[发明专利]液力机械、包括液力机械的能量转换设备及机械调节方法

说明书

技术领域

本发明涉及液力机械，所述液力机械包括围绕一固定轴线和相对一固定结构转动活动的轮，该轮用于由一强制水流穿过。当该机械是涡轮机时，这种水流的作用是带动轮转动。当机械是泵时，该转动导致了这种强制水流。

背景技术

无论涉及涡轮、泵抑或涡轮泵的液力机械一般配有经常被称为“迷宫”的装置，该装置用于限制由于被带到轮附近的水量趋向于围绕该轮流动而导致的水泄漏。这种泄漏导致该机械所属的设备的效率损失，所述迷宫则通过如下方式旨在限制前述情况：在轮与机械的固定结构之间形成有比较狭小的运行间隙，从而泄漏的流动路径比较狭小，这样就限制了泄漏流量。

迷宫一般设计成与轮的旋转轴线同心的柱体的形式，并带有一个或多个产生尽可能小的间隙的台阶。为了避免轮旋转时迷宫的过早磨损，运行间隙应足够以考虑到在过渡状态期间轮的可能的径向运动并考虑到轮在离心力作用下的膨胀。在这些条件下，应通过考虑最不利的运行条件即过渡状态和通过考虑轮的径向运动，来确定当前迷宫的运行间隙。这导致确定出较大的运行间隙，由此在轮周围产生不可忽略的泄漏，特别是在Francis水轮机(混流式水轮机)的情况下。

泵和涡轮泵会产生相似的问题。

发明内容

本发明尤其意在通过提出一种液力机械来克服这些缺点，在该机械中，可以优化泄漏限制装置的运行间隙，以减小泄漏流量。

因此本发明涉及一种液力机械，其包括围绕固定轴线和相对固定结构转动活动的轮，所述轮用于被强制水流穿过，而用于限制水泄漏的至少一泄漏限制装置位于所述轮和所述固定结构之间，所述泄漏限制装置在所述轮与所述固定结构之间形成有运行间隙。该机械的特征在于，所述泄漏限制装置包括至少一可变形的和/或活动的机构，当所述轮转动时，所述机构相对轮的旋转轴线按径向方向变形/或活动。

由于可变形的和/或活动的机构，可调节通常被称为“迷宫”的泄漏限制装置的运行间隙，甚至即便机械在使用中，即甚至即便其轮在转动中时。这样可以考虑与机械可能的不同状态对应的运行间隙的不同需要。特别是，在轮可能有较大径向运动或由于离心力产生膨胀的机械使用阶段，可以采用最大的间隙。这特别涉及启动阶段和超速阶段。相反，当机械处于生产阶段时，例如当轮机在稳定条件下与交流发电机联接时，可以在轮的旋转也已稳定的范围内采用最小间隙。该最小间隙允许减小轮周围的水的泄漏，因此提高机械的效率。另外，本发明装置的机构的活动特征可以考虑在轮相对它的旋转轴线横向运动时来自轮方面的受到碰撞后使机构移动。

根据本发明的一些有利的但不是强制的方面，这类机械可包括以下特征的一个或多个，这些特征能以任何可行的技术组合采用：

-泄漏装置包括至少一可变形的机构，可变形的机构在控制流体所施加的压力的作用下，在对应于所述运行间隙的第一值的第一形态和对应于所述运行间隙的第二值的第二形态之间变形。所述可变形的机构有利地适于通过径向收缩而变形，以从它的第一形态过渡到它的第二形态。该可变形的机构在轮的整个周边上围绕轮。

-所述泄漏限制装置包括多个活动的机构，所述多个活动的机构在对应于所述运行间隙的第一值的第一形态和对应于所述运行间隙的第二值的第二形态之间、相对所述轮的旋转轴线径向地活动。

-前述机构安装在所述固定结构上，所述机构的径向内表面朝向所述轮的径向外表面；而所述运行间隙形成在这些径向内表面和径向外表面之间。

-该液力机械包括在所述第一形态和第二形态的每一个中使所述机构相对所述轮的旋转轴线对中的部件。

-所述机构与所述固定结构的一部分限定出容积可变的室，所述容积可变的室的容积根据所述机构所处的形态变化，给所述容积可变的室提供加压控制流体。在这种情况下，可以设置控制给所述容积可变的室提供所述加压控制流体的部件。

-作为变型，该液力机械包括控制所述活动的机构在其可处于的两种形态之间移动的作动器。

-根据另一变型，该机械包括至少一在所述活动的机构上施加使其朝机构可处于的所述两种形态之一回复的弹性回位力的部件。

-该机械包括使所述机构不能围绕轮的旋转轴线转动的部件。

-控制流体为在为轮供水用以形成强制水流的管道上取出的水。作为变型，控制流体可以是气体特别是空气，或者可以是油。

本发明还涉及将液能转换为电能或相反转换的设备，该设备包括上面提到的机械。该设备比现有技术的设备具有更好的效率。