一种冲击式水轮机喷针行程测量结构
阅读说明：本技术 一种冲击式水轮机喷针行程测量结构 (Impulse turbine nozzle needle stroke measurement structure ) 是由 刘永新 宋昱元 于洋 许义群 郭娜 张春 李任飞 柏勇 王焕茂 赵越 许彬 赵 于 2021-08-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种冲击式水轮机喷针行程测量结构,由喷针标定块、喷嘴标定块、深度尺、螺钉组成。分别用深度尺测量喷针在全关位置、任意开启位置下所对应数值,通过计算公式求得喷针任意位置的行程。采用本发明可以准确的测量喷针行程,降低操作难度,提高测量的精度、保证测量值的重复性和可靠性。(The invention discloses a stroke measuring structure for a spray needle of an impulse turbine, which consists of a spray needle calibration block, a spray nozzle calibration block, a depth gauge and a screw. And measuring the corresponding numerical values of the spray needle at the fully closed position and the any open position by using a depth gauge respectively, and calculating the stroke of the spray needle at any position by using a calculation formula. The invention can accurately measure the stroke of the spray needle, reduce the operation difficulty, improve the measurement precision and ensure the repeatability and reliability of the measured value.)
技术领域
本发明涉及冲击式水轮机领域，尤其涉及一种冲击式水轮机喷针行程测量结构。
背景技术
冲击式水轮机是利用水的高速射流能量推动转轮旋转做功发电，在水轮机不同运行工况下通过调节喷针行程以改变喷嘴流量，在多喷嘴冲击式水轮机运行中要求各个喷嘴射流的流量相同，即每个喷针的行程保持一致。喷针行程保持一致是机组高效运行的可靠保证，流量偏差将直接影响冲击式水轮机的效率，导致转轮所受的径向力不平衡，甚至造成机组的振动和噪声，影响机组使用寿命。因此为保证各个喷针行程的一致性需对喷针行程进行精确测量并标定，而冲击式水轮机喷针、喷嘴配合面均为圆锥面，两个圆锥面在射流方向的距离即为喷针行程，其位于喷嘴内部无法观测到并很难准确的测量出来。因此，迫切需要一种针对冲击式水轮机喷针行程的测量结构，来解决喷针相对于全关位置行程的测量问题，保证测量精度和测量重复性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种冲击式水轮机喷针行程测量结构。本发明的技术方案具体描述如下：由喷针标定块、喷嘴标定块、第一螺钉、深度尺、第二螺钉组成；喷嘴标定块的内圆柱面与喷嘴外圆柱面直径相同且同心，喷嘴标定块的左端面与喷嘴的端面共面，深度尺外套的端面与喷嘴标定块右端面共面，喷针标定块内圆锥面与喷针外圆锥面同心；喷嘴标定块通过第二螺钉固定在喷嘴上，深度尺外套通过第一螺钉固定在喷嘴标定块上，喷针标定块通过深度尺的尺柄压紧到喷针外圆锥面上。
在上述冲击式水轮机喷针行程测量结构中，所述的喷嘴标定块为半圆柱结构，喷嘴标定块的内圆柱面的深度大于喷嘴外圆柱面的高度。
在上述冲击式水轮机喷针行程测量结构中，所述的喷针标定块的内圆锥面锥度与喷针外圆锥面锥度相同；喷针标定块有一个球形外表面，球形外表面的球心位于喷针标定块内圆锥面的中心线上。
本发明的有益效果是：
1.本发明中，通过在喷针前端增设喷针测量块、在喷嘴前端增设喷嘴测量块，将喷嘴内部无法观测并测量的喷针相对于全关位置行程沿射流方向平移，转化为可以观测并容易测量的轴向距离，实现冲击式水轮机喷针相对于全关位置任意行程的测量。
2.本发明中，通过在喷嘴与喷嘴标定块、喷嘴标定块与深度尺、喷针与喷针标定块间增设定位基准，并通过深度尺精确测量，利用公式计算喷针在任意位置下相对于全关位置的行程，保证测量结果精确可靠。
附图说明
图1为喷嘴射流原理图；
图2为喷针在全关位置的测量结构剖视图；
图3为喷针在任意位置的测量结构剖视图；
图4为喷嘴标定块结构图；
图5为喷嘴剖视图；
图6为深度尺示意图；
图7为喷针标定块剖视图；
图8为喷针示意图。
图中标记说明：1-喷嘴；2-喷针；3-喷针标定块；4-喷嘴标定块；5-第一螺钉；6-深度尺；7-喷嘴标定块4的左端面；8-喷嘴标定块4的内圆柱面；9-喷嘴标定块4右端面；10-深度尺6外套；11-喷嘴1端面；12-喷嘴1外圆柱面；13-喷针标定块3内圆锥面；14-喷针标定块3外球面；15-喷针2外圆锥面；16-深度尺6尺柄；17-第二螺钉。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
如图2、图3所示，一种冲击式水轮机喷针行程测量结构，由喷针标定块3、喷嘴标定块4、第一螺钉5、深度尺6、第二螺钉17组成。如图4、图5所示，喷嘴标定块4为半圆柱结构，喷嘴标定块4的内圆柱面8与喷嘴1外圆柱面12直径相同且同心，喷嘴标定块4的左端面7与喷嘴1端面11共面，喷嘴标定块4的内圆柱面8的深度大于喷嘴1外圆柱面12的高度。通过第二螺钉17将喷嘴标定块4固定在喷嘴1上，喷嘴标定块4与喷嘴1同心连接。
如图6所示，深度尺6外套10的端面与喷嘴标定块4右端面9共面，调整深度尺6位置使喷嘴标定块4中心线位于深度尺6尺柄16测量范围内，通过第一螺钉5将深度尺6外套10固定在喷嘴标定块4上。
如图7、图8所示，喷针标定块3内圆锥面13与喷针2外圆锥面15锥度相同，内圆锥面13与外圆锥面15同心；喷针标定块3的内圆锥面13顶部钻孔避免与喷针2外圆锥面15干涉；喷针标定块3有一个球形外表面14，球形外表面14的球心位于喷针标定块3内圆锥面13的中心线上。
如图2所示，在使用过程中将喷针2移动到全关位置，打磨掉喷针2圆锥面15上的局部高点，将喷嘴标定块4、深度尺6与喷嘴1固定连接，将喷针标定块3套在喷针2外圆锥面15上，移动深度尺6的尺柄16将喷针标定块3压紧到喷针2外圆锥面15上，喷针标定块3与喷针2同心，记录此时深度尺6的示数L0；将喷针2向开启方向移动到位置1，如图3所示，将喷针标定块3套在喷针2外圆锥面15上，移动深度尺6的尺柄16将喷针标定块3压紧到喷针2外圆锥面15上，喷针标定块3与喷针2同心，记录此时深度尺6的示数L1；如此反复测量，可以得到喷针2在位置2、位置3、位置4...下对应的深度尺示数L2、L3、L4...由此可以计算出位置1、位置2、位置3、位置4...下喷针的实际行程：
位置1行程：h1＝L1-L0
位置2行程：h2＝L2-L0
位置3行程：h3＝L3-L0
位置4行程：h4＝L4-L0
......
式中：
L0为喷针2处于全关位置时深度尺6的读数，单位毫米；
L1为喷针2处于开启位置1时深度尺6的读数，单位毫米；
L2为喷针2处于开启位置2时深度尺6的读数，单位毫米；
L3为喷针2处于开启位置3时深度尺6的读数，单位毫米；
L4为喷针2处于开启位置4时深度尺6的读数，单位毫米；
h1为喷针2处于开启位置1时的行程，单位毫米；
h2为喷针2处于开启位置2时的行程，单位毫米；
h3为喷针2处于开启位置3时的行程，单位毫米；
h4为喷针2处于开启位置4时的行程，单位毫米；
工作原理：如图1所示喷嘴射流原理图，图中喷针处在某一行程下，高压水从直流喷管进口流入，由于直流喷管出口处喷针、喷嘴间的环形截面积减小水流速度逐渐增加，喷嘴出口处压力为大气压，此处水流将以很高的速度喷射到大气中。在水轮机变工况时喷针会沿射流方向移动以改变喷针与喷嘴间的环形面积，实现喷针射流流量的调节。
本测量结构的精度高，各连接部件间都存在定位基准，无需过多人工调整，故可消除人为因素对测量结果的影响，保证测量结果的可靠性和重复性。
测量结果不因喷针、喷嘴磨损而降低，喷针、喷嘴在实际运行中由于水流的高速冲刷极易造成磨损，本发明采用喷针的圆锥面为定位基准，喷针标定块与喷针的配合面足够长可保证定位精度，在喷针磨损后打磨掉局部高点，剩余配合面仍可保证定位精度，不影响最终测量精度；喷嘴定位基准选择外端面和外圆柱面，此面不会磨损。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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