阅读说明：本技术 一种减弱水轮发电机组尾水管压力脉动的系统 (System for weakening pressure pulsation of draft tube of hydroelectric generating set ) 是由 陈晓云 李寒熠 邱方程 陆海 于 2019-11-15 设计创作，主要内容包括：本申请提供的一种减弱水轮发电机组尾水管压力脉动的系统,包括：转轮体、泄水锥、主轴、导流叶片控制装置及主轴中心补气装置,一方面,导流叶片控制装置可以根据水轮发电机组的运行工况,改变导流叶片的角度,使转轮流出的水流以较好的姿态流向尾水管,从而破坏尾水管涡带、减弱尾水管压力脉动；另一方面,通过补气阀、输气管道及补气孔将空气输送至转轮体的出口处,空气溶于转轮体出口处的水体中,增加转轮体出口处的压力,进而破坏转轮体出口处的低压状态,从而进一步破坏尾水管涡带、减弱尾水管压力脉动；因此导流叶片和补气装置二者相结合,从而有效的消除环流和减弱尾水管压力脉动,保证机组的稳定运行。(The application provides a weaken hydroelectric set draft tube pressure pulsation's system includes: the water flow flowing out of the runner flows to a tail water pipe in a better posture, so that a vortex belt of the tail water pipe is damaged, and pressure pulsation of the tail water pipe is weakened; on the other hand, air is conveyed to the outlet of the runner hub through the air replenishing valve, the air conveying pipeline and the air replenishing hole, and is dissolved in the water body at the outlet of the runner hub, so that the pressure at the outlet of the runner hub is increased, and further the low-pressure state at the outlet of the runner hub is damaged, thereby further damaging the vortex belt of the draft tube and weakening the pressure pulsation of the draft tube; therefore, the guide vane and the air supply device are combined, so that circulation flow is effectively eliminated, pressure pulsation of a draft tube is weakened, and stable operation of a unit is guaranteed.)

一种减弱水轮发电机组尾水管压力脉动的系统

技术领域

本申请涉及水轮发电机组设计优化技术领域，尤其涉及一种减弱水轮发电机组尾水管压力脉动的系统。

背景技术

水轮发电机组是将具有一定高度的水头和流量的水的动能和势能转换为机械能并最终转换成电能的装置；水轮发电机组包括水轮机、水轮发电机及其附属设备组成的水力发电设备，其中水轮机包括蜗壳、转轮、尾水管等组成，其中尾水管的作用是将离开转轮的水引导至下游排水口，并利用转轮出口水流的部分能量。

当水轮发电机组在偏工况运行时，尾水管内的水流由于环流较大，会使尾水管中心产生低压并在尾水管内形成内旋转的真空涡带，真空涡带会引起水轮机过流通道中水力不稳定，出现压力脉动，压力脉动会引起机组的振动，功率的震荡以及尾水管壁的低频振动，严重影响水轮发电机组的稳定运行。因此，水轮机尾水管的压力脉动是影响水轮机稳定运行的主要因素。

目前，减弱水轮发电机组尾水管压力脉动一方面是采用主轴中心补气方式向转轮出口输送空气，从而减弱水轮发电机组尾水管压力脉动。另一方面是在尾水管的直锥段添加隔板，或者在尾水管弯肘段添加导流板的方式来消除环流或者减弱涡带。但是，由于水流运行复杂，单独的补气方式只能在一定程度上改善压力脉动状态；另外加隔板或者导流板虽然有一定的效果，但是由于其不能很好的与不同的运行工况相适应，会对机组运行产生一些不利的影响，例如降低效率，改变最优工况等。

发明内容

本申请提供了一种减弱水轮发电机组尾水管压力脉动的系统，以解决消除环流，并与不同工况相适应的技术问题。

为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：

本申请提供了一种减弱水轮发电机组尾水管压力脉动的系统，包括：转轮体、设置于所述转轮体下端的泄水锥、依次设置于所述转轮体上端的主轴、设置于所述泄水锥内的导流叶片控制装置及设置于所述主轴内的主轴中心补气装置，其中：

所述主轴包括：依次相连的水轮机轴、发电机轴及上端轴；

所述导流叶片控制装置包括：导流叶片控制器、控制线路、控制阀、导流叶片、导流叶片接力器、导流叶片控制拐臂、第一压力油管、第二压力油管、压力油罐，其中：

所述控制阀设置于所述第一压力油管上，所述第一压力油管与所述第二压力油管管路连接，所述第二压力油管通过所述导流叶片接力器与所述导流叶片控制拐臂相连；

所述主轴中心补气装置包括：第一输气管道、补气阀、第二输气管道及补气孔，其中：

所述第一输气管道和所述第二输气管道设置于所述水轮机轴、发电机轴及上端轴的轴内。

可选的，所述导流叶片控制装置还包括：设置于所述泄水锥上导流叶片轴承及导流叶片轴承安装孔，

所述导流叶片通过所述导流叶片轴承安装于所述泄水锥的外面；

所述导流叶片轴承通过所述导流叶片轴承安装孔安装于所述泄水锥上。

可选的，所述第一压力油管的一端与所述第二压力油管相连，另一端与所述压力油罐相连。

可选的，所述第二压力油管的一端与所述第一压力油管相连，另一端与所述导流叶片接力器相连。

可选的，所述导流叶片控制拐臂的一端与所述导流叶片轴承的内表面相连，另一端与所述导流叶片接力器相连。

可选的，所述导流叶片控制器通过所述控制线路与所述控制阀相连。

可选的，所述第一输气管道的一端与外界大气相连，另一端与所述补气阀相连。

可选的，所述第二输气管道的一端与所述补气阀相连，另一端与所述补气孔相连。

可选的，沿所述泄水锥的侧壁开设有补气孔。

可选的，所述水轮机轴、发电机轴及上端轴通过螺栓依次相连。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

由上述技术方案可知，本申请提供的一种减弱水轮发电机组尾水管压力脉动的系统，包括：转轮体、泄水锥、主轴、导流叶片控制装置及主轴中心补气装置，其中：

(1)导流叶片控制装置：导流叶片控制器根据采集到的导叶开度信号，通过控制线路向控制阀发出改变导流叶片角度的控制信号，控制阀根据收到的信号控制压力油罐中的压力油通过压力油管输送到导流叶片接力器的接力器缸体中，推动接力器缸体中的活塞运动，进一步推动与接力器活塞相连的导流叶片控制拐臂运动，从而推动与导流叶片控制拐臂相连的导流叶片轴承转动，与导流叶片轴承相连的导流叶片随着导流叶片轴承转动而发生转动，从而实现根据不同的导叶开度来改变导流叶片的角度实现最优的导流效果。

(2)主轴中心补气装置：通过补气阀、输气管道及补气孔将空气输送至转轮体的出口处，空气溶于转轮体出口处的水体中，增加转轮体出口处的压力，进而破坏转轮体出口处的低压状态，从而进一步破坏尾水管涡带、减弱尾水管压力脉动。

本申请中：一方面，导流叶片控制装置可以根据水轮发电机组的运行工况，改变导流叶片的角度，从而减小由转轮叶片流出的水流的切向速度，使转轮流出的水流以较好的姿态流向尾水管，从而破坏尾水管涡带、减弱尾水管压力脉动；另一方面，通过补气阀、输气管道及补气孔将空气输送至转轮体的出口处，空气溶于转轮体出口处的水体中，增加转轮体出口处的压力，进而破坏转轮体出口处的低压状态，从而进一步破坏尾水管涡带、减弱尾水管压力脉动；因此导流叶片和补气装置二者相结合，从而有效的消除环流和减弱尾水管压力脉动，使得转轮流出的水流以较好的流态流向尾水管，保证机组的稳定运行。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种减弱水轮发电机组尾水管压力脉动的系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种减弱水轮发电机组尾水管压力脉动的系统的泄水锥结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种减弱水轮发电机组尾水管压力脉动的系统的导流叶片控制装置结构示意图。

其中：

1-导流叶片，2-补气孔，3-导流叶片轴承，4-泄水锥，5-第二输气管道，6-补气阀，7-第一输气管道，8-水轮机轴，9-发电机轴，10-上端轴，11-螺栓，12-第一压力油管，13-压力油罐，14-控制阀，15-控制线路，16-导流叶片控制器，17-导流叶片轴承安装孔，18-第二压力油管，19-导流叶片接力器，20-导流叶片控制拐臂，21-转轮体。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

参见附图1，图1示出了本发明实施例提供的一种减弱水轮发电机组尾水管压力脉动的系统的结构示意图。下面结合附图1对本申请实施例提供的一种减弱水轮发电机组尾水管压力脉动的系统进行说明。

本申请提供了一种减弱水轮发电机组尾水管压力脉动的系统，如图1所示，包括：转轮体21、设置于所述转轮体21下端的泄水锥4、依次设置于所述转轮体21上端的主轴、设置于所述泄水锥4内的导流叶片控制装置及设置于所述主轴内的主轴中心补气装置，其中：

图2为本发明实施例提供的一种减弱水轮发电机组尾水管压力脉动的系统的泄水锥结构示意图；结合附图2对本申请实施例提供的一种减弱水轮发电机组尾水管压力脉动的系统进行说明。

图3为本发明实施例提供的一种减弱水轮发电机组尾水管压力脉动的系统的导流叶片控制装置结构示意图；如图3所示，所述导流叶片控制装置包括：导流叶片控制器16、控制线路15、控制阀14、导流叶片1、导流叶片接力器19、导流叶片控制拐臂20、第一压力油管12、第二压力油管18、压力油罐13，其中：

所述第一压力油管12的一端与所述第二压力油管18相连，另一端与所述压力油罐13相连。

所述第二压力油管18的一端与所述第一压力油管12相连，另一端与所述导流叶片接力器19相连。

所述导流叶片控制拐臂20的一端与所述导流叶片轴承3的内表面相连，另一端与所述导流叶片接力器19相连。

所述导流叶片控制器16通过所述控制线路15与所述控制阀14相连。

导流叶片1的作用主要是引导转轮流出的水流以较好的流态流向尾水管，起到消除环流和减弱尾水管压力脉动的作用。

所述控制阀14设置于所述第一压力油管12上，所述第一压力油管12与所述第二压力油管18管路连接，所述第二压力油管18通过所述导流叶片接力器19与所述导流叶片控制拐臂20相连。

进一步地，所述导流叶片控制装置还包括：设置于所述泄水锥4上导流叶片轴承3及导流叶片轴承安装孔17，

所述导流叶片1通过所述导流叶片轴承3安装于所述泄水锥4的外面；

所述导流叶片轴承3通过所述导流叶片轴承安装孔17安装于所述泄水锥4上。

导流叶片轴承3、导流叶片接力器19、导流叶片控制拐臂20、压力油管、压力油罐13、导流叶片控制器16、控制线路15、控制阀14构成了导流叶片控制系统，导流叶片控制系统用于控制导流叶片1的角度，当水轮发电机组运行在不同工况时，导流叶片控制器16会根据水轮发电机组运行工况，通过导流叶片轴承3、导流叶片接力器19、导流叶片控制拐臂20、压力油管、压力油罐13、控制线路15、控制阀14推动导流叶片1，使其处于最佳的导流角度，从而有效的消除环流和减弱尾水管压力脉动，使得转轮流出的水流以较好的流态流向尾水管。

具体地，导流叶片控制器16根据采集到的导叶开度信号，通过控制线路15向控制阀14发出改变导流叶片1角度的控制信号，控制阀14根据收到的信号控制压力油罐13中的压力油通过压力油管输送到导流叶片接力器19的接力器缸体中，推动接力器缸体中的活塞运动，进一步推动与接力器活塞相连的导流叶片控制拐臂20运动，从而推动与导流叶片控制拐臂20相连的导流叶片轴承3转动，与导流叶片轴承3相连的导流叶片随着导流叶片轴承3转动而发生转动，从而实现根据不同的导叶开度来改变导流叶片的角度实现最优的导流效果。

本发明实施例还包括设置于所述主轴内的主轴中心补气装置，其中：所述主轴包括：依次相连的水轮机轴8、发电机轴9及上端轴10；所述水轮机轴8、发电机轴9及上端轴10通过螺栓11依次相连。

所述主轴中心补气装置包括：第一输气管道7、补气阀6、第二输气管道5及补气孔2，具体地沿所述泄水锥4的侧壁开设有补气孔2。

其中：

所述第一输气管道7和所述第二输气管道5设置于所述水轮机轴8、发电机轴9及上端轴10的轴内。

所述第一输气管道7的一端与外界大气相连，另一端与所述补气阀6相连。

所述第二输气管道5的一端与所述补气阀6相连，另一端与所述补气孔2相连。

在本发明实施例中，补气孔2、第一输气管道7、第二输气管道5、补气阀6构成了水轮发电机组主轴中心补气系统，当水轮发电机组运行在特殊工况时，主轴中心补气系统通过补气孔2、第一输气管道7、第二输气管道5、补气阀6将空气输送导转轮出口，破环转轮出口处的低压状态，同时配合导流叶片减弱尾水管压力脉动，保证水轮发电机组稳定运行；具体地，通过补气孔2、第一输气管道7、第二输气管道5、补气阀6将空气输送至转轮体的出口处，空气溶于转轮体21出口处的水体中，增加转轮体21出口处的压力，进而破坏转轮体21出口处的低压状态，从而进一步破坏尾水管涡带、减弱尾水管压力脉动。

当水轮发电机组运行在不同工况时，导流叶片控制器会根据水轮发电机组运行工况，通过导流叶片轴承、导流叶片接力器、导流叶片控制拐臂、压力油管、压力油罐、控制线路、控制阀推动导流叶片，使其处于最佳的导流角度，同时主轴中心补气系统通过补气孔、输气管道、补气阀将空气输送导转轮出口，破环转轮出口处的低压状态，导流叶片与主轴中心补气系统相结合，从而有效的消除环流和减弱尾水管压力脉动，使得转轮流出的水流以较好的流态流向尾水管，保证机组的稳定运行。

综上，本发明提供的减弱水轮发电机组尾水管压力脉动的装置，可以根据水轮发电机组的运行工况，改变导流叶片的角度，从而减小由转轮叶片流出的水流的切向速度，同时主轴中心补气系统通过补气孔、输气管道、补气阀将空气输送导转轮出口，破环转轮出口处的低压状态，从而破环尾水管涡带和减弱尾水管压力脉动，本申请提供的减弱水轮发电机组尾水管压力脉动的系统对于提高水轮发电机组的稳定性具有较好的作用，具有很好的工程使用价值。

由于以上实施方式均是在其他方式之上引用结合进行说明，不同实施例之间均具有相同的部分，本说明书中各个实施例之间相同、相似的部分互相参见即可。在此不再详细阐述。

需要说明的是，在本说明书中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的电路结构、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种电路结构、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的电路结构、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本申请的其他实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求的内容指出。

以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。