專利名稱：水力機(jī)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(jī)械的給氣裝置，尤其是涉及一種可以對(duì)應(yīng)于水力機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)而給吸出管供給適當(dāng)量的氣體的水力機(jī)械的給氣裝置。
通常，在水力機(jī)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(fù)壓，以便能有效地回收從葉輪葉片中流出的動(dòng)態(tài)水的動(dòng)能。
但是，在如部分負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，當(dāng)從葉輪葉片中噴出的動(dòng)態(tài)水的流量變少了時(shí)，因動(dòng)態(tài)水中要出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)速度成分，所以當(dāng)具有該旋轉(zhuǎn)速度成分的動(dòng)態(tài)水噴向已成為負(fù)壓的吸出管時(shí)，吸出管內(nèi)的注水會(huì)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(xì)長的渦芯隨著其不斷成長，會(huì)變成內(nèi)部伴有死水芯(空洞)的螺旋渦，由該螺旋渦的波動(dòng)而使注水變動(dòng)，最終會(huì)出現(xiàn)水力機(jī)械的輸出波動(dòng)(功率波動(dòng))、因與死水芯的固有振動(dòng)之間的共振所產(chǎn)生的振動(dòng)、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(dòng)、振動(dòng)和噪音的手段之一，歷來的情況是，從機(jī)器外部對(duì)在吸出管內(nèi)變動(dòng)的注水供給空氣，而進(jìn)行給氣運(yùn)轉(zhuǎn)。
該給氣運(yùn)轉(zhuǎn)的著眼點(diǎn)是，在從外部將空氣供給在吸管內(nèi)變動(dòng)著的注水時(shí)，其空氣會(huì)由于旋轉(zhuǎn)著的注水的離心力的作用而匯集到已變成負(fù)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(huì)使它們消失。這樣，就實(shí)現(xiàn)了確保注水的穩(wěn)定流動(dòng)。
在近來的水力機(jī)械上，在出于防止環(huán)境破壞的考慮而不能采用動(dòng)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(dòng)態(tài)水高速化。對(duì)于回收高動(dòng)能的吸出管來說，確實(shí)地防止注水對(duì)其的沖擊，對(duì)維持水力機(jī)械的高輸出和確保穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)是非常重要的。
以往，水力機(jī)械的給氣運(yùn)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(gè)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(dǎo)向吸出管的注水時(shí)，由于不進(jìn)行任何控制，所以當(dāng)在如部分負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)那樣從葉輪葉片噴向吸出管的動(dòng)態(tài)水比較少時(shí)，可將其輸出維持在幾乎與額定值相當(dāng)?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(dāng)在如額定負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)那樣從葉輪葉片噴出的動(dòng)態(tài)水較多時(shí)，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(huì)出現(xiàn)使水力機(jī)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(hào)公報(bào)中所公開的那樣，采用射流泵作為將空氣導(dǎo)入到吸出管內(nèi)的注水中的空氣驅(qū)動(dòng)裝置，它根據(jù)從水壓鐵管中導(dǎo)入的誘導(dǎo)水在上水池和葉輪葉片之間的變動(dòng)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(jìn)行控制閥的開關(guān)驅(qū)動(dòng)時(shí)采用了液壓機(jī)構(gòu)，所以結(jié)構(gòu)復(fù)雜；另外，為了確實(shí)地抑制住注水的旋轉(zhuǎn)流，在吸出管的周圍需要有多個(gè)射流泵和調(diào)整控制閥的開、關(guān)的液壓機(jī)構(gòu)，這對(duì)操縱人員來說，運(yùn)轉(zhuǎn)操作的使用方便性能變壞，人們希望有容易運(yùn)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(yùn)轉(zhuǎn)容易、且能確實(shí)地防止吸出管內(nèi)的注水的旋轉(zhuǎn)流的水力機(jī)械的給氣裝置。
本發(fā)明的水力機(jī)械的給氣裝置，為了達(dá)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(dòng)態(tài)水的流動(dòng)方向依次設(shè)置有導(dǎo)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(dǎo)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(jī)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(hào)的控制部。
本發(fā)明的水力機(jī)械的給氣裝置，為了達(dá)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(jī)械的給氣裝置，為了達(dá)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(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)所算得的信號(hào)與預(yù)先由模型試驗(yàn)或安裝現(xiàn)場試驗(yàn)的數(shù)據(jù)所得出的有效落差函數(shù)進(jìn)行對(duì)照；且具有對(duì)將空氣供給到吸出管的控制閥的開、關(guān)信號(hào)進(jìn)行設(shè)定的計(jì)算部。
本發(fā)明的水力機(jī)械的給氣裝置，為了達(dá)到上述目的，如第四方案所記載的那樣，其運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)可選擇實(shí)際輸出、實(shí)際有效落差、實(shí)際流量和導(dǎo)流葉片的實(shí)際開度中的任意一個(gè)。
本發(fā)明的水力機(jī)械的給氣裝置，為了達(dá)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(jìn)或后退的馬達(dá)。
本發(fā)明的水力機(jī)械的給氣裝置，為了達(dá)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(dòng)力缸，和由從控制部所發(fā)出的閥開、關(guān)信號(hào)而使閥芯前進(jìn)或后退的閥芯驅(qū)動(dòng)部。
本發(fā)明的水力機(jī)械的給氣裝置，為了達(dá)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(jī)械的給氣裝置，為了達(dá)到上述目的，如第八方案所記載的那樣，其動(dòng)力缸具有轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)械的給氣裝置的軸向輻流式水輪機(jī)為例的簡圖。
圖2是簡略地表示了本發(fā)明的水力機(jī)械的給氣裝置的第1實(shí)施例的局部圖。
圖3是簡略地表示了本發(fā)明的水力機(jī)械的給氣裝置的第2實(shí)施例的局部圖。
圖4是顯示了在本發(fā)明的水力機(jī)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(jī)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(duì)本發(fā)明的水力機(jī)械的給氣裝置的一實(shí)施例進(jìn)行說明。
圖1是表示了將本發(fā)明的水力機(jī)械的給氣裝置應(yīng)用于軸向輻流式水輪機(jī)上的一個(gè)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(kuò)展，出口的葉片間隙形成扁平狀的矩形通路，使動(dòng)態(tài)水的動(dòng)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(dòng)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(dòng)而變化自如地進(jìn)行調(diào)整的導(dǎo)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(dòng)力給與了葉輪葉片4的動(dòng)態(tài)水的動(dòng)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(dǎo)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(dǎo)入口14。
另外，控制閥13具有馬達(dá)15，由該馬達(dá)15的驅(qū)動(dòng)力控制控制閥13的開、關(guān)。而且，如圖4所示，馬達(dá)15分別具有控制部16和計(jì)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(yàn)或安裝現(xiàn)場試驗(yàn)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(dòng)有效落差算出的拋物線函數(shù)或階躍函數(shù)；而計(jì)算部17通過將實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所檢測出的實(shí)際有效落差與上述函數(shù)相對(duì)照，來設(shè)定控制閥13的開度。馬達(dá)15依據(jù)來自控制部16的設(shè)定了的閥開度信號(hào)來驅(qū)動(dòng)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(shí)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(diǎn)劃線表示的單位變動(dòng)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(hào)代表了控制閥13的閥芯開度；而橫軸所表示的輸入信號(hào)有選擇地使用了任意一種以下的信號(hào)即由水輪機(jī)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(hào)，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(hào)，或者由有效落差H和導(dǎo)流葉片開度A之間的所謂的H-A求交運(yùn)算所求得的信號(hào)。
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(shí)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(diǎn)劃線所表示的單位變動(dòng)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(hào)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(hào)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(hào)之一。
以下對(duì)其作用進(jìn)行說明。
當(dāng)軸向輻流式水輪機(jī)進(jìn)入部分負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，用所檢測出的有效落差、水輪機(jī)輸出、流量和導(dǎo)流葉片開度中的任意一個(gè)信號(hào)在計(jì)算部17進(jìn)行計(jì)算，然后將其計(jì)算信號(hào)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(duì)照，從而自動(dòng)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(hào)，作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)從控制部16被輸入到馬達(dá)15，由馬達(dá)15的驅(qū)動(dòng)力使控制閥13的閥芯前進(jìn)或后退，以便由此將從空氣導(dǎo)入口14吸進(jìn)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(gè)區(qū)域。
這樣，在本實(shí)施例中設(shè)有控制部16，該控制部16采用有效落差、水輪機(jī)輸出、流量和導(dǎo)流葉片開度中的任意一個(gè)信號(hào)，來自動(dòng)地設(shè)定控制閥13的開、關(guān)信號(hào)。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(gè)區(qū)域上，所以能夠根據(jù)軸向輻流式水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的實(shí)際情況，確實(shí)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(shí)施例中，在將空氣供給到吸出管的注水時(shí)，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(dòng)地進(jìn)行供給，所以能實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jī)械的給氣裝置的第2實(shí)施例的簡圖。另外，對(duì)與第1實(shí)施例的結(jié)構(gòu)部件相同的部分標(biāo)以相同的標(biāo)號(hào)，并省略對(duì)其的重復(fù)說明。
本實(shí)施例中的控制閥13，具有收納閥芯18的動(dòng)力缸21，和由控制部16的閥開、關(guān)信號(hào)而使閥芯18產(chǎn)生前進(jìn)或后退的閥芯驅(qū)動(dòng)部22；同時(shí)，將閥芯18做成圓錐狀，進(jìn)一步將與閥芯18相對(duì)的主軸2的閥座19也做成圓錐狀；另一方面，動(dòng)力缸21上備有軸承20，以便使用芯18能一邊轉(zhuǎn)動(dòng)一邊前進(jìn)或后退。
這樣，在本實(shí)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(shí)能自如轉(zhuǎn)動(dòng)的軸承20，所以在不必給吸出管8給氣時(shí)，能確實(shí)地切斷空氣，不會(huì)由于漏氣而使葉輪葉片4的葉輪水頭上升，從而能進(jìn)行穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)。
如上所述，本發(fā)明的水力機(jī)械給氣裝置，由于在將大氣供給到吸出管的注水的整個(gè)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(hào)的依據(jù)有效落差、水輪機(jī)輸出、流量和導(dǎo)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(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，不會(huì)過分不足地、且準(zhǔn)確和自動(dòng)地將空氣供給到吸出管里。
另外，本發(fā)明的水力機(jī)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(dòng)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(shí)，能確實(shí)地切斷其漏氣。
權(quán)利要求
1.一種水力機(jī)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(dòng)態(tài)水的流動(dòng)方向依次設(shè)置有導(dǎo)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(dǎo)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(hào)的控制部。
2.如權(quán)利要求1所記載的水力機(jī)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(jī)械的給氣裝置，其特征是控制部使依據(jù)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)所算得的信號(hào)與預(yù)先由模型試驗(yàn)或安裝現(xiàn)場試驗(yàn)的數(shù)據(jù)所得出的有效落差函數(shù)匹配，且具有對(duì)將空氣供給到吸出管的控制閥的開、關(guān)信號(hào)進(jìn)行設(shè)定的計(jì)算部。
4.如權(quán)利要求3所記載的水力機(jī)械的給氣裝置，其特征是運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)可選擇實(shí)際輸出、實(shí)際有效落差、實(shí)際流量和導(dǎo)流葉片的實(shí)際開度中的任意一個(gè)。
5.如權(quán)利要求1所記載的水力機(jī)械的給氣裝置，其特征是控制閥具有能使閥芯前進(jìn)或后退的馬達(dá)。
6.如權(quán)利要求1所記載的水力機(jī)械的給氣裝置，其特征是控制閥具有收納閥芯的動(dòng)力缸，和由來自控制部的閥開、關(guān)信號(hào)而使閥芯前進(jìn)或后退的閥芯驅(qū)動(dòng)部。
7.如權(quán)利要求6所記載的水力機(jī)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(jī)械的給氣裝置，其特征是動(dòng)力缸具有轉(zhuǎn)動(dòng)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(yùn)轉(zhuǎn)操作容易且能確實(shí)地防止吸出管內(nèi)的注水的旋轉(zhuǎn)流的水力機(jī)械的給氣裝置。本發(fā)明的水力機(jī)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(hào)的控制部16。
文檔編號(hào)F03B15/04GK1179509SQ9712050
公開日1998年4月22日 申請(qǐng)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(qǐng)人:株式會(huì)社東芝