发明内容

本发明的目的是为了提供一种水轮机座环尾水管减沙抗磨的方法，可显著地减少甚至消除含有泥沙的水流对座环表面的不断冲刷形成的腐蚀沟槽，从而提高水轮机的发电效率，延长使用寿命。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种水轮机座环尾水管减沙抗磨的方法，所述水轮机为立式混流式水轮机，包括若干活动导叶、支承活动导叶的座环，所述座环包括和活动导叶下端转动连接的轴套，在轴套和活动导叶下端之间具有配合间隙，包括如下步骤：

a.用水泵将轴套内含有泥沙的水流抽出并形成压力水流；

b.将压力水流从座环上表面靠近活动导叶入水边处的射流口向外喷出，从而在座环上表面形成若干微射流；

c.微射流冲击从配合间隙射出的磨蚀水流，并形成低速的混合水流，混合水流沿座环上表面流动，并从尾水管流向下游。

我们知道，水轮机在工作时，具有压力的水流会通过配合间隙进入到轴套内部，本发明用水泵将轴套内含有泥沙的水流向外抽出而形成具有一定压力的压力水流，并将该压力水流引导到座环上表面靠近活动导叶入水边处的射流口向外喷出，此时，会在座环上表面靠近每个活动导叶处分别形成大致向上的微射流，该微射流冲击从配合间隙射出的磨蚀水流，由于腐蚀水流大致呈水平方向流动，从而与微射流形成充分的“搅合”而形成沿水平方向低速流动的混合水流，该混合水流可有效地消除原腐蚀水流中的空化气泡等，并且有效地降低腐蚀水流的流速。也就是说，此时的混合水流只是在座环上表面慢速“流过”而已，可基本消除——至少大大减缓含有泥沙的腐蚀水流对座环表面的冲蚀作用，有效延长座环的工作寿命。

特别是，本发明的微射流来自于轴套内的水流，也就是说，无需消耗额外的水资源，有利于降低成本。

作为优选，所述射流口的朝向与座环上表面形成夹角α，并且70°≤α≤110°。

本发明将射流口的朝向与座环上表面的夹角α控制在如下范围：70°≤α≤110°，可充分增加微射流与腐蚀水流的搅合面积，使得微射流可最大限度地起到搅合腐蚀水流的作用。

当α＜70°、或者α＞110°时，一方面会增加射流口的加工难度，另一方面，会增大微射流在水平方向的速度分量，不利于降低混合水流的水平流速。

作为优选，在座环上表面对应每个活动导叶入水边处设有至少一个射流口从而确保每个活动导叶入水边处的腐蚀水流均可得到有效的搅合而形成混合水流。

可以理解的是，我们可在每个活动导叶入水边处设置二个甚至更多个射流口，以扩大微射流与腐蚀水流的搅合面积，使腐蚀水流能充分地形成混合水流。

作为优选，对应每个活动导叶入水边处的射流口为2个，两个射流口的朝向之间形成小于20°的夹角。

当每个活动导叶入水边处的射流口为2个时，由于每个射流口的朝向相同，因此，2个射流口形成的微射流会形成对称关系，或者向上延伸并相交成20°夹角，或者向下延伸并相交成20°夹角，在确保2个微射流与腐蚀水流充分搅合的基础上，最大限度地减小微射流的水平流速分量，继而降低混合水流的流速。

可以理解的是，当二个射流口相对设置时，所形成的微射流在水平方向流速分量会相互抵消，从而可最大限度地降低混合水流的水平流速。

作为优选，在轴套下部设有出水孔，在座环下侧设有与各出水孔连通的环管，在座环上设有若干向上延伸的射流管，射流管上端开口构成所述射流口，所述环管通过分流管与各射流管的下端相连通在分流管上设有增压水泵。

由于轴套下部设有与环管连通的出水孔，因此，当增压水泵运转时，即可通过环管抽取轴套下部混合有泥沙的水流，并通过射流管上端的射流口向外喷出。

需要说明的是，我们可将出水孔设置在轴套靠近下端面处，以有利于水流中的泥沙在轴套内沉淀，尽量减少从出水孔抽出的水流中泥沙的含量。此时，我们可将轴套下端面设置成锥形，并在下端面最低处设置一个排沙口和相应的封盖。当我们打开封盖时，即可排放沉积的泥沙。

作为优选，在尾水管内设有接水盘，接水盘中心与主轴下端相连接，接水盘底面设有圆形的隔离凸筋和若干径向的导流筋，所述导流筋的外端与隔离凸筋相连接，隔离凸筋在接水盘内分隔出中心的净水区域和外围的浑水区域，隔离凸筋的高度低于导流筋的高度，接水盘底面的高度自中心向外逐渐升高，直至与隔离凸筋齐平连接，在步骤a中，水泵同时将轴套内以及接水盘的净水区域内的水流抽出并形成压力水流。

本发明在尾水管内设置主轴下端相连接的接水盘，并且接水盘内设有圆形的隔离凸筋和若干径向的导流筋，隔离凸筋在接水盘内分隔出外围的浑水区域，而导流筋则在隔离凸筋围成的内部区域中分隔成若干扇形的净水区域。这样，当水轮机运转时，主轴即可带动接水盘高速转动，而尾水管内向下游排放的水流则可部分地储存在接水盘内，高速转动的接水盘使内部储存的水形成极大的离心力，此时，混合在水中的泥沙会优先地从净水区域向浑水区域径向移动而进入浑水区域内，相应地，隔离凸筋内的净水区域的水所含有的泥沙量则大大降低。这样，水泵可抽取接水盘净水区域内的水流，并通过射流口向外喷出以形成微射流，从而有效地降低微射流中泥沙的含量。

特别是，本发明接水盘底面的高度自中心向外逐渐升高，直至与隔离凸筋齐平连接。也就是说，接水盘底面是一个中间低、四周高的锥面，并且浑水区域与净水区域之间被高起的隔离凸筋所阻挡。因此，隔离凸筋内净水区域的水中的泥沙会在离心力作用下逐渐向外径向移动，直至越过隔离凸筋而进入浑水区域内，并且泥沙在径向移动时可最大限度地减少因阻碍而沉积，既可确保泥沙不会在净水区域沉积，而只会沉积到浑水区域，又可在净水区域通过水泵向外抽水时阻止浑水区域的泥沙返流到净水区域。

此外，导流筋在接水盘内分隔出若干扇形的净水区域，从而有利于泥沙在离心力作用下径向地向外移动。

作为优选，所述接水盘的上部开口处盖设有缓流盖，缓流盖下侧设有若干径向延伸至边缘的引流管，引流管在周向上均匀分布，缓流盖上侧设有若干组引流孔，每组引流孔贯通对应的引流管，当水流落到缓流盖上时，即可通过引流孔进入对应的引流管内，并沿着引流管流至接水盘边缘处的浑水区域内。

本发明在接水盘的上部开口处设置缓流盖，因而可防止尾水管内“倾泻而下”的水流直接进入接水盘内而“搅浑”泥沙。由于缓流盖下侧设有若干径向延伸至边缘的引流管，缓流盖上侧设有若干组贯通对应引流管的引流孔。因此，当尾水管内的水流落到接水盘上的缓流盖时，可通过引流孔进入引流管内，然后沿着引流管进入浑水区域内。可以理解的是，我们可适当减小引流管的管径，从而减缓水流的流速和冲击力，避免引流管的水流“搅浑”浑水区域。

特别是，本方案中，水流是补充到浑水区域的，当浑水区域的水位升高并高于隔离凸筋时，会反向流动至净水区域，而离心力的作用又会使混合在水中的泥沙沉积在浑水区域内。也就是说，在接水盘内形成上、下两层径向的对流，上层的清水返流到净水区域，下层的泥沙则流动至浑水区域。

因此，本发明具有如下有益效果：可显著地减少甚至消除含有泥沙的水流对座环表面的不断冲刷形成的腐蚀沟槽，从而提高水轮机的发电效率，延长使用寿命。