[发明专利]用于水力装置的涡轮机单元

说明书

本发明大体上涉及用于水力装置的涡轮机单元，并且更特别地涉及涡轮机单元的毂。本发明提出提供用于调节在毂和叶片的内边缘之间形成的间隙范围的装置，由此大大提高了涡轮机的性能。

技术领域

本发明大体上涉及用于水力装置的涡轮机单元，并且更特别地涉及涡轮机单元的毂。

背景技术

使用双调节式涡轮机(如Kaplan或Bulb或Deriaz涡轮机)的水力装置现在是广为人知的并且被广泛使用。在该类型的装置中，涡轮机包括其上装配有若干叶片的毂。由水流和叶片的相互作用导致的毂围绕其纵向轴线的旋转决定电力的产生，原因是毂适当地连接到发电机。此外，每个涡轮机叶片有利地枢转地连接到毂从而围绕大致垂直于毂延伸的轴线可旋转。叶片相对于毂的角位置的调节用于改善能量转换过程的效率。众所周知，在叶片的内边缘和毂之间产生间隙。这样的间隙产生有害影响是共识，原因是它们可能导致空化和/或可能会杀死或伤害鱼类，原因是鱼类可能通过间隙被吸入和引入。

专利US 5 947 679解决这样的问题，提供具有对鱼类无害的特征的水力装置的涡轮机。为此，具体参考第7栏第1-26行和图21，US 5947 679提出在叶片和毂的表面之间插入凸起区域以遮蔽间隙。所以，所述专利的教导的目的是提供一种涡轮机，其中间隙的范围减小到零或至少最小化到恒定值以改善鱼的生存性。

参考图1，示意性地示出了属于现有技术的这样的布置的几何形状，其在取决于角α的在凸起区域和叶片的内边缘之间形成的间隙的范围或尺寸方面给出，所述角表示当相对于毂旋转时叶片的角位置。特别地，该图形显示凸起区域的外表面的形状使得取决于叶片角α的间隙的范围具有恒定值。

然而，在导致本发明进行的研究中已经发现，在叶片的给定角位置处，叶片和毂之间存在的间隙范围使得能够控制接近毂的叶轮出口处的速度场。换句话说，可以用适当的间隙范围改善速度场以减少引流管压头损失并改善涡轮机效率。此外，已获得关于空化、压力波动、叶片扭矩、Karman现象的其它优点。

所以，本发明提出提供用于调节在毂和叶片的内边缘之间形成的间隙范围的装置，由此大大提高了涡轮机的性能。

发明内容

本发明的目的是通过提供一种基本上根据本公开限定的用于水力装置的涡轮机的毂来解决前述技术问题。

本发明的另一目的是提供一种基本上在本公开中限定的用于水力装置的涡轮机。

本发明的另一目的是提供一种基本上在本公开中限定的水力装置。

在相应的从属权利要求中限定本发明的优选方面。

根据本发明的方面，该目的通过一种毂实现，所述毂限定纵向轴线并且配置成连接到至少一个叶片，其中所述毂至少包括凸起区域和/或中空区域，所述凸起区域或所述中空区域局部地形成于所述叶片的内边缘附近，所述毂还包括调节装置，所述调节装置配置成调节在所述凸起区域或所述中空区域和所述叶片的内边缘之间形成的间隙的范围。

根据本发明的优选方面，所述毂包括上游和下游区域，其中所述凸起区域或所述中空区域在所述下游区域上形成。

根据本发明的优选方面，所述毂枢转地连接到所述叶片，所述叶片的角位置由在所述叶片的弦线和垂直于所述毂的纵向轴线的轴线A之间形成的角α限定，所述凸起区域限定外表面，所述外表面成形为使得对于所述叶片的至少两个角位置，所述间隙的范围是可变的。

根据本发明的另一优选方面，所述外表面成形为使得取决于所述叶片角α的所述间隙的范围具有带有最小值的曲线趋势。

根据本发明的另一优选方面，所述外表面成形为使得取决于所述叶片角α的所述间隙的范围具有包括第一恒定段和跟随的第二递增段的趋势。

根据本发明的另一优选方面，所述外表面成形为使得取决于所述叶片角α的所述间隙的范围具有递增线趋势。