專利名稱：液力機(jī)械、包括液力機(jī)械的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備及機(jī)械調(diào)節(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液力機(jī)械，所述液力機(jī)械包括圍繞一固定軸線和相對(duì)一固定結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng) 活動(dòng)的輪，該輪用于由一強(qiáng)制水流穿過。當(dāng)該機(jī)械是渦輪機(jī)時(shí)，這種水流的作用是帶動(dòng)輪轉(zhuǎn) 動(dòng)。當(dāng)機(jī)械是泵時(shí)，該轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致了這種強(qiáng)制水流。
背景技術(shù)：
無論涉及渦輪、泵抑或渦輪泵的液力機(jī)械一般配有經(jīng)常被稱為“迷宮”的裝置，該 裝置用于限制由于被帶到輪附近的水量趨向于圍繞該輪流動(dòng)而導(dǎo)致的水泄漏。這種泄漏導(dǎo) 致該機(jī)械所屬的設(shè)備的效率損失，所述迷宮則通過如下方式旨在限制前述情況在輪與機(jī) 械的固定結(jié)構(gòu)之間形成有比較狹小的運(yùn)行間隙，從而泄漏的流動(dòng)路徑比較狹小，這樣就限 制了泄漏流量。迷宮一般設(shè)計(jì)成與輪的旋轉(zhuǎn)軸線同心的柱體的形式，并帶有一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)生盡可 能小的間隙的臺(tái)階。為了避免輪旋轉(zhuǎn)時(shí)迷宮的過早磨損，運(yùn)行間隙應(yīng)足夠以考慮到在過渡 狀態(tài)期間輪的可能的徑向運(yùn)動(dòng)并考慮到輪在離心力作用下的膨脹。在這些條件下，應(yīng)通過 考慮最不利的運(yùn)行條件即過渡狀態(tài)和通過考慮輪的徑向運(yùn)動(dòng)，來確定當(dāng)前迷宮的運(yùn)行間 隙。這導(dǎo)致確定出較大的運(yùn)行間隙，由此在輪周圍產(chǎn)生不可忽略的泄漏，特別是在Francis 水輪機(jī)(混流式水輪機(jī))的情況下。泵和渦輪泵會(huì)產(chǎn)生相似的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明尤其意在通過提出一種液力機(jī)械來克服這些缺點(diǎn)，在該機(jī)械中，可以優(yōu)化 泄漏限制裝置的運(yùn)行間隙，以減小泄漏流量。因此本發(fā)明涉及一種液力機(jī)械，其包括圍繞固定軸線和相對(duì)固定結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)活動(dòng)的 輪，所述輪用于被強(qiáng)制水流穿過，而用于限制水泄漏的至少一泄漏限制裝置位于所述輪和 所述固定結(jié)構(gòu)之間，所述泄漏限制裝置在所述輪與所述固定結(jié)構(gòu)之間形成有運(yùn)行間隙。該 機(jī)械的特征在于，所述泄漏限制裝置包括至少一可變形的和/或活動(dòng)的機(jī)構(gòu)，當(dāng)所述輪轉(zhuǎn) 動(dòng)時(shí)，所述機(jī)構(gòu)相對(duì)輪的旋轉(zhuǎn)軸線按徑向方向變形/或活動(dòng)。由于可變形的和/或活動(dòng)的機(jī)構(gòu)，可調(diào)節(jié)通常被稱為“迷宮”的泄漏限制裝置的運(yùn) 行間隙，甚至即便機(jī)械在使用中，即甚至即便其輪在轉(zhuǎn)動(dòng)中時(shí)。這樣可以考慮與機(jī)械可能的 不同狀態(tài)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行間隙的不同需要。特別是，在輪可能有較大徑向運(yùn)動(dòng)或由于離心力產(chǎn) 生膨脹的機(jī)械使用階段，可以采用最大的間隙。這特別涉及啟動(dòng)階段和超速階段。相反，當(dāng) 機(jī)械處于生產(chǎn)階段時(shí)，例如當(dāng)輪機(jī)在穩(wěn)定條件下與交流發(fā)電機(jī)聯(lián)接時(shí)，可以在輪的旋轉(zhuǎn)也 已穩(wěn)定的范圍內(nèi)采用最小間隙。該最小間隙允許減小輪周圍的水的泄漏，因此提高機(jī)械的 效率。另外，本發(fā)明裝置的機(jī)構(gòu)的活動(dòng)特征可以考慮在輪相對(duì)它的旋轉(zhuǎn)軸線橫向運(yùn)動(dòng)時(shí)來 自輪方面的受到碰撞后使機(jī)構(gòu)移動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明的一些有利的但不是強(qiáng)制的方面，這類機(jī)械可包括以下特征的一個(gè)或多個(gè)，這些特征能以任何可行的技術(shù)組合采用-泄漏裝置包括至少一可變形的機(jī)構(gòu)，可變形的機(jī)構(gòu)在控制流體所施加的壓力的 作用下，在對(duì)應(yīng)于所述運(yùn)行間隙的第一值的第一形態(tài)和對(duì)應(yīng)于所述運(yùn)行間隙的第二值的第 二形態(tài)之間變形。所述可變形的機(jī)構(gòu)有利地適于通過徑向收縮而變形，以從它的第一形態(tài) 過渡到它的第二形態(tài)。該可變形的機(jī)構(gòu)在輪的整個(gè)周邊上圍繞輪。-所述泄漏限制裝置包括多個(gè)活動(dòng)的機(jī)構(gòu)，所述多個(gè)活動(dòng)的機(jī)構(gòu)在對(duì)應(yīng)于所述運(yùn) 行間隙的第一值的第一形態(tài)和對(duì)應(yīng)于所述運(yùn)行間隙的第二值的第二形態(tài)之間、相對(duì)所述輪 的旋轉(zhuǎn)軸線徑向地活動(dòng)。-前述機(jī)構(gòu)安裝在所述固定結(jié)構(gòu)上，所述機(jī)構(gòu)的徑向內(nèi)表面朝向所述輪的徑向外 表面；而所述運(yùn)行間隙形成在這些徑向內(nèi)表面和徑向外表面之間。-該液力機(jī)械包括在所述第一形態(tài)和第二形態(tài)的每一個(gè)中使所述機(jī)構(gòu)相對(duì)所述輪 的旋轉(zhuǎn)軸線對(duì)中的部件。-所述機(jī)構(gòu)與所述固定結(jié)構(gòu)的一部分限定出容積可變的室，所述容積可變的室的 容積根據(jù)所述機(jī)構(gòu)所處的形態(tài)變化，給所述容積可變的室提供加壓控制流體。在這種情況 下，可以設(shè)置控制給所述容積可變的室提供所述加壓控制流體的部件。-作為變型，該液力機(jī)械包括控制所述活動(dòng)的機(jī)構(gòu)在其可處于的兩種形態(tài)之間移 動(dòng)的作動(dòng)器。-根據(jù)另一變型，該機(jī)械包括至少一在所述活動(dòng)的機(jī)構(gòu)上施加使其朝機(jī)構(gòu)可處于 的所述兩種形態(tài)之一回復(fù)的彈性回位力的部件。-該機(jī)械包括使所述機(jī)構(gòu)不能圍繞輪的旋轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的部件。-控制流體為在為輪供水用以形成強(qiáng)制水流的管道上取出的水。作為變型，控制流 體可以是氣體特別是空氣，或者可以是油。本發(fā)明還涉及將液能轉(zhuǎn)換為電能或相反轉(zhuǎn)換的設(shè)備，該設(shè)備包括上面提到的機(jī) 械。該設(shè)備比現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備具有更好的效率。本發(fā)明最后還涉及可以與如上述機(jī)械配合實(shí)施的調(diào)節(jié)方法，以便優(yōu)化泄漏限制裝 置的運(yùn)行間隙。根據(jù)該方法，在輪圍繞其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，這樣來進(jìn)行調(diào)節(jié)在至少包括過渡狀 態(tài)的某些輪轉(zhuǎn)動(dòng)階段，采用所述運(yùn)行間隙的第一值；而在包括至少一穩(wěn)定狀態(tài)的某些其它 的輪轉(zhuǎn)動(dòng)階段，采用所述運(yùn)行間隙的第二值。有利的是，通過控制輸送給所述泄漏限制裝置的控制流體的壓力和/或量，采用 所述運(yùn)行間隙的前述兩個(gè)值之一。


通過下面對(duì)符合本發(fā)明原理的機(jī)械及設(shè)備的六個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行的描述，可以更好 地了解本發(fā)明并且它的其它優(yōu)點(diǎn)將更清楚地體現(xiàn)出來，該描述僅作為例子給出并參照附圖 進(jìn)行，附圖中-圖1是符合本發(fā)明的高水頭的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備的原理剖面圖，該設(shè)備包括符合本 發(fā)明的并處于第一運(yùn)行形態(tài)的Francis水輪機(jī)；-圖2是圖1細(xì)部II的放大比例圖；-圖3是當(dāng)水輪機(jī)處于第二運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的與圖2類似的-圖4是圖1細(xì)部IV的更大比例圖；-圖5是當(dāng)機(jī)械處于第二運(yùn)行形態(tài)的與圖4類似的圖；-圖6是符合本發(fā)明第二實(shí)施方式的低水頭設(shè)備和Francis水輪機(jī)的與圖1右半 部的一部分相類似的圖；-圖7是圖6細(xì)部VII的放大比例圖；-圖8是當(dāng)機(jī)械處于第二運(yùn)行形態(tài)時(shí)的與圖7類似的圖；-圖9是圖6細(xì)部IX的放大比例圖；-圖10是當(dāng)機(jī)械處于第二運(yùn)行形態(tài)時(shí)的與圖、9類似的圖；及-圖11是符合本發(fā)明第三實(shí)施方式的Francis水輪機(jī)的局部軸向原理剖面圖；-圖12是沿圖11的線XII-XII的局部剖面圖；-圖13是符合本發(fā)明第四實(shí)施方式的水輪機(jī)的與圖11類似的剖面圖；-圖14是符合本發(fā)明第五實(shí)施方式的水輪機(jī)的與圖11類似的剖面圖；和-圖15是符合本發(fā)明第六實(shí)施方式的水輪機(jī)的與圖11類似的剖面圖。
具體實(shí)施例方式圖1-5表示的設(shè)備I包括混流式水輪機(jī)1，從箱體3供給水輪機(jī)的輪2，一強(qiáng)制管 道4通到箱體3中。用X2表示輪2的豎直固定的旋轉(zhuǎn)軸線。通過軸11使水輪機(jī)1與生產(chǎn) 電的交流發(fā)電機(jī)5聯(lián)接。兩組未示出的活動(dòng)導(dǎo)葉和固定導(dǎo)葉位于箱體3與輪2之間，活動(dòng) 導(dǎo)葉和固定導(dǎo)葉的作用是朝排放管8的方向引導(dǎo)來自管道4和用于穿過輪2的流E。輪2包括延伸在頂板22與輪箍23之間的葉片21。這些葉片在它們之間并與頂板 22及輪箍23形成一些內(nèi)葉片空間IA，流E在穿過輪2時(shí)從所述空間IA通過。輪2通過螺釘24被固定在軸11的下部分，螺釘24鎖緊在設(shè)于軸11內(nèi)的螺紋孔 12中。箱體3、管道4和管8屬于圖中只部分示出的固定結(jié)構(gòu)9，并且固定結(jié)構(gòu)9支撐水 輪機(jī)1的旋轉(zhuǎn)部分，尤其是軸11和輪2。當(dāng)所述流到達(dá)葉片21的前緣21a附近時(shí)，該流E可進(jìn)入到內(nèi)葉片空間IA中。該 流還可以穿過環(huán)形縫隙深入到環(huán)形的空間V1，空間V1在頂板22和固定結(jié)構(gòu)9的一部分 91之間形成。流E也可穿過環(huán)形的縫隙f2深入到環(huán)形的空間V2中，空間V2在輪箍23與固 定結(jié)構(gòu)9的另一部分92之間形成。在圖2-5中，在空間V1和V2中的不期望的水流用箭頭E1和E2表示。為了避免這 些不期望的流E1和E2引起較大泄漏并明顯降低水輪機(jī)1的效率，泄漏限制裝置100和200 被插置于輪2與部分91、92之間。裝置100的目的是限制從空間V1朝向位于頂板22之上的空間、徑向地在空間 V1與軸X2之間的泄漏。裝置200的目的是限制從空間V2向管8的內(nèi)部空間V’ 2的泄漏。 因此不期望的流E1和E2從在前緣21a附近、自輪2的輸入?yún)^(qū)分別穿過縫隙f\、f2與空間\、 V2朝空間V’ i、V’2的方向流動(dòng)。裝置100包括由兩個(gè)半殼IOlA和IOlB形成的殼體101。殼體101通過螺釘102 被固定在部分91上，螺釘102穿過兩個(gè)半殼IOlA和IOlB并擰緊在設(shè)于部分91中的螺紋 孔91A內(nèi)。半殼IOlA和IOlB為圓形，并且在軸線X2上對(duì)中。設(shè)置有數(shù)量足夠以可將殼體101有效固定在固定部分91上的螺釘102。環(huán)103安裝在殼體101中，并與殼體101限定出容積可變室C1，室C1通過兩個(gè)密 封墊104A和104B與外界隔絕，兩個(gè)密封墊104A和104B安裝在分別設(shè)于環(huán)103的上表面 和下表面上的槽103A和103B中。銷子105接合在分別設(shè)于殼體101和環(huán)103中的槽座IOlF和103F內(nèi)，以使環(huán)103 相對(duì)于殼體101不能圍繞軸線X2轉(zhuǎn)動(dòng)。半殼IOlA包括朝向半殼IOlB的壁101C。同樣，半殼IOlB包括朝向半殼101A、更 特別的是朝向壁IOic的壁101D。壁IOlC與壁IOlD之間限定出開口 O1,并且環(huán)103包括 位于壁IOlC與壁IOlD之間的鼻狀部103C。環(huán)103由可彈性變形的材料、例如鋼或復(fù)合材料制成。在施加于環(huán)的徑向外表面 103D的力的作用下，該環(huán)可以按圖2和3中的箭頭F1的方向、朝軸線X2的方向收縮。通過 在室C1中注入加壓水，控制環(huán)103朝軸線X2的方向的收縮。該水來自強(qiáng)制管道4，借助支管300在強(qiáng)制管道4中提取水，支管300構(gòu)成管子301 的管接頭，管子301可把次流Es引向過濾器302，然后引向可增加次流Es壓力的泵303。該 泵供給儲(chǔ)存器_蓄集器308，儲(chǔ)存器-蓄集器308通過管子309與環(huán)形的管道304連接，管 道304通過通到殼體101內(nèi)的支管305與室C1連接。這些支管305在相對(duì)螺釘102的接 納區(qū)角向錯(cuò)開的平面中分布在軸線X2周圍。另外，輪2的頂板22設(shè)有圓形的翼221，該翼與頂板成一整體并且相對(duì)頂板的上表 面向上延伸。作為變型，翼221可以是可拆卸的。在水輪機(jī)1的已安裝好的形態(tài)中，翼221具有與裝置100相面對(duì)就位的徑向外表 面221A。更確切的說，表面221A與環(huán)103的徑向內(nèi)表面103E的一部分相面對(duì)布置，表面 103E實(shí)際上是可穿過開口 O1觸及的鼻狀部103C的表面。當(dāng)水輪機(jī)1處在運(yùn)行過程中時(shí)，翼221與輪2 —起圍繞軸線X2轉(zhuǎn)動(dòng)，而裝置100由 于安裝在部分91上而是固定的。因此，在翼221、與裝置100的相面對(duì)部分即半殼IOlB和 環(huán)103之間，應(yīng)形成有運(yùn)行間隙J。由于該運(yùn)行間隙J，深入到空間V1中的流E1可朝空間V’工的方向傳播，如圖2的 箭頭E1所示。在圖2的形態(tài)中，沒有從管道304給室C1提供加壓水，因此室C1中的水壓P1較小， 甚至為零，以致由于環(huán)的彈性，該環(huán)103處于相對(duì)無應(yīng)力構(gòu)形，在該相對(duì)無應(yīng)力構(gòu)形中，表 面103E沒有相對(duì)壁IOlC和壁IOlD突伸出。因此表面103E與表面221A之間的間隙J1足 夠大，以避免翼221與裝置100之間的碰撞，或者以便限制接觸力，其中甚至包括在輪2沒 有對(duì)齊在軸線X2上或者輪2在離心力作用下膨脹的情況下。在水輪機(jī)1達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，輪2相對(duì)軸線X2沒有對(duì)齊的危險(xiǎn)性最大程度減 小并且通過使鼻狀部103C朝翼221的方向從殼體101伸出，間隙J可被減小到小于值J1的 值J2。這通過增加室C1中的水壓直至達(dá)到值P2來實(shí)現(xiàn)，通過管道304和支管305使室C1與 儲(chǔ)存器-蓄集器308連通而達(dá)到值P2。壓力P2在環(huán)103的表面103D上施加力，該力如在 圖3上用箭頭F2表示那樣分布，所述力的作用是使環(huán)103朝軸線X2的方向徑向收縮，從而 表面103E靠近表面221A，同時(shí)減小流E1的可能的通過截面。因此限制了水從空間V1向空 間r ,的泄漏。
安裝在管子301上并在泵303與管道304之間的電磁閥306，允許控制儲(chǔ)存器-蓄 集器308與室C1的連通。該電磁閥受電子控制裝置307控制。作為變型，一些電磁閥可以 在管道304與室C1之間安裝于支管305上，以便控制給該室提供加壓水。另外，一未示出的電磁閥可以使室C1與同樣未示出的排泄管線連通，該排泄管線 排流到管8或未示出的排水井中。在水輪機(jī)1的突然過渡狀態(tài)的情況下，尤其是在超速的情況下，因此可以通過關(guān) 閉電磁閥306而打開另一電磁閥，來快速排清室C1,以便環(huán)103通過彈性恢復(fù)它的圖2的形 態(tài)，該形態(tài)可以限制環(huán)103與翼221之間意外接觸的危險(xiǎn)。在圖2和3的剖平面中，殼體101確定四個(gè)凹角101G、101H、101I和101J，這四個(gè) 凹角分別與圖2和3中可見的環(huán)103的截面的四個(gè)凸角103G、103H、103I和103J大致互補(bǔ)。角101G、101H、103G、103H構(gòu)成對(duì)中部件，其在圖2的形態(tài)中通過形狀配合使環(huán)103 相對(duì)軸線X2對(duì)中。同樣，角101I、101J、103I和103J構(gòu)成在圖3的形態(tài)中通過形狀配合使 環(huán)103對(duì)中的部件。通過作用于從管道304提供給室C1的壓力和電磁閥306的開放時(shí)間，可使環(huán)103 處于圖2和3各自所示的形態(tài)之間的中間形態(tài)，這可以適應(yīng)水輪機(jī)1的某些運(yùn)行狀態(tài)。裝置200與裝置100的相似的構(gòu)成零件帶有相同的參考數(shù)字再加上100。裝置200 包括由兩個(gè)半殼201A和201B形成的殼體201，兩個(gè)半殼201A和201B安裝在部分92上并 通過螺釘202互相組裝?？蓮椥宰冃蔚沫h(huán)203位于殼體201中，承受由殼體201和環(huán)203 限定的容積可變的室C2中充斥的壓力。兩個(gè)密封墊204A和204B分別位于槽203A和203B中，槽203A和203B分別設(shè)在 環(huán)203的上側(cè)面和下側(cè)面上。設(shè)有銷子205，用以使環(huán)203相對(duì)殼體201不能圍繞軸線X2轉(zhuǎn)動(dòng)。如前所述，在圖4和5的平面中由殼體201確定的凹角和由環(huán)203確定的凸角，允 許在這些圖中分別所示的兩種形態(tài)中使環(huán)相對(duì)軸線X2對(duì)中。環(huán)203的徑向內(nèi)表面203E是梯級(jí)形的，因?yàn)槠浒ㄈ齻€(gè)部分ZOSEidOS^和 203E3，每個(gè)部分由具有圓形底的柱形表面形成，部分203E2的直徑大于部分203Ei的直徑而 小于部分203E3的直徑。相應(yīng)地，輪箍23的下游邊231的徑向內(nèi)表面231A分為直徑遞增的三個(gè)部分231~、 23IA2 和 23IA3。表面203E和231A在它們之間形成泄漏流可流經(jīng)過的彎曲通道，如圖4的箭頭E2 所示。如前所述，將水輪機(jī)1在環(huán)帶23處的運(yùn)行間隙J’確定為表面203E和表面231A之 間的最小距離。在間隙J’應(yīng)最大的形態(tài)中，特別是在如上關(guān)于裝置100所考慮的過渡狀態(tài)的情況 下，在室C2中的水壓保持在較小或?yàn)榱愕闹礟1的范圍內(nèi)，間隙J’保持在對(duì)應(yīng)于圖4形態(tài)的 最大值J’通過未示出的部件給室C2供應(yīng)加壓水，所述部件完全類似于用以供給室C1的部件 并包括通過支管505與室C2連接的管道504。管道504可以與泵303連接，或者與另一加 壓水源連接。該管道的供水是受控的，例如通過與電磁閥306類似的電磁閥加以控制，如果 選擇同時(shí)改變室C1和C2中的壓力甚至通過該相同的電磁閥306進(jìn)行控制。
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在穩(wěn)定的水輪機(jī)1使用狀態(tài)，間隙J’可以減小到圖5所示的值J’2。為此，將室C2 中的水壓被帶到大于值？的值p2。其作用是使表面203E靠近表面231A，這樣限制了流E2 從空間V2向空間V’ 2的通過截面。在圖5中，箭頭F2表示朝軸線X2方向?qū)Νh(huán)203的徑向 壓縮力，所述徑向壓縮力由于室C2中的水壓P2所導(dǎo)致，并施加在環(huán)203的徑向外表面203D 上。圖1-5所示的水輪機(jī)是裝置100和200的就位已被優(yōu)化的高水頭水輪機(jī)。本發(fā)明還可應(yīng)用于第二實(shí)施方式的如圖6-10所示的低水頭水輪機(jī)，其中與第一 實(shí)施方式的相類似的零件帶有相同的參考數(shù)字。在該實(shí)施方式中，泄漏限制裝置100安裝在屬于設(shè)備I的固定結(jié)構(gòu)9的板件91上， 以便與輪2的頂板22的徑向外邊緣222形成運(yùn)行間隙。裝置100包括通過螺釘102固定 在部分91上的板件101。另外，板件91中在邊緣222的附近設(shè)有一槽座，用于接受可彈性 變形的環(huán)103，該環(huán)的上和下邊緣分別設(shè)有接合在為此專設(shè)的槽103A和103B中的密封墊 104A 和 104B。密封墊106保證板件101與部分91之間組裝的密封性。多個(gè)銷子能使環(huán)103相對(duì)于部分91不能圍繞輪的旋轉(zhuǎn)軸線X2轉(zhuǎn)動(dòng)，圖7和8中 只能看到多個(gè)銷子中的一個(gè)并且該銷子帶有參考數(shù)字105。環(huán)103具有徑向外表面103E，徑向外表面103E與邊緣222的徑向外表面222A相 面對(duì)布置，形成允許輪2相對(duì)固定部分81轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)行間隙J。不期望的流E1在表面 103E和222A形成的環(huán)形空間中，從在頂板22附近、輪2入口處的強(qiáng)制流E循流到的空間V1 朝空間V’工流動(dòng)，空間V’工設(shè)于頂板22與部分91之間、在輪2之上。容積可變的室C1在零件91和環(huán)103的徑向外表面103D之間形成。該室通過至少 一支管305與和第一實(shí)施方式所提及的供應(yīng)部件相類似的供應(yīng)部件連接，所述供應(yīng)部件包 括管子301，從設(shè)在設(shè)備的箱體3的供應(yīng)管道上的支管供給管子301。管子301相繼供給過 濾器302、泵303和儲(chǔ)存器-蓄集器308。該儲(chǔ)存器-蓄集器308通過管子309與環(huán)形的管 道304連接，一個(gè)或多個(gè)支管305從管道304延伸。受電子裝置307操縱的電磁閥306控 制第二水流Es從儲(chǔ)存器-蓄集器308流向管道304。因此可以控制室C1中存在的水壓。在過渡狀態(tài)期間，室C1中的水SP1的值較低、甚至為零，以致環(huán)103在其彈性作用 下處于圖7所示的位置，間隙J在該位置具有較大的第一值Λ。在穩(wěn)定的工作狀態(tài)，附加的水量被帶引到室C1中，其作用是將該室中的壓力帶到 大于值P1的值p2。這樣的作用是使環(huán)203向軸線X2和表面222A的方向徑向地變形，則環(huán) 203處于圖8的形態(tài)，在該形態(tài)中所述間隙J的值J2小于圖7形態(tài)的間隙值。這樣可以限 制不期望的流E1朝空間V’工方向的通過截面。不期望的流趨向于在輪箍23附近、在輪2入口的強(qiáng)制流循流到的空間V2與空間 V’ 2之間流動(dòng)，空間V’ 2設(shè)在輪箍周圍、在該輪箍與固定柱體93之間。裝置200位于環(huán)帶23的上游邊232附近，以便限制流E2。裝置200包括由兩個(gè)部 分20IA和20IB形成的殼體201，兩個(gè)部分20IA和20IB固定在屬于設(shè)備I的固定結(jié)構(gòu)9的 板件92上?？勺冃蔚沫h(huán)203安裝在殼體201中，并在它的上邊緣處帶有安裝在槽203A中 的0形密封墊204A。另外，0形密封墊204B安裝在本體201的下部分201B中、在槽201K 內(nèi)。
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可穿過支管505給可變?nèi)莘e的室C2提供加壓水，從而環(huán)203根據(jù)室C2中分別存在 的壓力值P1或P2處于圖9和10分別所示的形態(tài)中的一個(gè)或另一個(gè)。室C2與和管道304類似的環(huán)形管道504連接。因此，在環(huán)203的徑向內(nèi)表面203E與邊緣232的徑向外表面232A之間的間隙J，， 可以取圖9和10分別所示的值J’工和J’ 2中的一個(gè)。其中間隙J’最小的圖10形態(tài)是為 設(shè)備I的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)而選用的，而圖9的形態(tài)優(yōu)選用于瞬時(shí)狀態(tài)和速度變化階段、尤其是 啟動(dòng)或超速階段。因此，不期望的流E2在設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)最小化。在圖11部分地表示的本發(fā)明第三實(shí)施方式中，與第一實(shí)施方式的零件類似的零 件帶有相同的參考數(shù)字。在水泄漏限制裝置100中，多個(gè)區(qū)段103分布在Francis水輪機(jī)的輪的頂板22 的外周邊222周圍。每個(gè)區(qū)段103配有密封墊104A或104B位于其中的上槽103A和下槽 103B。區(qū)段103沿相對(duì)輪2的旋轉(zhuǎn)軸線X2的徑向方向相互覆蓋。更確切的說，每個(gè)環(huán)103 包括形成凹槽103N的部分103M，相鄰區(qū)段的對(duì)應(yīng)部分103P可接合到凹槽103N中。因此兩 個(gè)相鄰區(qū)段103的部分103M和103P互相覆蓋。該覆蓋這樣進(jìn)行在一區(qū)段103的一部分103M的基本徑向的端部表面103Q與另 一區(qū)段103的相鄰部分103S的相面對(duì)表面103R之間設(shè)置側(cè)向間距Ep同樣地，在分別由 一區(qū)段103的一部分103P和另一區(qū)段103的相面對(duì)部分103X所形成的兩個(gè)徑向表面103T 和103V之間設(shè)置側(cè)向間距E，L。區(qū)段103位于殼體101中，密封墊104A和104B承靠著殼體101，并且殼體包括后 隔板101L，后隔板IOlL與區(qū)段103的徑向外表面103D并沿相對(duì)軸線X2的徑向方向限定出 容積可變的室C1。如前所述，可以通過一個(gè)或多個(gè)支管305控制進(jìn)入室C1的水量的壓力，以便操縱 區(qū)段103按圖11和12的箭頭F1所示的徑向方向移動(dòng)。這樣可以控制在不同區(qū)段103的 徑向內(nèi)表面103E與邊緣22的徑向外表面222A之間的徑向間隙J的值。當(dāng)這些區(qū)段103朝軸線X2的方向移動(dòng)時(shí)，側(cè)向間距&和允許區(qū)段103相對(duì)靠 近。密封墊107平行于軸線X2布置，并保證室C1與縫隙之間的密封性，該縫隙存在于 區(qū)段103的表面103T和表面103V之間。和第一實(shí)施方式中一樣，殼體101設(shè)有限制區(qū)段103朝軸線X2方向運(yùn)動(dòng)的壁IOlC 和 IOlD0在圖13所示的本發(fā)明第四實(shí)施方式中，與圖11和12的實(shí)施方式中一樣，在泄漏 限制裝置100中使用多個(gè)區(qū)段103，這些區(qū)段互相部分覆蓋并配有密封墊104A(或類似零 件)和107。該實(shí)施方式與前一實(shí)施方式的不同在于，對(duì)區(qū)段103的徑向定位的控制，不是通 過作用于徑向地位于這些區(qū)段103外部的室內(nèi)的壓力進(jìn)行，而是使用可以被液力或氣動(dòng)操 縱的雙作用作動(dòng)器400來進(jìn)行。作為變型，使用的作動(dòng)器為單作用作動(dòng)器，在這種情況下，依靠區(qū)段103與邊緣 222之間的流壓，以把這些區(qū)段推向間隙J增加的分離形態(tài)。
在圖14的實(shí)施方式中，在泄漏限制裝置100中使用不同的區(qū)段103。這些區(qū)段和 圖11-13的實(shí)施方式中一樣互相覆蓋。在該實(shí)施方式中，一些彈簧500分布在區(qū)段103周 圍，并且可以在這些區(qū)段103上施加朝向軸線X2的彈性力F5，這樣可以賦予間隙J 一預(yù)先 確定的值，該間隙J在區(qū)段103的徑向內(nèi)表面103E和水輪機(jī)的輪的頂板的邊緣222的徑向 外表面222A之間。在輪2失衡的情況下，輪2可能碰撞其中一區(qū)段103，則該區(qū)段103可能被朝其承 受的力F5的相反方向推動(dòng)，而水輪機(jī)的頂板沒有明顯的破壞。實(shí)際上，在圖1-13實(shí)施方式 的機(jī)械中也存在這種減緩碰撞的傾向，因?yàn)樵谂鲎驳那闆r下，室C1允許環(huán)103、203和區(qū)段 103朝外徑向移動(dòng)。這些室與儲(chǔ)存器_蓄集器308和類似部件連接，這樣可以在一環(huán)或一區(qū) 段在碰撞作用下徑向離心移動(dòng)的情況下排出一部分的控制液。根據(jù)圖15所示的變型，在泄漏限制裝置100中可用位于區(qū)段103周圍的唯一一個(gè) 彈簧600代替這些彈簧500，該彈簧600也施加朝向輪2的旋轉(zhuǎn)軸線X2并分布在不同區(qū)段 103上的彈性力F50在圖14和15的實(shí)施方式中，每個(gè)區(qū)段103可以按徑向方向F1朝軸線X2的方向滑 動(dòng)，并且力F5趨于把這些區(qū)段帶到間隙J是最小的形態(tài)中。已經(jīng)對(duì)本發(fā)明在其應(yīng)用于Franc i s水輪機(jī)中時(shí)進(jìn)行了描述。但是本發(fā)明也適用于 其他類型的渦輪機(jī)、泵和渦輪泵。以上所述和提到的實(shí)施方式的技術(shù)特征可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)相互間進(jìn)行組合。第三、第四、第五和第六實(shí)施方式中考慮的區(qū)段103位置的不同控制方式可以互 相組合。特別是可以在圖11-13的實(shí)施方式中設(shè)置彈簧。在第一、第二和第三實(shí)施方式中，可使用來自管道4的除水以外的流體來控制機(jī) 構(gòu)103或203的位置。特別是可使用加壓油或加壓空氣。
權(quán)利要求
液力機(jī)械，其包括圍繞固定軸線(X2)和相對(duì)固定結(jié)構(gòu)(9)轉(zhuǎn)動(dòng)活動(dòng)的輪(2)，所述輪用于被強(qiáng)制水流(E)穿過，而用于限制水泄漏(E1、E2)的至少一泄漏限制裝置(100、200)布置在所述輪和所述固定結(jié)構(gòu)之間，所述泄漏限制裝置在所述輪與所述固定結(jié)構(gòu)之間形成有運(yùn)行間隙(J、J’)，其特征在于，所述泄漏限制裝置包括至少一可變形的和/或活動(dòng)的機(jī)構(gòu)(103、203)，當(dāng)所述輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所述機(jī)構(gòu)相對(duì)旋轉(zhuǎn)軸線(X2)按徑向方向(F1)變形/或活動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的液力機(jī)械，其特征在于，所述泄漏限制裝置包括可變形的機(jī)構(gòu) (103、203)，在控制流體所施加的壓力(PpP2)的作用下，該可變形的機(jī)構(gòu)在對(duì)應(yīng)于所述運(yùn) 行間隙的第一值CL、J’ )的第一形態(tài)和對(duì)應(yīng)于所述運(yùn)行間隙的第二值(J2、J’ 2)的第二形 態(tài)之間變形。
3.如權(quán)利要求2所述的液力機(jī)械，其特征在于，所述可變形的機(jī)構(gòu)(103、203)適于通過 徑向收縮而變形，以從它的第一形態(tài)過渡到它的第二形態(tài)。
4.如權(quán)利要求1所述的液力機(jī)械，其特征在于，所述泄漏限制裝置包括多個(gè)活動(dòng)的機(jī) 構(gòu)(103)，所述多個(gè)活動(dòng)的機(jī)構(gòu)在對(duì)應(yīng)于所述運(yùn)行間隙(J)的第一值的第一形態(tài)和對(duì)應(yīng)于 所述運(yùn)行間隙的第二值的第二形態(tài)之間、相對(duì)所述輪的旋轉(zhuǎn)軸線徑向地(F1)活動(dòng)。
5.如權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的液力機(jī)械，其特征在于，所述機(jī)構(gòu)安裝在所述固 定結(jié)構(gòu)(9)上，所述機(jī)構(gòu)的徑向內(nèi)表面(103E、203E)朝向所述輪的徑向外表面(221A、222A、 231A、232A)；并且，所述運(yùn)行間隙(J、J’ )形成在這些徑向內(nèi)表面和徑向外表面之間。
6.如權(quán)利要求2至5中任一項(xiàng)所述的液力機(jī)械，其特征在于，該液力機(jī)械包括在所述第 一形態(tài)和第二形態(tài)的每一個(gè)中使所述機(jī)構(gòu)(103)相對(duì)所述輪的旋轉(zhuǎn)軸線(X2)對(duì)中的部件 (101G-101JU03G-103J)。
7.如權(quán)利要求2至6中任一項(xiàng)所述的液力機(jī)械，其特征在于，所述機(jī)構(gòu)(103、203)與所 述固定結(jié)構(gòu)的一部分(91、101)限定出容積可變的室(Cp C2),所述容積可變的室的容積根 據(jù)所述機(jī)構(gòu)所處的形態(tài)變化，給所述容積可變的室提供加壓控制流體。
8.如權(quán)利要求7所述的液力機(jī)械，其特征在于，該液力機(jī)械包括控制給所述容積可變 的室(CpC2)提供所述加壓控制流體的部件(306、307、308)。
9.如權(quán)利要求4所述的液力機(jī)械，其特征在于，該液力機(jī)械包括控制所述活動(dòng)的機(jī)構(gòu) 在兩種形態(tài)之間移動(dòng)的作動(dòng)器(400)。
10.如權(quán)利要求4所述的液力機(jī)械，其特征在于，該液力機(jī)械包括至少一在所述活動(dòng)的 機(jī)構(gòu)(103)上施加向所述兩種形態(tài)之一回復(fù)的彈性回位力(F5)的部件(500、600)。
11.如權(quán)利要求2至10中任一項(xiàng)所述的液力機(jī)械，其特征在于，該液力機(jī)械包括使所述 機(jī)構(gòu)(103、203)不圍繞所述輪(2)的旋轉(zhuǎn)軸線(X2)轉(zhuǎn)動(dòng)的部件(105、205)。
12.如權(quán)利要求2至7和11中任一項(xiàng)所述的液力機(jī)械，其特征在于，所述控制流體為在 給所述輪⑵供水用以形成所述強(qiáng)制流(E)的管道(4)上提取的水。
13.將液能轉(zhuǎn)換為電能或進(jìn)行相反轉(zhuǎn)換的設(shè)備(I)，該設(shè)備包括如上述權(quán)利要求中任 一項(xiàng)所述的液力機(jī)械(1)。
14.調(diào)節(jié)具有可調(diào)間隙的泄漏限制裝置(100、200)的運(yùn)行間隙(J、J’)的方法，所述 泄漏限制裝置(100、200)屬于如權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的液力機(jī)械(1)，其特征在 于，在輪(2)圍繞其軸線(X2)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，這樣來進(jìn)行調(diào)節(jié)在包括至少過渡狀態(tài)的某些輪轉(zhuǎn)動(dòng) 階段，采用所述運(yùn)行間隙的第一值CL、J’ )；而在包括至少一穩(wěn)定狀態(tài)的某些其它的輪轉(zhuǎn)動(dòng)階段，采用所述運(yùn)行間隙的第二值(J2、J’ 2)。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，通過控制輸送給所述泄漏限制裝置(100、 200)的控制流體(Es)的壓力和/或數(shù)量，采用所述運(yùn)行間隙的所述值(J”J，”J2、J，2)之
全文摘要
液力機(jī)械包括可圍繞固定軸線相對(duì)于固定結(jié)構(gòu)(9)轉(zhuǎn)動(dòng)活動(dòng)的輪(2)，強(qiáng)制水流穿過輪(2)。至少一限制水泄漏的裝置(100)位于輪(2)和固定結(jié)構(gòu)(9)之間，該裝置在輪與固定結(jié)構(gòu)之間形成有運(yùn)行間隙(J)。該泄漏限制裝置(100)包括至少一可變形和/或活動(dòng)的機(jī)構(gòu)(103)，輪(2)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，該機(jī)構(gòu)相對(duì)輪的旋轉(zhuǎn)軸線沿徑向方向(F1)變形/或活動(dòng)。
文檔編號(hào)F03B13/00GK101910619SQ200880123311
公開日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2008年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者J-F·貝爾泰亞, Y·布韋 申請(qǐng)人:阿爾斯通水電設(shè)備法國公司