分。在每對(duì)相鄰的兩輪葉2之間形成一水流導(dǎo)道，該導(dǎo)道被 頂板體3的一濕表面31和環(huán)帶體4的一濕表面41界定。通過作用在轉(zhuǎn)輪的輪葉2上， 一水流E因而可穿過轉(zhuǎn)輪1以使該轉(zhuǎn)輪圍繞軸線&轉(zhuǎn)動(dòng)，以帶動(dòng)未顯示的將轉(zhuǎn)輪1與同 樣也未顯示的一能量轉(zhuǎn)換機(jī)件如一交流發(fā)電機(jī)相連接的一軸體。形成“尖頭體”的機(jī)件10被安裝在頂板體3的下游部分32上。該機(jī)件部分地 封閉通到該頂板體3的內(nèi)部空間V3的下游通道，通常性地在安裝機(jī)件10前，該空間應(yīng)該 是保持可接近的，以便安裝轉(zhuǎn)輪1、尤其是將該轉(zhuǎn)輪連接在前述軸體上。機(jī)件或尖頭體10包括在一軸線Xn上定中心的一裙部11，軸線Xn還構(gòu)成機(jī)件10 的一中心軸線。當(dāng)尖頭體10被安裝在轉(zhuǎn)輪1上時(shí)，軸線是重合的。實(shí)際上， 裙部11是截錐形的并且圍繞軸線Xn回轉(zhuǎn)對(duì)稱。在本描述中，術(shù)語“高”和“低”、“上部”和“下部”對(duì)應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)輪在具有垂 直軸線的一渦輪機(jī)或一泵-渦輪機(jī)中處于使用配置時(shí)轉(zhuǎn)輪1部分的定向。因此，一 “上 部”部分位于一 “下部”部分的上方。裙部11通過圓形截面的圓柱形壁體12向高處延伸，所述圓柱形壁體鄰接頂板體 13，頂板體13向高處封閉尖頭體10的內(nèi)部空間V1(1。元件11、12和13都是整體件并且 以金屬例如鋼或復(fù)合材料制成。作為變型，壁體12可是錐形的并且向低部收斂或發(fā)散。頂板體13被鉆有通行開口 131，所述通行開口 131讓在轉(zhuǎn)輪1的頂板體3上的未 顯示的固定部件通過。該固定部件有利地是螺栓或等同件的形式。根據(jù)本發(fā)明未顯示的 一方面，頂板體13可被鉆有一個(gè)或多個(gè)空氣通道孔或?qū)⑥D(zhuǎn)輪1連接到其軸體上的連接螺 栓的進(jìn)出孔口。壁體12被鉆有四個(gè)開口 121，其允許將一部分水流E轉(zhuǎn)向尖頭體10的內(nèi)部空間 V1Q。用121A標(biāo)注開口 121的邊部，且用121B標(biāo)注連接脊棱，所述連接脊棱121B在該邊部和壁體12的外徑向表面122之間。邊部121A被壁體12和一虛擬柱體的交集所限 定。作為變型，該邊部121A可被壁體12與一虛擬錐體的交集所限定。用X121標(biāo)記開口 121的中心軸線，即經(jīng)過脊棱121B的幾何重心并且平行于前述 的虛擬柱體或虛擬截錐體的軸線被定向的一軸線。用S121標(biāo)注開口 121的進(jìn)入?yún)^(qū)部，其被脊棱121B界定。該進(jìn)入?yún)^(qū)部被布置在壁 體12的外徑向表面122中。圖1右側(cè)的開口 121的進(jìn)入?yún)^(qū)部S121的跡線在該圖上通過一 條呈虛線的直線顯示。此外用D31標(biāo)注圖1的平面的一直線，其在軸線&的方向上即當(dāng)轉(zhuǎn)輪作為渦輪 機(jī)的部分運(yùn)行時(shí)朝著下游延長濕表面31。直線D31在頂板體3的下游部分32附近與表面 31是相切的。用e標(biāo)注在直線D31和中心軸線X121在圖1的平面中的子午投影之間的角度。 角度9在圖1的被直線D31和軸線X121的跡線所界定的角扇面中測(cè)得，角扇面相對(duì)于軸 線Xi徑向地位于在該直線和該跡線之間的交叉點(diǎn)P之外。該角度e是銳角，因此具有嚴(yán)格小于90°的角度值。實(shí)際上，角度e具有小于 80°的值，優(yōu)選地小于60°。通過一約等于25°的角度e已經(jīng)得到令人滿意的結(jié)果。借助于開口 121的中心軸線X121相對(duì)于直線D31的位置和定向，沿著濕表面31的 一部分水流E自然地朝著機(jī)件10的內(nèi)部空間V1(1流動(dòng)。壁體的外徑向表面122不與圖1的直線D31平行，這引起開口 121的進(jìn)入?yún)^(qū)部S121 在圖1的平面中的跡線與直線D31形成一非零的角度口?？紤]到角度e和□的值，每個(gè)開口 121的進(jìn)入?yún)^(qū)部S121位于觸及所述表面31的 水流E的一部分的路線上，從而有利于使該水流E的一部分按輔助水流氐的形式朝著空 間V1(l流轉(zhuǎn)，并且，這使得水流氐的流量可以很大。開口 121因此構(gòu)成使該水流E的一部分按輔助水流氐的形式朝著空間V1(l分流 的分流(d6viation)開口。輔助水流氐在輪葉2的逸流緣21的下游從水流E中汲取，以使得該水流氐可被 視為已經(jīng)通過與輪葉2的相互作用工作以使轉(zhuǎn)輪1轉(zhuǎn)動(dòng)。換句話說，水流氐在空間V1(l 中行進(jìn)的事實(shí)不減少轉(zhuǎn)輪1的整體效益。與頂板體13相對(duì)的裙部11的自由邊部112界定機(jī)件10的一出離開口 14，其可 被稱為“軸向的”，因?yàn)槠湓谳S線Xn上被定中心，以使得垂直地流經(jīng)該開口的水流整體 上平行于該軸線。開口 14呈垂直于軸線Xn的盤形。開口 14可部分地是“徑向的”，因?yàn)榻?jīng)過該開口的水流也具有一徑向分量。機(jī)件10的內(nèi)部空間V1Q是裙部11的徑向內(nèi)部空間，其朝高處被頂板體13封閉， 并且在邊部112側(cè)被開口 14所界定。在空間V1(l中布置有四個(gè)翼片15，其圍繞軸線Xn規(guī)則分布。每個(gè)翼片15是平 坦的并且布置在空間V1(l的內(nèi)部，位于相對(duì)于軸線&的一徑向平面中。換句話說，在圖 4和7的示意中，每個(gè)翼片15整體上根據(jù)相對(duì)于軸線Xn的徑向方向D15延伸。每個(gè)翼片15按在壁體12內(nèi)部徑向地經(jīng)過的方式將裙部11與頂板體13連接。每個(gè)翼片15從頂板體13延伸到邊部112的位置處，在該位置翼片被直線的并 且垂直于軸線Xn的一逸流緣152終止。該逸流緣152從邊部112開始按軸線Xn的方
7向——即當(dāng)機(jī)件10被安裝在轉(zhuǎn)輪上時(shí)的軸線&的方向延伸。每個(gè)翼片15從裙部11和壁體12開始并且按軸線Xn的方向延伸到直線的和平 行于軸線乂^的一邊部153。不同的翼片15的邊部153相互隔開，以使得在空間V1Q的 中心設(shè)置有一個(gè)無使輔助水流氐偏轉(zhuǎn)的分流機(jī)件的區(qū)域。翼片15是在空間V1(l內(nèi)作用于水流氐的僅有機(jī)件。特別地，不存在占據(jù)空間 V10的中心區(qū)域的錐形部分或圓形部分，這允許水流氐也在該中心區(qū)域中流動(dòng)。用113標(biāo)注裙部11的外徑向表面。表面113將表面122向低部延長，并且參與 水流E向設(shè)備下游部分的導(dǎo)向，轉(zhuǎn)輪1屬于該下游部分，下游部分特別地是未顯示的一抽 吸導(dǎo)道。由于開口 121在壁體12中的存在，在輪葉2和表面31和41之間經(jīng)過的一部分 水流E可進(jìn)入如前述的空間V1(l中，繼而根據(jù)整體上平行于軸線&的一方向流動(dòng)，經(jīng)過 開口 14從機(jī)件10流出。開口 121因而允許在表面122和113附近的水流E流經(jīng)的區(qū)域 A與空間V1(1相連通。從機(jī)件10出離后，水流氐允許填充或“填補(bǔ)”鄰近軸線&的一區(qū)域Z2，該區(qū) 域厶位于轉(zhuǎn)輪1的輪葉2的下游，并且鄰近環(huán)帶體4的下邊部42。該區(qū)域Z2在圖1上 以灰色示出。從機(jī)件10出離后，水流氐整體上根據(jù)平行于軸線&的一方向但具有一方 位角分量地被導(dǎo)引。區(qū)域Z2構(gòu)成具有垂直軸線的整體呈圓柱形的一空間，從機(jī)件10出 離的水流氐在該空間中行進(jìn)。水流氐彌補(bǔ)趨于在區(qū)域Z2中產(chǎn)生并且適于產(chǎn)生湍流的水 流虧空。因?yàn)樗髫档牧髁肯鄬?duì)于水流E的流量而言較大，由于軸線X121和直線D31在 圖1的軸剖面內(nèi)的相對(duì)定向，在區(qū)域Z2中消彌湍流的作用是顯著的?？紤]到水流氐在機(jī)件10的內(nèi)部空間V1(l中經(jīng)過，尤其是考慮到翼片15的作用， 水流氐具有與主水流E不同的流勢(shì)(r6gime)，這改善消除湍流的作用。每個(gè)開口 121的邊部121A被定中心在其軸線X121上，并且按其最大尺度方向?qū)?齊于直線Dm的方式被延長，直線D121相對(duì)于垂線一即相對(duì)于在尖頭體的安裝好構(gòu)型中 的軸線Xi和Xn傾斜一等于20°的角度a。根據(jù)轉(zhuǎn)輪1的額定轉(zhuǎn)動(dòng)比速(Vitesse specifique de rotation nominale)來選擇角度a，并且其值可在-90°到90°之間，優(yōu)選地在-75° 到-5°之間和在5°到75°之間。在本發(fā)明的意義上，轉(zhuǎn)輪的額定轉(zhuǎn)動(dòng)比速是在該轉(zhuǎn)輪應(yīng)在1米的落差下作功并 且要提供1千瓦的功率的情形下的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。此外，不同開口 121的軸線X121相對(duì)于軸線Xn是發(fā)散的，并且遠(yuǎn)離軸線Xn同 時(shí)靠近頂板體3。角度X121在圖1的平面中的投影和軸線Xn之間的角度0是45°。根 據(jù)機(jī)件10的使用條件、尤其是根據(jù)轉(zhuǎn)輪1的轉(zhuǎn)動(dòng)比速和頂板體3的幾何結(jié)構(gòu)來選擇所述 角度0的值。該值可在15°到60°之間。如在圖7中所示，開口 121的邊部的軸線X121相對(duì)于軸線乂^并不是純粹徑向 的，而是與經(jīng)過開口 121的中心的一半徑R12形成一 20°的角度Y。角度Y的值可根據(jù) 機(jī)件10的使用條件來選擇，在0°到60°之間。翼片15被設(shè)置成用于并且允許當(dāng)在轉(zhuǎn)輪1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)該水流氐進(jìn)入空間V1(l中之時(shí) 更改水流氐的路線。這些翼片的幾何結(jié)構(gòu)可適于機(jī)件10的使用條件。特別地，它們并 非必須是平坦的、并非必須是相對(duì)于軸線xn在一徑向平面上對(duì)齊的，也并非必須是固定的。當(dāng)水流氐通過開口 12進(jìn)入空間V1Q中時(shí)，水流氐被翼片15改向，翼片15在尖 頭體10的整個(gè)高度上在頂板體13和邊部112之間向開口 14延伸。因此，在空間V1Q中 的水流氐的路線被翼片15更改，翼片將水流氐導(dǎo)引到出離開口 14，以從一更向心的定 向過渡到一更軸向的定向。由于翼片延伸直到開口 14的位置處，平行于軸線Xn所取的機(jī)件10的軸向高度 H1(l可較小，從而使得機(jī)件10不在配備轉(zhuǎn)輪1的軸同輻流式渦輪機(jī)的抽吸導(dǎo)道中突出。實(shí) 際上，在轉(zhuǎn)輪1的使用配置中——即當(dāng)如在圖1上所示軸線&是垂直的并且安裝有轉(zhuǎn)輪 時(shí)，邊部112位于邊部42的上方。優(yōu)選地，高度H1(l是這樣的邊部112位于每個(gè)輪葉 2在環(huán)帶體4上的下連結(jié)點(diǎn)22的上方。根據(jù)本發(fā)明未顯示的一變型，平行于軸線Xn所取的裙部11的高度可被減小。進(jìn)入?yún)^(qū)部S121的面積之和占實(shí)施開口 121前的表面113和122的累加面積的一很 大比例，這保證水流氐的流量足以消彌在區(qū)域厶中的湍流。實(shí)際上，區(qū)部S121的面積之 和大于或等于表面113和122累加面積的25%，優(yōu)選地大于或等于50%。在圖8上示出的本發(fā)明的第二實(shí)施方式中，與第一實(shí)施方式的元件相似的元件 具有相同的標(biāo)識(shí)。該實(shí)施方式的尖頭體或機(jī)件10也包括一壁體12，該壁體12配有將流 經(jīng)轉(zhuǎn)輪的水流向機(jī)件10的內(nèi)部空間V1(l分流的四個(gè)開口 121。四個(gè)翼片被設(shè)置成具有與 第一實(shí)施方式中的翼片相同的幾何結(jié)構(gòu)和相同的功能。機(jī)件10配備有四個(gè)阻塞器16，其 可圍繞裙部11的中心軸線Xn轉(zhuǎn)動(dòng)，如在圖8上的箭頭F16所示，用于全部地或部分地封 閉開口 121并且因此調(diào)節(jié)第二水流氐。阻塞器16可在機(jī)件10的頂板體附近相互相連在 一起，并且利用一布置在轉(zhuǎn)輪的頂板體的空間V3中的一伺服馬達(dá)，通過應(yīng)用例如一公知 的轉(zhuǎn)槳式渦輪機(jī)(turbine Kaplan)的槳葉操作技術(shù)，控制阻塞器以圍繞軸線Xn轉(zhuǎn)動(dòng)。作為變型，阻塞器16可被單個(gè)地進(jìn)行控制。特別地可設(shè)置使得在轉(zhuǎn)輪1在額定工作狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，阻塞器16封閉開口 121。 實(shí)際上，在此狀態(tài)下，湍流的形成正常性地被輪葉2的幾何結(jié)構(gòu)最小化。至于其它，該實(shí)施方式的機(jī)件10如前述那樣運(yùn)行并且具有相同的優(yōu)勢(shì)，尤其是 在效率和軸向緊湊性方面，這是緣于翼片15的作用。在圖9到12所示的本發(fā)明的實(shí)施方式中，與第一實(shí)施方式的元件相似的元件具 有相同的標(biāo)識(shí)。軸同輻流式渦輪機(jī)的一轉(zhuǎn)輪1包括布置在頂板體3和環(huán)帶體4的相應(yīng)的 濕表面31和41之間的輪葉2。該實(shí)施方式的機(jī)件10也包括一頂板體13，該頂板體13 鉆有用于實(shí)現(xiàn)在轉(zhuǎn)輪1上固定的固定部件的通行開口 131。機(jī)件10配有一截錐形的并且 朝與頂板體13相反的方向收斂的裙部11。圍繞裙部11的對(duì)稱軸線Xn呈90°布置的四 個(gè)翼片15將該裙部與頂板體13相連接，同時(shí)保持在裙部11的上邊部111和呈盤形的頂 板體13的外徑向邊部132之間的間距。這樣構(gòu)成一開口 121，其基本上在機(jī)件10的整個(gè) 圓周上延伸，同時(shí)僅被翼片15的外徑向邊部151每隔90°中斷，所述翼片的外徑向邊部 形成一迎流緣。如在第一實(shí)施方式中一樣，翼片15延長直到水流氐相對(duì)于機(jī)件10的出離開口 14的位置處。每個(gè)翼片14具有一逸流緣152，逸流緣從界定開口 14的裙部11的下自由 邊部112開始，朝其與之相垂直的軸線的方向上徑向地延伸。翼片每個(gè)具有平行于軸線Xn并且在頂板體13和邊部152之間延伸的一邊部153。如先前所述，用S121標(biāo)注開口 121的進(jìn)入?yún)^(qū)部。除了在邊部151處，該進(jìn)入?yún)^(qū) 部是環(huán)形的，并且其在圖9和12的平面中的跡線是與翼片15的邊部151重合的。作為 變型，區(qū)部S121可以是截錐形的。用X121標(biāo)注在兩翼片15之間形成的開口 121的四部分之一的一中心軸線。如先 前所述用D31標(biāo)注一直線，直線D31在圖9的軸向剖面中向下游——即朝軸線Xi的方向延 長濕表面31。在直線D31和軸線X121在圖9的子午平面中的投影之間的角度e是銳角， 具有大約70°的角度值。實(shí)際上，角度e的值可在30°和80°之間進(jìn)行選擇。開口 121的進(jìn)入?yún)^(qū)部S121與直線D31形成一非零的角度口。如先前所述，用113標(biāo)注裙部11的外表面。該外表面113用于整體上布置在頂 板體3的濕表面31的延長線上，同時(shí)相對(duì)于濕表面朝向低部錯(cuò)開。開口 121由于其來自 角度e和□的值的定向而允許在運(yùn)行時(shí)向機(jī)件10的內(nèi)部空間v1(1導(dǎo)引流經(jīng)轉(zhuǎn)輪1的水流 E的一部分氐。開口 121因而允許有效地將一部分水流E分流，以形成經(jīng)過空間V1Q的 輔助水流氐。該輔助水流氐因而可通過被裙部11的下邊部112所界定的一軸向開口 14 離開空間V1(l，以彌補(bǔ)與區(qū)域厶等同的在其中可形成湍流的一區(qū)域。輔助水流氐整體上 平行于軸線&地被導(dǎo)引從機(jī)件10出離。角度□的值也有助于這一結(jié)果。輔助水流氐一旦被導(dǎo)轉(zhuǎn)到空間V1(l，翼片15就基本上如第一實(shí)施方式的翼片一 樣作用在該水流上，并且將輔助水流朝出離開口 14的方向上導(dǎo)引，給其以一方位角分 量。在該實(shí)施方式中，翼片15是平坦的并且根據(jù)相對(duì)于在圖11的平面中的軸線Xn 的徑向方向D15被定向。不過翼片也可具有其它幾何結(jié)構(gòu)和其它定向。在該實(shí)施方式中，翼片15將裙部11與頂板體3相連接，而不使用如第一實(shí)施方 式中的壁體12那樣的一壁體。翼片15除起到將輔助水流氐轉(zhuǎn)向的作用之外，還起到在 機(jī)件10的部分11和13之間的連接臂的作用。根據(jù)本發(fā)明的未顯示的一變型，在平行于裙部11的對(duì)稱軸Xn——所述對(duì)稱軸在 機(jī)件10的安裝好的配置中與軸線Xi重合一所觀察的開口 121的高度H121根據(jù)渦輪機(jī)的 運(yùn)行情況是可變化的。因此，在裙部11的上邊部111和頂板體13的邊部132之間的距 離可被一伺服馬達(dá)調(diào)節(jié)，該伺服馬達(dá)是與用于調(diào)節(jié)一轉(zhuǎn)槳式渦輪機(jī)的槳葉使用的伺服馬 達(dá)相同類型的伺服馬達(dá)。區(qū)部S121的面積大約等于2 * 31 * Rm * H121其中Rm是邊部111的半徑。該面積占裙部11的外表面113的面積的約50%， 如果高度H121是可調(diào)節(jié)的，這個(gè)比例如有必要是可變化的。根據(jù)機(jī)件10的設(shè)計(jì)選擇，該 比例在20%到80%之間。根據(jù)同樣未顯示并且涉及所有實(shí)施方式的本發(fā)明另一方面，翼片15之一或其中 多個(gè)可被設(shè)置成相對(duì)于裙部11是活動(dòng)的。這允許使得翼片在水流氐上的作用適于轉(zhuǎn)輪 1的運(yùn)行情況。無論考慮的實(shí)施方式如何，翼片15的數(shù)目可根據(jù)尖頭體10的使用條件進(jìn)行選 擇。其可等于一和小于或大于四。
根據(jù)本發(fā)明的另一未顯示的、適于所有實(shí)施方式的變型，翼片15在機(jī)件10的內(nèi) 部空間V1(l的中間部分中可是拼接的。換句話說，翼片可相接合，其邊部153因而是重 合的。翼片因而形成使輔助水流氐朝開口 14流動(dòng)的平行的流動(dòng)渠道。上述不同實(shí)施方式的技術(shù)特征可相互進(jìn)行組合。根據(jù)本發(fā)明的一機(jī)件可被安裝在配備在一泵_渦輪機(jī)上的一轉(zhuǎn)輪上。如果在泵 模式使用，流動(dòng)在與圖上箭頭E*^示出的方向相反的方向上發(fā)生，并且重要的是當(dāng)轉(zhuǎn) 輪在最優(yōu)運(yùn)行條件時(shí)能夠封閉開口 121，如參照第二實(shí)施方式所闡述的。本發(fā)明以配有一頂板體13的、用于安裝在轉(zhuǎn)輪1上的機(jī)件10示出。該頂板體 并不是強(qiáng)制性的并且可被與頂板體或轉(zhuǎn)輪輪轂進(jìn)行連接的其它連接部分所替代，例如一 開口或不開口的法蘭。本發(fā)明以螺栓緊固在轉(zhuǎn)輪的頂板體3上的一機(jī)件10示出。該機(jī)件可按不同的方 式嵌接在轉(zhuǎn)輪上，例如焊接。本發(fā)明按設(shè)置用于嵌接在轉(zhuǎn)輪1的頂板體上的一機(jī)件10示出。本發(fā)明也是適用 于形成尖頭體的機(jī)件是轉(zhuǎn)輪1的集成部分并與其延長的頂板體3是整體件的情形。最后，本發(fā)明可與文獻(xiàn)W0-A-2005/038243的技術(shù)教導(dǎo)相組合。本發(fā)明也適用于螺旋推進(jìn)器類型的轉(zhuǎn)輪，其可被看成沒有環(huán)帶體并且在其中輪 葉相對(duì)于一固定機(jī)匣轉(zhuǎn)動(dòng)的特殊軸同輻流式的轉(zhuǎn)輪。
1權(quán)利要求
1.用于液動(dòng)力渦輪機(jī)的或液動(dòng)力泵-渦輪機(jī)的軸同輻流式轉(zhuǎn)輪(1)，該轉(zhuǎn)輪包括多個(gè) 布置在頂板體(3)上的輪葉(2)，并且配備有一形成尖頭體的機(jī)件(10)，所述機(jī)件(10) 在所述輪葉內(nèi)側(cè)徑向地附接在所述轉(zhuǎn)輪的所述頂板體或輪轂的中心區(qū)域(32)上，所述頂 板體形成有對(duì)在所述輪葉之間流經(jīng)的水流(E)進(jìn)行導(dǎo)向的潤濕表面(31)，而所述形成尖 頭體的機(jī)件配有至少一開口(121)，所述開口(121)將所述水流的一部分(E1)轉(zhuǎn)向到所述 機(jī)件的內(nèi)部空間(Vltl)，其特征在于，所述形成尖頭體的機(jī)件(10)包括截錐形的環(huán)狀裙部(11)，所述裙部 圍繞所述機(jī)件的內(nèi)部空間，所述水流部分(E1)朝所述內(nèi)部空間被分流；并且至少一翼片 (15)被布置在所述機(jī)件的內(nèi)部空間(Vltl)中，且延伸直到所述裙部(11)的邊部(112)，所 述裙部(11)的邊部(112)界定出離開口(14)，所述出離開口(14)用于使向所述內(nèi)部空間 (V10)分流的所述水流部分(E1)從所述機(jī)件(10)流出，所述至少一翼片(15)適于改變通 過所述的或多個(gè)的分流水流(E)的開口(121)進(jìn)入所述內(nèi)部空間中的所述水流部分(E1) 的路線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)輪，其特征在于，所述或每個(gè)翼片(15)配有一逸流緣 (152)，所述逸流緣(152)從界定所述出離開口(14)的所述裙部(11)的邊部(112)開始 朝所述轉(zhuǎn)輪(1)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(X1)方向延伸，并且與該轉(zhuǎn)動(dòng)軸線垂直。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)輪，其特征在于，所述裙部(11)的邊部 (112)位于所述轉(zhuǎn)輪的環(huán)帶體(4)的下邊部(42)的上方，優(yōu)選地在所述輪葉(2)連結(jié)在所 述環(huán)帶體(4)上的下連結(jié)點(diǎn)(22)的上方。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)輪，其特征在于，作用在所述機(jī)件(10)的內(nèi) 部空間(Vltl)內(nèi)的所述水流部分(E1)上的所述或多個(gè)單獨(dú)的機(jī)件由所述或多個(gè)翼片(15) 形成。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)輪，其特征在于，每個(gè)翼片(15)配有基本上 平行于所述轉(zhuǎn)輪(1)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(X1)的自由邊部(153)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)輪，其特征在于，所述翼片(15)在所 述機(jī)件(10)的內(nèi)部空間(Vltl)的中間部分中是拼接的。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)輪，其特征在于，所述開口(121)的中心軸線 (X121)在相對(duì)于所述轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(X1)的子午平面中的投影與一直線(D31)形成一銳角 (Θ)，該直線(D31)在相同的所述子午平面中并且朝所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(X1)的方向?qū)⑺鲰?板體⑶的潤濕表面(31)朝向下游延伸。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的轉(zhuǎn)輪，其特征在于，在所述中心軸線(X121)和所述直線 (D31)之間的角度(Θ)小于80°，優(yōu)選地小于60°。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)輪，其特征在于，所述或每個(gè)翼片(15)將所 述裙部(11)與所述機(jī)件(10)的一連接部分(13)相連接，該連接部分將所述機(jī)件(10)與 所述轉(zhuǎn)輪(1)的所述頂板體或輪轂連接在一起。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)輪，其特征在于，所述或每個(gè)翼片(15)整體 上沿相對(duì)于所述裙部(11)的中心軸線(X11)的一徑向方向(D15)延伸。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)輪，其特征在于，所述翼片或所述至少一翼 片(15)相對(duì)于所述裙部(11)是活動(dòng)的。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)輪，其特征在于，所述轉(zhuǎn)輪包括選擇性(F16) 阻塞部件(16)，所述選擇性阻塞部件(16)有選擇地阻塞所述水流的至少一分流開口 (121)。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)輪，其特征在于，所述或每個(gè)分流開口 (121)在所述形成尖頭體的機(jī)件(10)的圓柱形或截錐形的壁體(12)中形成。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)輪，其特征在于，所述或每個(gè)水流分流開口 (121)被延長，其最大尺寸(D121)相對(duì)于所述形成尖頭體的機(jī)件(10)的中心軸線(X11)傾 斜在-90°到90°之間的一角度(α)的方式被延長，該角度優(yōu)選地在-75°到-5°之間 或在5°到75°之間。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求1到12中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)輪，其特征在于，所述水流分流開口 (121)基本上在所述機(jī)件(10)的整個(gè)圓周上、在所述裙部(11)和使所述機(jī)件與所述轉(zhuǎn)輪 的所述頂板體(3)或輪轂連接的一連接部分(13)之間延伸。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的轉(zhuǎn)輪，其特征在于，當(dāng)所述機(jī)件(10)在所述轉(zhuǎn)輪上就位 時(shí)，所述裙部(11)相對(duì)于所述轉(zhuǎn)輪(1)的所述頂板體(3)或輪轂的位置(H121)是垂直地 可調(diào)節(jié)的。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)輪，其特征在于，所述或多個(gè)水流分流開口 (121)的所述或多個(gè)進(jìn)入?yún)^(qū)部(S121)的總面積大于或等于所述形成尖頭體的機(jī)件(10)的外 表面(113，122)的面積的25%，優(yōu)選地大于或等于50%。
18.在與液動(dòng)力機(jī)器的轉(zhuǎn)輪相互作用的水流(E)中減小波動(dòng)的方法，其特征在于，所 述方法在于使所述水流的一部分(E1)經(jīng)過其所述或多個(gè)水流分流開口(121)進(jìn)入形成 尖頭體的機(jī)件(10)的內(nèi)部空間(Vltl)中，所述機(jī)件(10)屬于根據(jù)權(quán)利要求1到17中任 一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)輪(1)；借助于所述機(jī)件的翼片(15)更改水流的路線；并且通過一軸向開 口(14)使該部分水流從所述機(jī)件出離，以便該部分水流(E1)從該機(jī)件流出，被導(dǎo)引到一 整體上呈圓柱形的空間(Z2)內(nèi)，該圓柱形空間的軸線與所述轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(X1)平行。
全文摘要
該轉(zhuǎn)輪包括多個(gè)布置在頂板體(3)上的輪葉(2)，并且配備一形成尖頭體的機(jī)件(10)，所述機(jī)件(10)在所述輪葉(2)內(nèi)側(cè)徑向地嵌接在所述頂板體或所述轉(zhuǎn)輪的輪轂的中心區(qū)域(32)上，所述頂板體形成對(duì)在所述輪葉之間流經(jīng)的水流(E)進(jìn)行導(dǎo)向的濕表面(31)。所述形成尖頭體的機(jī)件配有至少一開口(121)，所述開口(121)將一部分水流(E1)向所述機(jī)件的內(nèi)部空間(V10)分流。該機(jī)件(10)包括截錐形環(huán)形裙部(11)和至少一翼片(15)，所述至少一翼片(15)布置在內(nèi)部空間(V10)中并且適于改變通過開口(121)進(jìn)入該空間中的部分水流(E1)的路線。這些翼片(15)延伸到界定部分水流(E1)從機(jī)件(10)出離的一開口(14)的側(cè)緣(11)的邊部(112)。
文檔編號(hào)F03B11/04GK102016291SQ200980114173
公開日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2009年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月5日
發(fā)明者C·貝拉爾, D·巴贊, F·馬祖吉, J·布雷蒙, M·庫斯東 申請(qǐng)人:阿爾斯通水電設(shè)備法國公司