專利名稱：螺旋進(jìn)水導(dǎo)管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水電系統(tǒng)，諸如水力發(fā)電廠，抽水蓄能系統(tǒng)的泵廠等等，它也涉及其它的水泵系統(tǒng)。
在水電廠里，水從諸如水庫或河道分流系統(tǒng)的貯水區(qū)中通過進(jìn)水口流入進(jìn)水導(dǎo)管，進(jìn)水口前用擋網(wǎng)阻止外部物質(zhì)的進(jìn)入。進(jìn)水導(dǎo)管在壓力下將水導(dǎo)入渦輪機(jī)，并在水流驅(qū)動下渦輪機(jī)發(fā)電。然后水通過尾水渠流出水電廠。
大家熟知的常用的渦輪機(jī)的型式有Francis,Kaplan,Pelton和Bulb或貫流型渦輪機(jī)。Francis或Kaplan型的主軸通常都是垂直安裝的，還有一個螺旋狀殼體，用以接收水平進(jìn)入水流，并將水徑向地向內(nèi)導(dǎo)入旋轉(zhuǎn)的葉輪葉片中，水給予葉片驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，并以垂直向下的流動方向排出。水流入尾水渠，其通常還包括稱之為尾水管的擴(kuò)張通道。由于尾水管在下游方向擴(kuò)張，從葉輪葉片出來在出口處的水壓就減小到低于大氣壓，這樣就很有效地吸入水流通過渦輪機(jī)。在尾水管處壓頭又得以恢復(fù)，從而改進(jìn)了能量效率。
具有足夠長度的直的圓錐狀的尾水管需要占有較大的空間，以及通常也需要費用很高的土方工程。因此通常就將尾水管做成彎肘形，在渦輪機(jī)下方具有垂直部分，并在下游處具有向上傾斜部分。
為了節(jié)省空間，渦輪機(jī)下游采用彎肘形尾水管也帶來了一些不利因素。在曲面內(nèi)部的水壓減小，導(dǎo)致水流與曲面內(nèi)壁分開，導(dǎo)致由渦旋紊流引起能量損失。水流分離也會造成內(nèi)壁的氣蝕，并損壞水管，降低它的有效的工作壽命。
通常都是采用一組渦輪機(jī)并置于所謂的渦輪機(jī)房。由于水在重力作用下流動，必須將渦輪機(jī)房的高度低于貯水區(qū)，或在地下或低于壩的水面。如果渦輪機(jī)房位置相對地靠近貯水區(qū)，進(jìn)水導(dǎo)管就可以垂直延伸或具有相當(dāng)?shù)南蛳滦倍?。在進(jìn)水導(dǎo)管的下端就需要陡削的肘形曲面來改變水流方向使之為渦輪機(jī)所適用的水平方向。而采用這樣一種曲面就會帶來一些不利因素。
首先，正如在上面尾水管中所介紹的，在曲面內(nèi)側(cè)的水壓會減小，導(dǎo)致水流分離，并由渦旋紊流引起能量損失。此外還有氣蝕問題。如果增加曲率半徑會使這些影響減小，但這又引起了渦輪機(jī)房要遠(yuǎn)離貯水區(qū)以及增加了進(jìn)水導(dǎo)管的總的長度，這又導(dǎo)致由于管內(nèi)摩擦而形成的能量損失。
此外，通過進(jìn)水導(dǎo)管曲面下游端的水流流速分布圖也變得扭曲了，在靠近曲面外壁上的水流流速增大了。大家知道如果流速分布是“鈍化”的，或盡可能地均勻的話，水電渦輪機(jī)功能就越好，而排出曲面管口扭曲的水流流速分布會導(dǎo)致渦輪機(jī)不能有效地發(fā)電。要使水流從它的扭曲的流速分布中“復(fù)元”過來，通常需要在進(jìn)水導(dǎo)管的末端與渦輪機(jī)之間提供一根有一定長度的直管，通常稱之為隔離管，但這又增加了渦輪機(jī)上游總的管子的長度，又帶來了潛在的摩擦能量損失。
本發(fā)明第一方面提供的水力發(fā)電廠包括渦輪機(jī)，渦輪機(jī)上游的進(jìn)水導(dǎo)管，以及渦輪機(jī)下游的尾水渠，其中進(jìn)水導(dǎo)管與/或尾水渠包括三維曲面的管狀部分。
本發(fā)明還提供了用于或部分用于水力發(fā)電廠進(jìn)水導(dǎo)管或尾水渠的管狀部分，其中管狀部分是三維曲面。
本發(fā)明還提供了設(shè)計水力發(fā)電廠的方法，其中包括設(shè)計用于渦輪機(jī)上游的進(jìn)水導(dǎo)管與/或用于渦輪機(jī)下游的尾水渠，采用的進(jìn)水導(dǎo)管與/或尾水渠都具有三維曲面的管狀部分。
本發(fā)明還提供了建造水力發(fā)電廠的方法，其中包括安裝渦輪機(jī)上游進(jìn)水導(dǎo)管和渦輪機(jī)下游尾水渠，其中進(jìn)水導(dǎo)管與/或尾水渠具有三維曲面的管狀部分。
由于管狀部分是三維曲面，這又導(dǎo)致渦流的研究開發(fā)。
在這樣一些情況下可以看到，在管狀部分橫斷面上軸向水流流速分布已變得更為均勻或更為“鈍化”。在曲面外側(cè)的水流流速小于在二維曲面管中類似的水流流速，而在內(nèi)側(cè)的水流流速則變大。這樣環(huán)繞管狀部分近壁的水流流速分布對于非平面幾何形的沿周分布就比平面幾何的更為均勻。這種水流在進(jìn)水導(dǎo)管與尾水渠情況中具有一些優(yōu)點。
由于水流流速分布更為均勻，就減小了在曲面內(nèi)壁發(fā)生的水流分離的趨勢。這就可以減小由于渦旋紊流引起的能量損失。如果進(jìn)水導(dǎo)管包含有三維曲面的管狀部分就可以減小在其中的壓頭損失，如果尾水渠包含有這樣的管狀部分就可以在其中有更大的復(fù)元壓頭。這樣，如果進(jìn)水導(dǎo)管及尾水渠兩者都能提供三維曲面的管狀部分就能夠?qū)е赂行У匕l(fā)電和更大的經(jīng)濟(jì)效益。最好進(jìn)水導(dǎo)管與尾水渠都含有這樣一種管狀部分，以取得最大的效果。
減小水流分離的趨勢的進(jìn)一步效果是減小類似的氣蝕損害。這對進(jìn)水導(dǎo)管和尾水渠都會有影響的。
此外，由于鈍化的流速分布，在管狀部分中流動的流體還起到了柱塞方式的作用。還可以去除諸如泥沙與淤泥一類的碎渣，而這些在低速水流時會沉積在管壁上(例如在低的電力負(fù)荷期間)。這種“柱塞流”意味著在某種程度上管狀部分具有自清潔能力，這又是一個優(yōu)點。
鈍化的流速分布減小了由于泥沙或淤泥對曲面外側(cè)的磨損，而它會使在該區(qū)域中水流流速會減小。
鈍化的流速分布減小了管狀部分的壁應(yīng)力，這是由于避免了加在環(huán)或箍上張力而引起的彎曲應(yīng)力。
上述這些效果對于進(jìn)水導(dǎo)管與尾水渠都是適用的。
特別是對于進(jìn)水導(dǎo)管，可以使渦輪機(jī)越靠近貯水區(qū)，而不用陡削的平面彎肘曲面，這也就不會帶來相應(yīng)的能量損失。通過將渦輪機(jī)靠近貯水區(qū)，可以減小進(jìn)水導(dǎo)管的長度，因為在進(jìn)水導(dǎo)管中水是以高速流動，雖然增加了尾水渠長度的投入，但在尾水渠中水是以低速流動，還是帶來了整體的能量效果。
再說進(jìn)水導(dǎo)管，如果流速分布是鈍形的，就很少需要采用一根渦輪機(jī)上游的直管，而在這根管子中水流可能從扭曲的流速分布“復(fù)元”。如果采用一根較短的直管又可以使進(jìn)水導(dǎo)管靠近渦輪機(jī)，縮短了整個渦輪機(jī)上游的管子長度，也能得到能量的節(jié)省。
進(jìn)水導(dǎo)管可以具有直管部分與所述的管狀部分，管狀部分位于進(jìn)水導(dǎo)管的直管部分與渦輪機(jī)之間，這樣進(jìn)水導(dǎo)管可以具有垂直的或陡削傾斜的直落柱管，和加在它的下游三維曲面的管狀部分。在管狀部分與渦輪機(jī)之間也可以再用一根直的隔離管，但從管狀部分產(chǎn)生的鈍形流速分布角度來看這根管子似乎不是必需的。
進(jìn)水導(dǎo)管的直管與管狀部分的相鄰端部軸向必須基本對準(zhǔn)。另一種方案是管狀部分可以從直管部分橫向上分支。這時，直管部分要比管狀部分具有更大的直徑，在這種狀態(tài)下，在直管部分中的水流是層流，而在管狀部分中的水流則是紊流。這種安排適宜于小容量的水電系統(tǒng)。從直管部分分支的管狀部分可以不只一個，每個管狀部分都供給各自的渦輪機(jī)。
具有直管部分的進(jìn)水導(dǎo)管在直管部分的上游端可以具有管狀部分。這樣在上游端可以避免二維曲面。上游管狀部分的入口可以是喇叭口。另一種方案是把壩壁與直管部分基本垂直，可以省去在直管部分上游端的彎曲，并在直管部分的入口處最好安裝喇叭口。
一種替代含有直管部分進(jìn)水導(dǎo)管的方案是，基本上整個進(jìn)水導(dǎo)管全部由管狀部分來形成。這樣在水庫處就安裝管狀部分的入口，例如可安裝喇叭口。
最好，每一個這樣的管狀部分形成部分的螺旋體。如果旋轉(zhuǎn)角度不是360°或它的倍數(shù)時，那末管狀部分的入口的中心線就可能與管狀部分的出口的中心線位于不同的平面上。這與常用的二維曲面管的入口與出口的中心線的情況相反，它們是位于同一平面上。
如果尾水渠包括三維曲面的管狀部分，由于減小了水流分離的趨勢，還可以進(jìn)一步得到能量的節(jié)省。如果在下游方向再增加尾水渠管狀部分的截面積，還可以再進(jìn)一步減小水流分離。
在一些優(yōu)選的實施例中，管狀部分在橫向方向上的曲率方向(也就是從平面角度看)與渦輪機(jī)入口部分的曲率方向相同。這種安排都可以用于進(jìn)水導(dǎo)管與/或尾水渠上。
在小容量水電系統(tǒng)中，形成或部分形成進(jìn)水導(dǎo)管的管狀部分的直徑可以小于0.5米。對于大容量系統(tǒng)來說，直徑可以大于0.5米或1米或2米或3米或4米或5米或6米或7米。在現(xiàn)在采用的一個優(yōu)選實施例中，直徑是8米，當(dāng)然直徑大于8米也是可以的。
渦輪機(jī)可以是可逆泵渦輪機(jī)。這種安排適宜于抽水蓄能系統(tǒng)中。上面討論的由三維曲面管狀部分提供的能量節(jié)省也適用于當(dāng)水泵應(yīng)用時。如果在泵的入口或泵的出口安裝有這種管狀部分就可以增加能量節(jié)省，如果在入口與出口同時安裝管狀部分就可以達(dá)到予期的最大節(jié)省。
在一些抽水蓄能系統(tǒng)中，水可以沿一條路徑，經(jīng)過渦輪機(jī)發(fā)電，將能量儲存起來時也可以經(jīng)過另一條單獨路徑，經(jīng)過水泵。在這些情形下，如果在泵的入口或出口裝有三維曲面的管狀部分，經(jīng)過泵的路徑也能得到能量節(jié)省的效果。這樣，從本發(fā)明第二方面，本發(fā)明提供了抽水蓄能系統(tǒng)的泵廠，它包括水泵以及它的入口與出口，其中泵的入口與/或出口包括三維曲面的管狀部分。
本發(fā)明不僅對抽水蓄能系統(tǒng)而且對水泵系統(tǒng)也有價值。
在普通水泵系統(tǒng)中，水泵布放在吸入管與排放管之間。流體從吸入管吸入并通過排放管排出。吸入管與排放管通過輔助管道系統(tǒng)與水泵連接。有時需要彼此靠得很近，管道系統(tǒng)經(jīng)常是以一個或幾個90°的彎曲或彎肘的形式。大家知道這種彎肘的采用引起管子中的壓頭損失，部分是由于水流方向突然改變所造成，部分是由于在曲面內(nèi)側(cè)水流分離所形成。另外，水流分離還會在曲面內(nèi)壁形成氣蝕。氣蝕也可能發(fā)生在曲面外側(cè)，此處快速水流產(chǎn)生低壓，這就能混亂了通過系統(tǒng)的水流并損壞水管。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，還提供了包括水泵及其入口與出口的水泵系統(tǒng)，其中入口與/或出口包括三維曲面的管狀部分。
由于管狀部分是三維曲面，導(dǎo)致產(chǎn)生渦流。
正如在本發(fā)明第一方面中所介紹的，在這些情況下，通過管狀部分?jǐn)嗝娴乃髁魉俜植紝⒆兊酶鶆蚧颉案g化”，使得在曲面外側(cè)的水流流速比在二維曲面管的類似水流時為小，而在內(nèi)側(cè)的流速則會更大。這樣圍繞管狀部分的近壁流速分布由于它的非平面幾何形狀比平面幾何形狀沿周分布更為均勻。這種水流在水泵系統(tǒng)中也具有一些優(yōu)點。
由于水流流速分布更為均勻，就有可以減小在曲面內(nèi)壁發(fā)生水流分離的趨勢。這導(dǎo)致由于渦旋紊流引起的能量損失的減小。如果在入口含有三維曲面的管狀部分，就可以在其中減小壓力損失，如果在出口含有這樣一種管狀部分，那末會在其中減小壓力損失。這樣，如果在入口或出口安裝有三維曲面的管狀部分就能夠取得水泵的更充分的使用與經(jīng)濟(jì)效益。如果入口與出口包括這種管狀部分，那就能得到最大的效益。
再由于減小水流分離的趨勢，還可以采用減小半徑的曲面，這樣又達(dá)到了節(jié)省空間。
減小水流分離趨勢的再一個效果是減小類似的氣蝕的損害。這對于入口與出口都是適用的。
最好，每一個管狀部分都作成部分的螺旋體。旋轉(zhuǎn)角度通常小于360°，這時管狀部分的入口中心線與管狀部分的出口中心線將位于不同平面上，這與常用的二維曲面管的入口與出口中心線的情況不同，后者是位于同一平面上。螺旋形式可以是恒定半徑或變化半徑。
本發(fā)明的優(yōu)選實施例將僅藉助于實例并參照附圖來加以介紹，圖中

圖1是應(yīng)用本發(fā)明的實施例的水力發(fā)電廠的部分示意剖面圖2是比例放大后，圖1進(jìn)水導(dǎo)管端的曲面管子的示意正視圖；圖3是與圖2相同比例，沿圖1的Ⅲ-Ⅲ線的視圖；圖4是沿圖5的Ⅳ-Ⅳ線，采用根據(jù)本發(fā)明的管道系統(tǒng)的水壩的剖面圖；圖5是圖4中管道系統(tǒng)的示意平面圖；圖6是圖4管道系統(tǒng)的示意透視圖；圖7是應(yīng)用于水力發(fā)電廠中的本發(fā)明的示意平面圖；圖8是圖7所示管道系統(tǒng)的示意正視圖；圖9是圖7所示管道系統(tǒng)的示意透視圖；圖10是顯示常用進(jìn)水導(dǎo)管設(shè)計的壩的示意剖面圖；圖11是具有根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)水導(dǎo)管的壩的示意剖面圖；圖12是適用于圖11壩的進(jìn)水導(dǎo)管的示意平面圖；圖13是圖12進(jìn)水導(dǎo)管的示意側(cè)視圖；圖14是根據(jù)本發(fā)明的尾水管的示意下平面圖；圖15是圖14尾水管的示意側(cè)視圖；以及圖16是根據(jù)本發(fā)明水泵系統(tǒng)部分剖示的透視圖。
圖1顯示的是水力發(fā)電廠的一部分，它是一種地下渦輪機(jī)房2的型式，由蓄水區(qū)向其供水。渦輪機(jī)房中裝有渦輪機(jī)4與發(fā)電機(jī)6，為了清晰起見每一種各只畫了一臺。進(jìn)水導(dǎo)管8將蓄水區(qū)與渦輪機(jī)房相連通，驅(qū)動渦輪機(jī)的水流入尾水渠10然后排出廠外。
在進(jìn)水導(dǎo)管8的下端是管狀部分12，它是由三維曲面形成的，可以從圖2與3中更清晰地看到。
使用時，當(dāng)水流過管狀部分12時，它沿著渦流路徑流動，如上所述，它形成的水流流速分布不同于由二維曲面進(jìn)水口管道所形成的流速分布。渦流以及形成的流速分布的變化帶來了一些優(yōu)點。具體說，采用三維曲面的管道導(dǎo)致壓頭損失的減小，從而提高了整個水電廠的效益。此外，它可以使渦輪機(jī)房位置靠近蓄水區(qū)，而不需要應(yīng)用二維肘形彎接。這樣進(jìn)水導(dǎo)管豎井可以提高開鉆和向上開挖，而形成的土方瓦礫可以從已開挖的渦輪機(jī)房搬走。
圖4至6說明了作為安置在壩20內(nèi)部的電廠進(jìn)水導(dǎo)管的螺旋體管狀部分22的應(yīng)用。管狀部件22通過閥32與渦輪機(jī)34連接，尾水渠36把水引出渦輪機(jī)，并向壩20的下游排放。
本發(fā)明優(yōu)選實施例的管狀部分22在圖中用實線繪示，而常用的具有二維曲面的進(jìn)水導(dǎo)管24則在圖4與5中用虛線繪示。出于清晰目的，在圖4中的常用進(jìn)水導(dǎo)管24的入口比本發(fā)明實施例的管狀部分22的入口略高一些，但是實際上兩者的入口可處于同樣高度。
傳統(tǒng)進(jìn)水導(dǎo)管24包括短的水平段26，垂直段28以及長的水平段30，后者通過閥32與渦輪機(jī)34連接。如上所述，水平段30的長度應(yīng)足以使水流從它的扭曲流速分布中“復(fù)元”過來。這樣，就必須使進(jìn)水導(dǎo)管與渦輪機(jī)房有一定距離，這就限制了水電廠選址的范圍。各段26，28與30通過稱為“彎肘”的二維90°的曲面相連接，而這些彎肘帶來了壓頭損失。渦輪機(jī)產(chǎn)生的電能依賴于所施加于其上的壓頭，任何壓頭的損失也就減小了發(fā)出的電力，由此也減小了整個水電廠的效益。
本發(fā)明的優(yōu)選實施例的管狀部分22是由單個三維曲面形成的。在管狀部分中沒有陡削曲面，而這就有助于減小壓頭損失。這應(yīng)該充分認(rèn)識到，在整個水電廠運行期間，即使很小一點壓頭損失的減小也會帶來發(fā)電量的很大的提高。
此外，正如上面所介紹的，在管狀部分22中水沿渦流路徑流動并具有鈍的流速分布，它就可以排除需用一根長的直管段來使水流“復(fù)元”。這就使布置進(jìn)水導(dǎo)管與渦輪機(jī)帶來更大的自由度。
如圖6所示，尾水渠36也可以用三維曲面的管狀部分38來形成。這也會帶來進(jìn)一步能量節(jié)省與其它一些優(yōu)點。此外，如果渦輪機(jī)是雙向可逆的，當(dāng)反向運行時可以作為水泵的功能來使用(例如用于抽水蓄能系統(tǒng)中)，于是由三維曲面形成的尾水渠具有優(yōu)越性，使得進(jìn)入渦輪機(jī)的水流(現(xiàn)在用作水泵)具有鈍的流速分布，并具有如上所述的各個優(yōu)點。
進(jìn)一步的更適宜小容量安裝的實施例示于圖7至9。在該情況中，為了供水可以用豎井50，同時三維曲面的進(jìn)水導(dǎo)管的兩個管狀部分52,54從豎井管底部通向兩個渦輪機(jī)56,58。每個渦輪機(jī)都具有尾水渠，且每一個尾水管也都是由三維曲面形成。
圖10是常用壩與進(jìn)水導(dǎo)管的設(shè)計。裝有渦輪機(jī)4(圖中只畫了一臺)的渦輪機(jī)房2位于壩20的后方位置處。進(jìn)水導(dǎo)管8將在壩20前方的水庫1與渦輪機(jī)4連接，具有兩個二維彎肘60與61的進(jìn)水導(dǎo)管使水在上游端沿水平方向流入進(jìn)水導(dǎo)管，并在下游端沿水平方向流入渦輪機(jī)。渦輪機(jī)下游尾水渠包括尾水管62與水平尾水渠通道63。在壩的上方還設(shè)有溢洪道64以排放洪水。
圖11顯示了如何用具有三維曲面管狀部分的進(jìn)水導(dǎo)管8來修改圖10的布置。注意到渦輪機(jī)房2更靠近于壩20的前方，這就使得進(jìn)水導(dǎo)管8的總長度短于圖10的情況，從而帶來了相應(yīng)的管子摩擦損失的減小。雖然尾水渠63的長度相應(yīng)地增加了，但是水在尾水渠中的流速比在進(jìn)水導(dǎo)管中為低，因此摩擦能量損失也相應(yīng)減小。
如果將圖10中布置加以修改，將渦輪機(jī)房2移到圖11所示的位置，而仍然保留彎肘60與61，彎曲的陡削度將增加相應(yīng)的能量損失。這種能量損失由于例如在低水頭壩的情況下這種彎肘的更接近而更加重。圖11中三維曲面進(jìn)水導(dǎo)管8大大地避免了這種損失且減小或消除了水流分離。
圖11所示的電站向上游位置的另一個效益是在壩的上游端截斷深度的更深的基礎(chǔ)，它改進(jìn)了防止在壩底漏泄的能力，如果如圖示在壩上方設(shè)有溢洪道也可減小在渦輪機(jī)房中的振動與漏泄。
圖12與13顯示了適宜于用于圖11中安裝的進(jìn)水導(dǎo)管。進(jìn)水導(dǎo)管8運行于從在壩壁的喇叭口入口65到渦輪機(jī)4，而它又與發(fā)電機(jī)6相連接。進(jìn)水導(dǎo)管具有螺旋狀結(jié)構(gòu)，為了幫助了解其結(jié)構(gòu)，在平面圖與正視圖上都用了點0′,1′到15′來描述。壩壁用成形的低速入口箱66來形成，喇叭口入口65的布放使其軸線與主壩壁平行。喇叭口入口65在入口箱66的斜壁68處向外張開。如點劃線所示，沿著進(jìn)水導(dǎo)管8的長度在點12′處是喇叭口入口65的又一個交替的位置，其中水流過進(jìn)水導(dǎo)管實際方向的改變從平面看變化了90°，而不是實線所示的450°的變化。應(yīng)用這種交替的布置，在點12′與15′之間進(jìn)水導(dǎo)管部分可以在垂直方向“拉長”而提供更大的垂直落差，而仍具有理想三維曲面。
在入口66處還可以安裝一排擋網(wǎng)或垃圾架以及細(xì)網(wǎng)，用以減小固體顆粒進(jìn)入進(jìn)水導(dǎo)管(圖中未畫)。還可以安裝有主控門與緊急降落門以及/或者輔控門。在進(jìn)水導(dǎo)管的下游端也還可以安裝旋轉(zhuǎn)的或蝶形的閥門67，用以作為在壩壁入口66的輔控門的替代品。如果安裝了輔控門，就可以省去下游閥67，這樣也有利于減小總的進(jìn)水導(dǎo)管長度。
圖14與15顯示了根據(jù)本發(fā)明尾水管62的實施例，它例如適用于圖10布置中應(yīng)用。尾水管62包括具有位于渦輪機(jī)4下游(下側(cè))表面上入口70的三維曲面管狀部分。為了便于理解這種布置，在圖14與15中用了點0″,1″到11″來描繪。尾水管從它的入口70開始沿著下游方向保持它的三維曲面而不斷增大其截面。在點11″的下游尾水管則連續(xù)彎曲以將水流向上帶向尾水渠通道63。
請注意，在圖12與13的進(jìn)水導(dǎo)管中以及在圖14與15的尾水管中，橫向方向上的曲率方向(如在圖12與14平面圖中所示)是與渦輪機(jī)的入口部分中的曲率方向相同。這樣橫向曲率以同樣方式連續(xù)進(jìn)行。
雖然上述介紹是以某個水電廠的規(guī)劃內(nèi)容來進(jìn)行的，三維曲面管狀部分可以用在其它形式的水力發(fā)電廠或其它任何類似情況的進(jìn)水導(dǎo)管與/或尾水管中。
圖16所示的水泵系統(tǒng)包括了水泵，水泵包含了其中在驅(qū)動軸82上安裝有葉輪83的殼體81。吸入管86把水導(dǎo)向殼體，排放管87把水從其中排出。
吸入管86與排放管87通過連接管84與85與水泵殼體81連接。連接管也是管狀部分，且其上形成三維曲面，但它們的入口中心線與出口中心線處于不同平面。
通過采用三維曲面的連接管，水流通過它們時也會如上所述形成渦流，帶來如上所述的優(yōu)點。具體說，沒有方向上的突然變化以及很小的水流分離的機(jī)會，也減小了壓頭損失。
連接管84，85與吸入管與排放管86與87之間的連接是相切的。在三維狀態(tài)下，避免了會造成壓頭損失的水流方向的突然變化，換句話說，它們的中心線在連接處是重合的。
雖然是以某一種特定形式的水泵來介紹水泵系統(tǒng)，但應(yīng)該認(rèn)識到它同樣可以很好地用于其它形式的水泵。
權(quán)利要求
1．水力發(fā)電廠，包括渦輪機(jī)，渦輪機(jī)上游的進(jìn)水導(dǎo)管，以及渦輪機(jī)下游的尾水管，其特征在于，進(jìn)水導(dǎo)管與/或尾水管包括三維曲面管狀部分。
2．由權(quán)利要求1所述的水力發(fā)電廠，其特征在于，進(jìn)水導(dǎo)管具有直管部分和所述的管狀部分，管狀部分安裝在進(jìn)水導(dǎo)管直管部分與渦輪機(jī)之間。
3．由權(quán)利要求2所述的水力發(fā)電廠，其特征在于，直管與管狀部分的相鄰接端部其軸線是對準(zhǔn)的。
4．由權(quán)利要求2所述的水力發(fā)電廠，其特征在于，管狀部分橫向地由直管部分分支。
5．由權(quán)利要求1所述的水力發(fā)電廠，其特征在于，整個進(jìn)水導(dǎo)管由所述管狀部分組成。
6．由以上任何一項權(quán)利要求所述的水力發(fā)電廠，其特征在于，尾水渠包括所述的管狀部分。
7．由權(quán)利要求6所述的水力發(fā)電廠，其特征在于，尾水渠管狀部分其斷面沿下游方向是增大的。
8．由以上任何一項權(quán)利要求所述的水力發(fā)電廠，其特征在于，每一個管狀部分形成部分螺旋體。
9．由以上任何一項權(quán)利要求所述的水力發(fā)電廠，其特征在于，渦輪機(jī)是可逆泵式渦輪機(jī)。
10．在水力發(fā)電廠中用作進(jìn)水導(dǎo)管或尾水渠或用作進(jìn)水導(dǎo)管或尾水渠一部分的管狀部分，其特征在于，管狀部分是三維曲面。
11．由權(quán)利要求10所述的管狀部分，其特征在于，用作或部分作用進(jìn)水導(dǎo)管時，其直徑大于0.5米。
12．設(shè)計水力發(fā)電廠的方法，其特征在于，包括設(shè)計用于渦輪機(jī)上游的進(jìn)水導(dǎo)管與/或用于渦輪機(jī)下游的尾水渠，進(jìn)水導(dǎo)管與/或尾水渠具有三維曲面管狀部分。
13．建造水力發(fā)電廠的方法，其特征在于，包括安裝渦輪機(jī)上游的進(jìn)水導(dǎo)管與渦輪機(jī)下游的尾水渠，其中進(jìn)水導(dǎo)管與/或尾水渠具有三維曲面的管狀部分。
14．抽水蓄能系統(tǒng)的泵廠，包括水泵以及它的入口與出口，其中泵的入口與/或出口包括三維曲面的管狀部分。
15．水泵系統(tǒng)，包括水泵，及其入口與出口，其中入口與/或出口包括三維曲面的管狀部分。
16．由權(quán)利要求15所述的水泵系統(tǒng)，其特征在于，入口與出口兩者都有各自的管狀部分。
17．由權(quán)利要求15或16所述的水泵系統(tǒng)，其特征在于，每一個管狀部分形成部分螺旋體。
全文摘要
水力發(fā)電廠,包括渦輪機(jī)(4),渦輪機(jī)上游的進(jìn)水導(dǎo)管(8)以及渦輪機(jī)下游的尾水渠(10)。進(jìn)水導(dǎo)管(8)與/或尾水渠(10)包括三維曲面的管狀部分。這種管狀部分也可以用作水泵的入口與/或出口。
文檔編號E02B9/06GK1212746SQ97192748
公開日1999年3月31日 申請日期1997年1月31日 優(yōu)先權(quán)日1996年1月31日
發(fā)明者戴維·D·A·皮索德, 科林·G·卡羅 申請人:戴維·D·A·皮索德, 科林·G·卡羅