[发明专利]能量转换用的液力设备以及这种设备的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及将液力能转换成机械能或电能或反之将机械能或电能转换成液力能的液力设备，其具有涡轮机、泵或涡轮泵类型的机械，并且在所述液力转换设备中限定出一强制流动的液力路径。

背景技术

公知的是根据标称工作点设计这种液力设备，标称工作点例如取决于在设备输出端所要达到的落差和功率。实际上，涡轮机的效率及其动力性能大受液力条件的影响，例如受到通过涡轮机所在位置附近的湖泊和河流的水位高和流量的影响，以及受到决定通过涡轮机的水量的开发需要的影响。不过，设备的不同液力导道的设计主要适合于一个工作点，可能不大适合于某些工况，在通过安装一新的涡轮机来修复的设备的情况下，则尤其如此。

公知地，例如WO-A-2006/035119或WO-A-62006/053878提出围绕涡轮机的转动部分安装一柔性体，以便在流动流量大的情况下，增大涡轮机叶片和轮体护套之间的径向距离。这种径向距离的增大形成与涡轮机没有相互作用的流动动区，从而减小设备的效率。公知地，US-A-2005/0069413提出涡轮机的转动轮毂配置一可膨胀的波纹套，其可减小该轮毂周围的流动动区。由于该波纹套呈扁平配置，因此，叶片的基本支承面超出轮毂，以致触及轮毂的流动部分不与叶片的内曲部分相互作用。因此，这降低设备的效率。

此外，在配有一下游流动导道——因其形状与流动方向不一致而有时称为“吸入器”——的设备中，有时发生强制流不完全注满所述导道，从而在某些工况下产生流动相对于导道表面的分离现象。

使用泵和涡轮泵，存在类似的问题。

发明内容

本发明尤其弥补这些缺陷，提出可按不同工况最佳工作的设备。

为此，本发明涉及能量转换用的液力设备，其限定强制水流动的至少一条路径，并具有：至少一台涡轮机、泵或涡轮泵类型的机械、一个配有至少一可变形壁且界定出至少一尺寸可变的封闭空间的部件、和供给封闭空间压力流体的装置。该设备的特征在于，所述具有可变形壁的部件安装在位于所述机械的一转动部分下游的一液力导道中，其特征还在于，所述可变形壁在所述转动部分的下游局部限定流动在所述液力导道中的可调节的通过截面。

借助于本发明，可在机械转动部分的下游，根据设备选择的工作点，调节强制流动的液力导道的几何形状，从而使设备的状态和性能在大的工作范围达到最佳化。本发明适用于修复的设备和新设备。所有类型的涡轮机都可以是本发明所涉及的涡轮机，尤其是弗朗西型涡轮机、卡普兰涡轮机、“螺旋”涡轮机或“斜流”涡轮机、灯泡型涡轮机以及泵和涡轮泵。对于所有这些机械来说，具有可变形壁的部件布置在一转动部分例如卡普兰涡轮机叶片的下游。

根据本发明，一液力机械是在流动和一转动部分之间进行能量转换的设备的一部分。这种机械不包括进水管和排水管。机械转动部分的实施例是弗朗西型涡轮机的轮体。

对设备某些下游区域的液力导道的通过截面加以限定的壁的形状进行调节，不仅可提高设备的总效率，而且还可减少压力波动、功率波动、空穴现象、氧溶解作用、转动部分旋转所产生的噪声和振动。本发明也可提高设备的稳固性，对转动部分的飞逸速度和最大速度对其使活动物通过的能力有积极影响，所述活动物通过的能力有时称为“鱼类友好能力”。

具有可变形壁的部件安装在轮体下游的导道中，可控制该下游导道中的流动，消除或在很大程度上限制流动的分离现象。具有可变形壁的部件的使用可提高液力机械的工作能力。特别是，其可减少局部现象发生时所造成的流体损耗。

根据本发明的有利的但非限制性的实施例，这种设备在所有技术上可行的组合上可具有以下一个或多个特征：

-所述具有可变形壁的部件具有至少一可变形膜片，所述至少一可变形膜片固定在所述设备的一结构件上，且与该结构件一起限定所述尺寸可变的封闭空间。

-在其它实施例中，前述具有可变形壁的部件由至少一囊袋形成，所述囊袋由一可变形膜片形成，且单独地界定出尺寸可变的封闭空间。

-至少一联接件最好使膜片的中央区域和结构件相连接，或者使膜片的两个区域彼此连接，该联接件适于限制在所述尺寸可变的封闭空间中存在的流体压力作用下的膜片发生变形。

-所述具有可变形壁的部件界定出多个尺寸可变的封闭空间，所述封闭空间彼此单独地被供给压力流体。

-具有可变形壁的部件安装在设备的一固定部分上。具有可变形壁的部件可在下游液力导道形成的一肘弯部位高处，布置在其外部部分上或其内部部分上。在其它实施例中，具有可变形壁的部件布置在肘弯部的上游或下游。

-位于转动部分下游的液力导道至少部分地发散。