水轮机补气装置的制作方法
专利名称：水轮机补气装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种流体机械的补气装置，尤其是涉及一种水轮机尾水管的自然补气(补水)装置，以便改善水轮机运行工况和减小水轮机的振动。
背景技术：
为了预防和减小水力机组的振动，制造厂家通常都在机组设计时采用了补气装置如水轮机主轴中心补气，尾水管十字架补气、短管补气和强迫补气等方式。水轮机补气能破坏尾水管内的真空，使尾水管内压力上升，减轻空蚀破坏和改善机组运行的稳定性；就目前来说，尽管主轴中心补气及尾水管补气不是最优的方法，但还是一种有效减缓水轮机空蚀和振动的重要措施。
过去，人们已经做过许多尾水管补气的实践，设计安装的补气装置有尾水短管补气或十字架补气，缺点是补气效果不尽人意。近年来，随着水轮机容量和应用水头的提高，尾水位也在提高，使尾水管自然补气变得更加困难。有的水轮发电机组尾水位较高时补不进气，自然补气失效，机组振动加大；严重的振动使水轮机转轮叶片裂纹，尾水管壁剥落，尾水进人门破坏，十字补气架脱落，轴承烧瓦等；振动会使调速器振荡和振动，机组出力波动，使机组无法在振动区运行；振动还会使机组结构破坏，寿命缩短，有的还导致厂房裂纹和影响大坝的安全。
目前，在新建或增容改造的机组中，为了使水轮发电机组运行的稳定性，大都采用主轴中心补气，主轴中心补气的补气管已经加大到2*500mm，有的补气量已达到水轮机额定流量的1.5-2.5％。虽然补气量大，但补气减振效果仍然不佳；有许多水电站在设计时设计了射流泵强迫补气(尾水短管)装置，由于各种原因，射流补气装置几乎从未投入运行过。
就水轮机能量观点而言，水轮机是不应该补气的，补气破坏了尾水管内的动力真空，使尾水管不能有效地回收转轮出口的动能，所以，补气肯定降低了水轮机的效率，众所周知，补气能量损失很大，但目前这还是一种不得已而采取的办法，因此，有必要寻求一种经济、有效的、少补气新措施已十分紧迫。
实用新型内容本实用新型就是针对上述现有技术存在的问题提供一种安全、有效、节能的水轮机补气装置。
本实用新型提供的技术方案是一种水轮机补气装置，包括补气主管及设在补气主管上的控制调节阀，设有与补气主管联通的补气管，补气管两侧设有补气口，补气口上设有与补气管铰接的阀片。
上述阀片可以为蝶片，蝶片通过销轴与补气管联接，蝶片上设有限位销。
本实用新型还可设有与补气主管连通的储能罐，储能罐由罐体及设于罐体内的气囊袋组成，储能罐的进水口通过补水控制调节阀接压力水源。
上述补气主管上设有引射器，引射器由供气室、射流环管和引射器喷嘴组成，射流环管设在供气室内，射流环管环绕的通道和射流环管的外周通道为供气通道，引射器喷嘴设在射流环管通道和供气室供气通道的交汇处；补气主管通过引射器的射流环管进水口与储能罐相连。引射器喷嘴为环形管状结构。
本实用新型还设有若干个与补气主管连通的储能罐。
本实用新型由于采用上述结构，使用时主要安装在水轮机尾水管直锥管上，水轮机运行时，水流一旦在尾水管内形成涡带，旋转水流会冲击在补气管上，此时补气管迎流面的补气口上的阀片自动关闭，负压面上的阀片自动打开进行补气，从而减弱尾水管边壁旋转水流的强度；迅速、有效地破坏涡带，改善了尾水管的流动状态，消除或减小尾水管内的压力脉动，达到适时消减机组振动的目的。
本实用新型广泛用于混流、轴流式水轮机，也适用于贯流式及气轮机的补气；而且能够根据尾水管涡带水流的旋转方向进行适量补气，在任何水头、负荷范围都处于最优状态；不用空压机系统等辅助装置也能进行强迫补气和补水。与现有技术比，补气量较少，补气效果好，安全可靠，有效节能。
图1是本实用新型实施例1的结构示意图；图2是图1的A-A剖面图；图3a是图1中补气管的结构示意图；图3b是图3a的B-B视图；图4是本实用新型实施例2的结构示意图；图5是图4的C-C剖面放大图；图6a是本实用新型图4中补气管的结构示意图；图6b是图6a的D-D剖面放大图；图7是本实用新型实施例3的结构示意图；图8是本实用新型实施例4的结构示意图；图9是本实用新型实施例4中引射器的结构示意图；图10是本实用新型实施例5的结构示意图。
具体实施方式
参见图1-10，本实用新型包括补气主管7及设在补气主管7上的控制调节阀8，设有与补气主管7联通的补气管10，补气管10两侧设有补气口15，补气口15上设有与补气管10通过转轴13、16活动联接的阀片12、17；所述阀片12、17可以采用单扇阀片12或双蝶片17。蝶片17通过销轴16与补气管10联接，蝶片17上设有限位销18(参见图6a、图6b)。
实施例1如附图1、2、3所示，在本实施例中对于电站已运行的机组，本实用新型可如下实施在由涡壳1，固定导叶2，导水机构3，转轮4，主轴5，尾水管6组成的水轮机本体上，利用水轮机尾水管6内预埋的补气主管7和补气环管9，分别接装本实用新型的轴向补气管10(图1)即可，轴向补气管10通过支撑件11固定在尾水管6上；对新建电站机组，最好是在水轮机尾水管6内先预埋补气环管9，在补气环管9上引入若干(如2～8个)个补气管(图2)，然后接于本实用新型的轴向补气管10即可使用。在轴向补气管10(图3a、图3b)上开有2排补气口15，在每个补气口15上接装单扇阀片12，必要时，在阀片12上开一小孔14，小孔具有一定的射流作用，阀片12上有转轴13。水轮机运行时，水流一旦在水轮机转轮出口、尾水管进口形成涡带，旋转水流会冲击安装在尾水管直锥管上的轴向补气管10，此时轴向补气管10迎流面的补气口15上的阀片自动关闭，负压面上的阀片自动打开进行补气，适时、有效地破坏涡带，消除或减小尾水管6内的压力脉动，达到消减机组振动的目的。
实施例2实施例2与实施例1相似，如附图4、图5、图6a、图6b，在本实施例中，对许多电站已运行的机组，由于水轮机尾水管内未预埋补气管，此时，解决补气问题的途径主要是从尾水管进人门处加装进气主管7和控制调节阀8，接于尾水管6内安装的补气环管9，然后再接本实用新型的轴向补气管10即可使用。
实施例3附图7所示是本实用新型用于补水工况的实施例示意图；在本实施例中对许多电站已运行的机组，尾水管自然补气困难，此时，解决问题的途径可以用补水方式进行补水；将水源从压力钢管或涡壳引入进水管19，然后通过补水控制阀20接储能罐21，在储能罐21内装设气囊袋23和检测表计22，在储能罐21底部接补水管24，补水管24和补气主管7、补气环管9、轴向补气管10等连接，关闭补气控制调节阀8从而构成水轮机自动补水装置。
本装置的主要优点是利用补气装置也能进行补水，而且利用储能罐21和在储能罐21内装设的气囊袋23进行稳压，使补水均匀稳定，补水量通过补水控制阀20控制；由检测表计22根据尾水管真空度或水轮机运行工况，来控制调节其补水流量的大小。
实施例4
图8是本实用新型利用引射器补气(补水)或强迫补气方式在水轮机装置上应用的示意图；主要由涡壳1，固定导叶2，导水机构3，转轮4，主轴5，尾水管6组成的水轮机本体及由进气主管7，控制调节阀8，补气环管9，轴向补气管10，补气管支撑11，自动阀片12，补气口15，供水管19，补水控制阀20，储能罐21，引射器25等组成的水轮机自动补气(补水)装置。该装置的轴向补气管10安装在尾水管直锥管的管壁附近；轴向补气管10可以采用2根、4根、6根或8根；在每根轴向补气管的补气口15上设有阀片12或蝶片17；在补气环管9前装设电控调节阀8，控制调节阀8根据尾水管真空度或水轮机运行工况控制其补气量的大小，实现最佳补气量控制。必要时，由涡壳5或压力钢管引入压力供水管19，经供水管19上安装的补水控制阀20接入储能罐21，在储能罐21内安装气囊袋23，在储能罐21上安装检测元件22，在储能罐21底部的补水管24和引射器25联接，引射器25与补气主管7相接组成为混合补气装置。
引射器25(参见图9)由供气室26、射流环管28和引射器喷嘴30组成，射流环管28设在供气室26内，射流环管28环绕的通道27和外周通道31为供气室供气通道，引射器喷嘴30设在射流环管通道29和供气室供气通道27的交汇处；引射器25的射流环管28与补水管24相连。本实用新型的引射器喷嘴30为管状环形高压射流结构，比传统射流泵的引射气流喷管在中心效果要好。
本实用新型上述水轮机混合补气装置不仅用于混合补气装置，还可作为单独的补气装置；又可作为单一的补水装置；还能作为水轮机弹性减振装置。
实施例5如图10所示，增加一个或二个储能罐21，并在储能罐21内安装气囊袋23和真空与压力脉动检测表计22，关闭补水控制调节阀20和补气控制调节阀8后，利用本实用新型(不补气、不补水时)储能罐21及气囊袋23组成弹性减振系统，也能达到机组减振的目的。
权利要求1.一种水轮机补气装置，包括补气主管及设在补气主管上的控制调节阀，其特征是设有与补气主管联通的补气管，补气管两侧设有补气口，补气口上设有与补气管铰接的阀片。
2.根据权利要求1所述的水轮机补气装置，其特征是所述阀片为蝶片，蝶片通过销轴与补气管联接，蝶片上设有限位销。
3.根据权利要求1或2所述的水轮机补气装置，其特征是设有与补气主管连通的储能罐，储能罐由罐体及设于罐体内的气囊袋组成，储能罐的进水口通过补水控制调节阀接压力水源。
4.根据权利要求3所述的水轮机补气装置，其特征是补气主管上设有引射器，引射器由供气室、射流环管和引射器喷嘴组成，射流环管设在供气室内，射流环管环绕的通道和射流环管的外周通道为供气通道，引射器喷嘴设在射流环管通道和供气室供气通道的交汇处；补气主管通过引射器的射流环管进水口与储能罐相连。
5.根据权利要求4所述的水轮机补气装置，其特征是引射器喷嘴为环形管状结构。
专利摘要本实用新型涉及一种水轮机补气装置，包括补气主管及设在补气主管上的控制调节阀，设有与补气主管联通的补气管，补气管两侧设有补气口，补气口上设有与补气管铰接的阀片。本实用新型安装在水轮机尾水管内，补气管能根据尾水管涡带水流的旋转方向进行适量补气，在任何水头、负荷范围都处于最优状态，可减弱尾水管边壁旋转水流的强度；迅速、有效地破坏涡带，改善尾水管的流动状态，消除或减小尾水管内的压力脉动，达到适时消减机组振动的目的。本实用新型广泛用于混流、轴流式水轮机的自然补气；与现有技术相比，本实用新型补气量较少，补气效果好，安全可靠，有效节能。
文档编号F03B11/04GK2871894SQ200520099679
公开日2007年2月21日 申请日期2005年12月26日 优先权日2005年12月26日
发明者田继再 申请人:武汉大学
技术领域：
本实用新型涉及一种流体机械的补气装置，尤其是涉及一种水轮机尾水管的自然补气(补水)装置，以便改善水轮机运行工况和减小水轮机的振动。
背景技术：
为了预防和减小水力机组的振动，制造厂家通常都在机组设计时采用了补气装置如水轮机主轴中心补气，尾水管十字架补气、短管补气和强迫补气等方式。水轮机补气能破坏尾水管内的真空，使尾水管内压力上升，减轻空蚀破坏和改善机组运行的稳定性；就目前来说，尽管主轴中心补气及尾水管补气不是最优的方法，但还是一种有效减缓水轮机空蚀和振动的重要措施。
过去，人们已经做过许多尾水管补气的实践，设计安装的补气装置有尾水短管补气或十字架补气，缺点是补气效果不尽人意。近年来，随着水轮机容量和应用水头的提高，尾水位也在提高，使尾水管自然补气变得更加困难。有的水轮发电机组尾水位较高时补不进气，自然补气失效，机组振动加大；严重的振动使水轮机转轮叶片裂纹，尾水管壁剥落，尾水进人门破坏，十字补气架脱落，轴承烧瓦等；振动会使调速器振荡和振动，机组出力波动，使机组无法在振动区运行；振动还会使机组结构破坏，寿命缩短，有的还导致厂房裂纹和影响大坝的安全。
目前，在新建或增容改造的机组中，为了使水轮发电机组运行的稳定性，大都采用主轴中心补气，主轴中心补气的补气管已经加大到2*500mm，有的补气量已达到水轮机额定流量的1.5-2.5％。虽然补气量大，但补气减振效果仍然不佳；有许多水电站在设计时设计了射流泵强迫补气(尾水短管)装置，由于各种原因，射流补气装置几乎从未投入运行过。
就水轮机能量观点而言，水轮机是不应该补气的，补气破坏了尾水管内的动力真空，使尾水管不能有效地回收转轮出口的动能，所以，补气肯定降低了水轮机的效率，众所周知，补气能量损失很大，但目前这还是一种不得已而采取的办法，因此，有必要寻求一种经济、有效的、少补气新措施已十分紧迫。
实用新型内容本实用新型就是针对上述现有技术存在的问题提供一种安全、有效、节能的水轮机补气装置。
本实用新型提供的技术方案是一种水轮机补气装置，包括补气主管及设在补气主管上的控制调节阀，设有与补气主管联通的补气管，补气管两侧设有补气口，补气口上设有与补气管铰接的阀片。
上述阀片可以为蝶片，蝶片通过销轴与补气管联接，蝶片上设有限位销。
本实用新型还可设有与补气主管连通的储能罐，储能罐由罐体及设于罐体内的气囊袋组成，储能罐的进水口通过补水控制调节阀接压力水源。
上述补气主管上设有引射器，引射器由供气室、射流环管和引射器喷嘴组成，射流环管设在供气室内，射流环管环绕的通道和射流环管的外周通道为供气通道，引射器喷嘴设在射流环管通道和供气室供气通道的交汇处；补气主管通过引射器的射流环管进水口与储能罐相连。引射器喷嘴为环形管状结构。
本实用新型还设有若干个与补气主管连通的储能罐。
本实用新型由于采用上述结构，使用时主要安装在水轮机尾水管直锥管上，水轮机运行时，水流一旦在尾水管内形成涡带，旋转水流会冲击在补气管上，此时补气管迎流面的补气口上的阀片自动关闭，负压面上的阀片自动打开进行补气，从而减弱尾水管边壁旋转水流的强度；迅速、有效地破坏涡带，改善了尾水管的流动状态，消除或减小尾水管内的压力脉动，达到适时消减机组振动的目的。
本实用新型广泛用于混流、轴流式水轮机，也适用于贯流式及气轮机的补气；而且能够根据尾水管涡带水流的旋转方向进行适量补气，在任何水头、负荷范围都处于最优状态；不用空压机系统等辅助装置也能进行强迫补气和补水。与现有技术比，补气量较少，补气效果好，安全可靠，有效节能。
图1是本实用新型实施例1的结构示意图；图2是图1的A-A剖面图；图3a是图1中补气管的结构示意图；图3b是图3a的B-B视图；图4是本实用新型实施例2的结构示意图；图5是图4的C-C剖面放大图；图6a是本实用新型图4中补气管的结构示意图；图6b是图6a的D-D剖面放大图；图7是本实用新型实施例3的结构示意图；图8是本实用新型实施例4的结构示意图；图9是本实用新型实施例4中引射器的结构示意图；图10是本实用新型实施例5的结构示意图。
具体实施方式
参见图1-10，本实用新型包括补气主管7及设在补气主管7上的控制调节阀8，设有与补气主管7联通的补气管10，补气管10两侧设有补气口15，补气口15上设有与补气管10通过转轴13、16活动联接的阀片12、17；所述阀片12、17可以采用单扇阀片12或双蝶片17。蝶片17通过销轴16与补气管10联接，蝶片17上设有限位销18(参见图6a、图6b)。
实施例1如附图1、2、3所示，在本实施例中对于电站已运行的机组，本实用新型可如下实施在由涡壳1，固定导叶2，导水机构3，转轮4，主轴5，尾水管6组成的水轮机本体上，利用水轮机尾水管6内预埋的补气主管7和补气环管9，分别接装本实用新型的轴向补气管10(图1)即可，轴向补气管10通过支撑件11固定在尾水管6上；对新建电站机组，最好是在水轮机尾水管6内先预埋补气环管9，在补气环管9上引入若干(如2～8个)个补气管(图2)，然后接于本实用新型的轴向补气管10即可使用。在轴向补气管10(图3a、图3b)上开有2排补气口15，在每个补气口15上接装单扇阀片12，必要时，在阀片12上开一小孔14，小孔具有一定的射流作用，阀片12上有转轴13。水轮机运行时，水流一旦在水轮机转轮出口、尾水管进口形成涡带，旋转水流会冲击安装在尾水管直锥管上的轴向补气管10，此时轴向补气管10迎流面的补气口15上的阀片自动关闭，负压面上的阀片自动打开进行补气，适时、有效地破坏涡带，消除或减小尾水管6内的压力脉动，达到消减机组振动的目的。
实施例2实施例2与实施例1相似，如附图4、图5、图6a、图6b，在本实施例中，对许多电站已运行的机组，由于水轮机尾水管内未预埋补气管，此时，解决补气问题的途径主要是从尾水管进人门处加装进气主管7和控制调节阀8，接于尾水管6内安装的补气环管9，然后再接本实用新型的轴向补气管10即可使用。
实施例3附图7所示是本实用新型用于补水工况的实施例示意图；在本实施例中对许多电站已运行的机组，尾水管自然补气困难，此时，解决问题的途径可以用补水方式进行补水；将水源从压力钢管或涡壳引入进水管19，然后通过补水控制阀20接储能罐21，在储能罐21内装设气囊袋23和检测表计22，在储能罐21底部接补水管24，补水管24和补气主管7、补气环管9、轴向补气管10等连接，关闭补气控制调节阀8从而构成水轮机自动补水装置。
本装置的主要优点是利用补气装置也能进行补水，而且利用储能罐21和在储能罐21内装设的气囊袋23进行稳压，使补水均匀稳定，补水量通过补水控制阀20控制；由检测表计22根据尾水管真空度或水轮机运行工况，来控制调节其补水流量的大小。
实施例4
图8是本实用新型利用引射器补气(补水)或强迫补气方式在水轮机装置上应用的示意图；主要由涡壳1，固定导叶2，导水机构3，转轮4，主轴5，尾水管6组成的水轮机本体及由进气主管7，控制调节阀8，补气环管9，轴向补气管10，补气管支撑11，自动阀片12，补气口15，供水管19，补水控制阀20，储能罐21，引射器25等组成的水轮机自动补气(补水)装置。该装置的轴向补气管10安装在尾水管直锥管的管壁附近；轴向补气管10可以采用2根、4根、6根或8根；在每根轴向补气管的补气口15上设有阀片12或蝶片17；在补气环管9前装设电控调节阀8，控制调节阀8根据尾水管真空度或水轮机运行工况控制其补气量的大小，实现最佳补气量控制。必要时，由涡壳5或压力钢管引入压力供水管19，经供水管19上安装的补水控制阀20接入储能罐21，在储能罐21内安装气囊袋23，在储能罐21上安装检测元件22，在储能罐21底部的补水管24和引射器25联接，引射器25与补气主管7相接组成为混合补气装置。
引射器25(参见图9)由供气室26、射流环管28和引射器喷嘴30组成，射流环管28设在供气室26内，射流环管28环绕的通道27和外周通道31为供气室供气通道，引射器喷嘴30设在射流环管通道29和供气室供气通道27的交汇处；引射器25的射流环管28与补水管24相连。本实用新型的引射器喷嘴30为管状环形高压射流结构，比传统射流泵的引射气流喷管在中心效果要好。
本实用新型上述水轮机混合补气装置不仅用于混合补气装置，还可作为单独的补气装置；又可作为单一的补水装置；还能作为水轮机弹性减振装置。
实施例5如图10所示，增加一个或二个储能罐21，并在储能罐21内安装气囊袋23和真空与压力脉动检测表计22，关闭补水控制调节阀20和补气控制调节阀8后，利用本实用新型(不补气、不补水时)储能罐21及气囊袋23组成弹性减振系统，也能达到机组减振的目的。
权利要求1.一种水轮机补气装置，包括补气主管及设在补气主管上的控制调节阀，其特征是设有与补气主管联通的补气管，补气管两侧设有补气口，补气口上设有与补气管铰接的阀片。
2.根据权利要求1所述的水轮机补气装置，其特征是所述阀片为蝶片，蝶片通过销轴与补气管联接，蝶片上设有限位销。
3.根据权利要求1或2所述的水轮机补气装置，其特征是设有与补气主管连通的储能罐，储能罐由罐体及设于罐体内的气囊袋组成，储能罐的进水口通过补水控制调节阀接压力水源。
4.根据权利要求3所述的水轮机补气装置，其特征是补气主管上设有引射器，引射器由供气室、射流环管和引射器喷嘴组成，射流环管设在供气室内，射流环管环绕的通道和射流环管的外周通道为供气通道，引射器喷嘴设在射流环管通道和供气室供气通道的交汇处；补气主管通过引射器的射流环管进水口与储能罐相连。
5.根据权利要求4所述的水轮机补气装置，其特征是引射器喷嘴为环形管状结构。
专利摘要本实用新型涉及一种水轮机补气装置，包括补气主管及设在补气主管上的控制调节阀，设有与补气主管联通的补气管，补气管两侧设有补气口，补气口上设有与补气管铰接的阀片。本实用新型安装在水轮机尾水管内，补气管能根据尾水管涡带水流的旋转方向进行适量补气，在任何水头、负荷范围都处于最优状态，可减弱尾水管边壁旋转水流的强度；迅速、有效地破坏涡带，改善尾水管的流动状态，消除或减小尾水管内的压力脉动，达到适时消减机组振动的目的。本实用新型广泛用于混流、轴流式水轮机的自然补气；与现有技术相比，本实用新型补气量较少，补气效果好，安全可靠，有效节能。
文档编号F03B11/04GK2871894SQ200520099679
公开日2007年2月21日 申请日期2005年12月26日 优先权日2005年12月26日
发明者田继再 申请人:武汉大学
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