專利名稱：水力機械的給氣裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水力機械的給氣裝置，尤其是涉及一種可以對應(yīng)于水力機械的運轉(zhuǎn)狀態(tài)而給吸出管供給適當量的氣體的水力機械的給氣裝置。
通常，在水力機械上，在葉輪葉片的出口側(cè)設(shè)有吸出管，使該吸出管與大氣壓相比為負壓，以便能有效地回收從葉輪葉片中流出的動態(tài)水的動能。
但是，在如部分負載運轉(zhuǎn)的情況下，當從葉輪葉片中噴出的動態(tài)水的流量變少了時，因動態(tài)水中要出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)速度成分，所以當具有該旋轉(zhuǎn)速度成分的動態(tài)水噴向已成為負壓的吸出管時，吸出管內(nèi)的注水會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流。產(chǎn)生于吸出管內(nèi)的注水中的旋轉(zhuǎn)流，由自由渦流和蘭金渦流，組合而成。起初，變得細長的渦芯隨著其不斷成長，會變成內(nèi)部伴有死水芯(空洞)的螺旋渦，由該螺旋渦的波動而使注水變動，最終會出現(xiàn)水力機械的輸出波動(功率波動)、因與死水芯的固有振動之間的共振所產(chǎn)生的振動、或由于沖擊吸出管的彎頭而產(chǎn)生的噪音等。
作為防止發(fā)生輸出波動、振動和噪音的手段之一，歷來的情況是，從機器外部對在吸出管內(nèi)變動的注水供給空氣，而進行給氣運轉(zhuǎn)。
該給氣運轉(zhuǎn)的著眼點是，在從外部將空氣供給在吸管內(nèi)變動著的注水時，其空氣會由于旋轉(zhuǎn)著的注水的離心力的作用而匯集到已變成負壓的死水芯中，且環(huán)繞著該死水芯和螺旋渦的全周，不久會使它們消失。這樣，就實現(xiàn)了確保注水的穩(wěn)定流動。
在近來的水力機械上，在出于防止環(huán)境破壞的考慮而不能采用動態(tài)水的高落差的今天，為使即使是比較低的落差也能獲得高輸出，人們考慮了使通過葉輪葉片的動態(tài)水高速化。對于回收高動能的吸出管來說，確實地防止注水對其的沖擊，對維持水力機械的高輸出和確保穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)是非常重要的。
以往，水力機械的給氣運轉(zhuǎn)方法，是利用配設(shè)在葉輪葉片和吸出管的注水之間的一個側(cè)面，或橫向配設(shè)著的空氣管，或穿設(shè)于與葉輪葉片結(jié)合成一體的主軸(旋轉(zhuǎn)軸)上的空氣通路，使吸入的空氣噴向吸出管，從而防止其注水的旋轉(zhuǎn)流的出現(xiàn)。
但是，在這種現(xiàn)有的給定裝置上，在將吸入的大氣導向吸出管的注水時，由于不進行任何控制，所以當在如部分負荷運轉(zhuǎn)那樣從葉輪葉片噴向吸出管的動態(tài)水比較少時，可將其輸出維持在幾乎與額定值相當?shù)乃缴?，且具有能防止注水的旋轉(zhuǎn)流的產(chǎn)生的優(yōu)異特性；但另一方面，當在如額定負荷運轉(zhuǎn)那樣從葉輪葉片噴出的動態(tài)水較多時，由于給氣使葉輪葉片的出口壓力上升，使葉輪水頭(葉輪入口和出口間的水頭差)降低，因此會出現(xiàn)使水力機械的輸出降低這樣的問題。
作為解決上述這樣的問題的其它裝置，如在日本專利特開昭55-151177號公報中所公開的那樣，采用射流泵作為將空氣導入到吸出管內(nèi)的注水中的空氣驅(qū)動裝置，它根據(jù)從水壓鐵管中導入的誘導水在上水池和葉輪葉片之間的變動有效落差來調(diào)整控制閥的開度，利用射流效果將空氣供給到旋轉(zhuǎn)著的注水里。
但是，該裝置由于在進行控制閥的開關(guān)驅(qū)動時采用了液壓機構(gòu)，所以結(jié)構(gòu)復雜；另外，為了確實地抑制住注水的旋轉(zhuǎn)流，在吸出管的周圍需要有多個射流泵和調(diào)整控制閥的開、關(guān)的液壓機構(gòu)，這對操縱人員來說，運轉(zhuǎn)操作的使用方便性能變壞，人們希望有容易運轉(zhuǎn)操作的給氣裝置。
本發(fā)明是基于上述這樣的情況而提出的，其目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、操作運轉(zhuǎn)容易、且能確實地防止吸出管內(nèi)的注水的旋轉(zhuǎn)流的水力機械的給氣裝置。
本發(fā)明的水力機械的給氣裝置，為了達到上述目的，如第一方案所記載的那樣，在連接渦殼和吸出管的中間通路上，沿由渦殼所供給的動態(tài)水的流動方向依次設(shè)置有導流葉片和具有葉輪葉片的葉輪；而且，還具有與葉輪結(jié)合成一體的、并穿設(shè)有能將空氣導入到上述吸出管內(nèi)的注水中的空氣通路的主軸，在該水力機械的給氣裝置上在穿設(shè)有上述空氣通路的主軸上設(shè)有控制閥；且具有給控制閥的閥芯發(fā)出開、關(guān)信號的控制部。
本發(fā)明的水力機械的給氣裝置，為了達到上述目的，如第二方案所記載的那樣，在穿設(shè)有空氣通路的主軸的上端設(shè)有貯氣室。
本發(fā)明的水利機械的給氣裝置，為了達到上述目的，如第三方案所記載的那樣；其控制部將依據(jù)實際運轉(zhuǎn)信號所算得的信號與預(yù)先由模型試驗或安裝現(xiàn)場試驗的數(shù)據(jù)所得出的有效落差函數(shù)進行對照；且具有對將空氣供給到吸出管的控制閥的開、關(guān)信號進行設(shè)定的計算部。
本發(fā)明的水力機械的給氣裝置，為了達到上述目的，如第四方案所記載的那樣，其運轉(zhuǎn)信號可選擇實際輸出、實際有效落差、實際流量和導流葉片的實際開度中的任意一個。
本發(fā)明的水力機械的給氣裝置，為了達到上述目的，如第五方案所記載的那樣，其控制閥具有能使閥芯前進或后退的馬達。
本發(fā)明的水力機械的給氣裝置，為了達到上述目的，如第六方案所記載的那樣，其控制閥具有收納閥芯的動力缸，和由從控制部所發(fā)出的閥開、關(guān)信號而使閥芯前進或后退的閥芯驅(qū)動部。
本發(fā)明的水力機械的給氣裝置，為了達到上述目的，如第七方案所記載的那樣，其控制閥的閥芯和設(shè)置在穿設(shè)于主軸的空氣通路上的閥座都被做圓錐形。
本發(fā)明的水力機械的給氣裝置，為了達到上述目的，如第八方案所記載的那樣，其動力缸具有轉(zhuǎn)動自如地支承閥芯的軸承。


圖1是以應(yīng)用了本發(fā)明的水力機械的給氣裝置的軸向輻流式水輪機為例的簡圖。
圖2是簡略地表示了本發(fā)明的水力機械的給氣裝置的第1實施例的局部圖。
圖3是簡略地表示了本發(fā)明的水力機械的給氣裝置的第2實施例的局部圖。
圖4是顯示了在本發(fā)明的水力機械的給氣裝置上，編入控制部的拋物線函數(shù)的曲線圖。
圖5是顯示了在本發(fā)明的水力機械的給氣裝置上，編入控制部的階躍函數(shù)的曲線圖。
以下，參照附圖對本發(fā)明的水力機械的給氣裝置的一實施例進行說明。
圖1是表示了將本發(fā)明的水力機械的給氣裝置應(yīng)用于軸向輻流式水輪機上的一個例子的簡圖。
螺旋狀的渦殼1，在其中央具有與主軸(旋轉(zhuǎn)軸)2結(jié)合成一體的葉輪3。在該葉輪3上沒有葉輪葉片4，該葉輪葉片4從入口向出口徐徐擴展，出口的葉片間隙形成扁平狀的矩形通路，使動態(tài)水的動能比以往的要更高。另外，在形成于渦旋狀的渦殼1和葉輪3之間的中間通路5上，分別設(shè)有整流渦殼1內(nèi)的動態(tài)水的固定葉片6，和能根據(jù)上水池(圖中未示)和渦殼1之間的有效落差的變動而變化自如地進行調(diào)整的導流葉片7。
另外，在葉輪葉片4的出口具有彎頭形狀的吸出管8，由該吸管8以回收將旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力給與了葉輪葉片4的動態(tài)水的動能。
另一方面，在與葉輪葉片4結(jié)合成一體的主軸2上，穿設(shè)有導入空氣以抑制產(chǎn)生于吸出管8內(nèi)的注水9中的旋轉(zhuǎn)流的空氣通路10，且使其沿其軸向延伸至葉輪葉片4的出口。
如圖2所示，空氣通路10在其上端具有由密封材料11而得到水密封閉的貯氣室12，而且該貯氣室12分別具有控制閥13和吸入空氣的空氣導入口14。
另外，控制閥13具有馬達15，由該馬達15的驅(qū)動力控制控制閥13的開、關(guān)。而且，如圖4所示，馬達15分別具有控制部16和計算部17，其中，在該控制部16里有選擇地編入了預(yù)選由模型試驗或安裝現(xiàn)場試驗所求得的、根據(jù)上水池(圖未示)和葉輪葉片4之間的單位變動有效落差算出的拋物線函數(shù)或階躍函數(shù)；而計算部17通過將實際運轉(zhuǎn)時所檢測出的實際有效落差與上述函數(shù)相對照，來設(shè)定控制閥13的開度。馬達15依據(jù)來自控制部16的設(shè)定了的閥開度信號來驅(qū)動控制閥13的閥芯的開、關(guān)。
另一方面，編入控制部16里的圖4所示的拋物線函數(shù)，其實線代表有效落差H小的場合，而虛線代表有效落差H大的場合；另外，處于大、小有效落差H之間的用點劃線表示的單位變動有效落差的數(shù)據(jù)也示于圖上。
又，在圖4上，縱軸所表示的輸出信號代表了控制閥13的閥芯開度；而橫軸所表示的輸入信號有選擇地使用了任意一種以下的信號即由水輪機輸出P和有效落差H之間的所謂的P-H曲線(カ-ブ)所求得的信號，由有效落差H和通過葉輪葉片4的流量Q之間的所謂的H-Q曲線所求得的信號，或者由有效落差H和導流葉片開度A之間的所謂的H-A求交運算所求得的信號。
另外，有選擇地編入控制部16里的圖5所示的階躍函數(shù)，其實線代表有效落差H小的場合，虛線代表有效落差H大的場合；另外，處于大、小有效落差H之間的用點劃線所表示的單位變動有效落差的數(shù)據(jù)也示于圖上。在這種情況下，縱軸所表示的輸出信號與上述的相同，代表控制閥13的閥芯開度；橫軸所表示的輸入信號也與上述的相同，有選擇地使用了由P-H曲線、H-Q曲線及H-A曲線所求得的任意一種信號之一。
以下對其作用進行說明。
當軸向輻流式水輪機進入部分負荷運轉(zhuǎn)狀態(tài)時，用所檢測出的有效落差、水輪機輸出、流量和導流葉片開度中的任意一個信號在計算部17進行計算，然后將其計算信號輸入到控制部16，在此與圖4所示的拋物線函數(shù)或圖5所示的階躍函數(shù)相對照，從而自動地設(shè)定控制閥13的開度。
所設(shè)定的控制閥13的開、關(guān)信號，作為驅(qū)動信號從控制部16被輸入到馬達15，由馬達15的驅(qū)動力使控制閥13的閥芯前進或后退，以便由此將從空氣導入口14吸進的大氣經(jīng)過貯氣室12和空氣通路10供給到位于吸出管8內(nèi)的注水9的整個區(qū)域。
這樣，在本實施例中設(shè)有控制部16，該控制部16采用有效落差、水輪機輸出、流量和導流葉片開度中的任意一個信號，來自動地設(shè)定控制閥13的開、關(guān)信號。由于將空氣不過分不足地供給到吸出管內(nèi)的注水的整個區(qū)域上，所以能夠根據(jù)軸向輻流式水輪機運轉(zhuǎn)的實際情況，確實地抑制住在吸出管內(nèi)的注水中發(fā)生的旋轉(zhuǎn)流。
另外，在本實施例中，在將空氣供給到吸出管的注水時，由于可以用只具有控制閥和控制部的簡單結(jié)構(gòu)而自動地進行供給，所以能實現(xiàn)對操作人員來說操作容易的給氣裝置。
圖3是表示本發(fā)明的水力機械的給氣裝置的第2實施例的簡圖。另外，對與第1實施例的結(jié)構(gòu)部件相同的部分標以相同的標號，并省略對其的重復說明。
本實施例中的控制閥13，具有收納閥芯18的動力缸21，和由控制部16的閥開、關(guān)信號而使閥芯18產(chǎn)生前進或后退的閥芯驅(qū)動部22；同時，將閥芯18做成圓錐狀，進一步將與閥芯18相對的主軸2的閥座19也做成圓錐狀；另一方面，動力缸21上備有軸承20，以便使用芯18能一邊轉(zhuǎn)動一邊前進或后退。
這樣，在本實施例中，由于將閥芯18和閥座19都做成圓錐狀，而且還具備在關(guān)閉閥芯18時能自如轉(zhuǎn)動的軸承20，所以在不必給吸出管8給氣時，能確實地切斷空氣，不會由于漏氣而使葉輪葉片4的葉輪水頭上升，從而能進行穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)。
如上所述，本發(fā)明的水力機械給氣裝置，由于在將大氣供給到吸出管的注水的整個區(qū)域的主軸的空氣通路上設(shè)有控制閥，而且還設(shè)有控制部，在該控制部里編入了作為給上述控制閥的閥的開關(guān)信號的依據(jù)有效落差、水輪機輸出、流量和導流葉片開度而得出的拋物線或階躍函數(shù)，所以能根據(jù)運轉(zhuǎn)狀態(tài)，不會過分不足地、且準確和自動地將空氣供給到吸出管里。
另外，本發(fā)明的水力機械的給氣裝置，由于將空氣供給到吸出管內(nèi)的注水中的控制閥的閥芯被做成圓錐狀，且在貯氣室里設(shè)有轉(zhuǎn)動自如地支承該閥芯的軸承、并使其水密地關(guān)閉閥門，所以在不必給吸出管給氣時，能確實地切斷其漏氣。
權(quán)利要求
1.一種水力機械的給氣裝置，其構(gòu)成包括在連接渦殼和吸出管的中間通路上，沿從渦殼供給的動態(tài)水的流動方向依次設(shè)置有導流葉片和具有葉輪葉片的葉輪；而且，還具有與葉輪結(jié)合成一體的、穿設(shè)有能將空氣導入到上述吸出管內(nèi)的注水中的空氣通路的主軸；其特征是在穿設(shè)有上述空氣通路的主軸上設(shè)有控制閥；且具有給控制閥的閥芯發(fā)出開、關(guān)信號的控制部。
2.如權(quán)利要求1所記載的水力機械的給氣裝置，其特征是在穿設(shè)有空氣通路的主軸的上端設(shè)有貯氣室。
3.如權(quán)利要求1或2所記載的水力機械的給氣裝置，其特征是控制部使依據(jù)實際運轉(zhuǎn)信號所算得的信號與預(yù)先由模型試驗或安裝現(xiàn)場試驗的數(shù)據(jù)所得出的有效落差函數(shù)匹配，且具有對將空氣供給到吸出管的控制閥的開、關(guān)信號進行設(shè)定的計算部。
4.如權(quán)利要求3所記載的水力機械的給氣裝置，其特征是運轉(zhuǎn)信號可選擇實際輸出、實際有效落差、實際流量和導流葉片的實際開度中的任意一個。
5.如權(quán)利要求1所記載的水力機械的給氣裝置，其特征是控制閥具有能使閥芯前進或后退的馬達。
6.如權(quán)利要求1所記載的水力機械的給氣裝置，其特征是控制閥具有收納閥芯的動力缸，和由來自控制部的閥開、關(guān)信號而使閥芯前進或后退的閥芯驅(qū)動部。
7.如權(quán)利要求6所記載的水力機械的給氣裝置，其特征是控制閥的閥芯和設(shè)置在穿設(shè)于主軸里的空氣通路上的閥座都被做成圓錐形。
8.如權(quán)利要求6所記載的水力機械的給氣裝置，其特征是動力缸具有轉(zhuǎn)動自如地支承住閥芯的軸承。
全文摘要
提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、運轉(zhuǎn)操作容易且能確實地防止吸出管內(nèi)的注水的旋轉(zhuǎn)流的水力機械的給氣裝置。本發(fā)明的水力機械的給氣裝置,在穿設(shè)有空氣通路10的主軸2上設(shè)有控制閥13和貯氣室12;且具有給控制閥13的閥芯發(fā)出開、關(guān)信號的控制部16。
文檔編號F03B15/04GK1179509SQ9712050
公開日1998年4月22日 申請日期1997年9月29日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月30日
發(fā)明者能登尚子, 鈴木敏曉 申請人:株式會社東芝