[发明专利]可逆泵涡轮机和用于可逆泵涡轮机的导叶

说明书

本发明涉及一种可逆泵涡轮机(18)以及也涉及用于所述可逆泵涡轮机(18)的导叶(13)，所述导叶(13)带有导叶体(3)、用于使所述导叶体(3)围绕旋转轴线(1)旋转的枢轴(2)和两个端面(21、22)。所述导叶(13)具有迎着所述涡轮机流动(17)的涡轮机前缘(7)和背对所述涡轮机流动(17)的涡轮机后缘(8)，其中，在导向叶轮(16)关闭时，各个导叶(13)沿关闭边缘(10)相互接触，其中所述导叶(13)分别具有两个在所述旋转轴线(1)的两侧的并且相互对置的导流面(19、20)，所述导流面(19、20)由所述两个端面(21、22)限定边界。根据本发明，这两个导流面(19、20)形成不同的流动轮廓(4、5、6)。

技术领域

本发明涉及一种带有叶轮和由多个导叶组成的导向叶轮的可逆泵涡轮机，所述导叶分别由以端面限定边界的导叶体和用于使导叶体围绕旋转轴线的旋转的枢轴组成。通过导叶的旋转，可以关闭和打开导向叶轮。导叶体具有迎着涡轮机流动的涡轮机前缘和背对涡轮机流动的涡轮机后缘。当导向叶轮被关闭时，各个导叶沿关闭边缘相互接触，所述关闭边缘通过相邻的导叶的接触曲线限定。导叶在此分别具有两个在旋转轴线的两侧的并且相互对置的导流面，所述导流面通过两个端面限定边界。

本发明也涉及用于可逆泵涡轮机的导叶。

背景技术

可逆泵涡轮机的导叶在涡轮机运行中布置在叶轮的上游，而在泵运行中布置在叶轮的下游。导叶包括导叶体和枢轴。总之，所有导叶一起形成导向叶轮。通过使枢轴围绕旋转轴线旋转，直接使导叶体旋转。因此，在导叶已被安装的情况下，存在特定的导向叶轮位置，在此位置中相邻的导叶沿关闭边缘相互接触。通过调节导叶，泵涡轮机能够从一个工作点设置到另一个工作点。操作泵涡轮机比操作常规涡轮机复杂得多，并且要求泵运行和涡轮机运行之间的短切换时间。

泵涡轮机从泵运行到涡轮运行的切换时间基本上由同步过程的持续时间来确定，在此期间，水力机械的旋转频率与电网的旋转频率同步。如果空转特性曲线在同步点处显示涡轮不稳定，则由此激起的转矩波动可能使成功同步显著延迟。在这种情况下，发生异相压力和流量脉动，其幅值在共振情况中可能导致水力机械内的流体力学上的振动。对于电厂运营商而言，这种情况代表着安全风险。可通过防止同步点附近的涡轮机不稳定来降低发生此类事件的可能性。

在甩负荷过程中(例如，由于故障或电网故障而导致的结果)，叶轮加速至飞逸转速，并且泵涡轮机经历不同压力水平的瞬态运行状态。除飞逸转速外，特别地涡壳内的压力升高和抽吸管内的压力降低是抽水蓄能电站的关键设计参数。在给定的边界条件下，涡轮机不稳定性越强，则涡壳内的压力升高越大，并且抽吸管内的压力降低越大。紧急情况下，后者会导致抽吸管中发生所谓的水柱分离，这会由于形成气穴而产生大量蒸汽。因为水力机械中的可用体积几乎恒定，因此作用到叶轮上的轴向推力对应地升高。这种情况通常导致对水力机械和发电站的不可修复的损害，并且因此是在抽水蓄能电站的运行中的严重的安全技术问题。

因此，在泵送和涡轮机运行中除了高效率和良好的气蚀行为外，特别地必须确保用于提供安定和稳定的运行的设计。瞬态操纵过程中，对运行稳定性的特定要求是每个国际招标过程中的一个重要方面，因此制造商必须满足这些要求。

本发明人已认识到，由流动引起的涡轮机不稳定性直接与导向叶轮相互作用，并且可根据导叶设计而受到不同的影响。涡轮机不稳定性的出现通常可归因于在无叶片空间(即，在导向叶轮和叶轮之间的空间)中存在旋转的、稳定的涡流结构。此涡流构造阻碍了从导向叶轮流出的涡轮机流动，增加了泵涡轮机的损失，并且最终形成了不稳定的运行状态，在此过程中可能引起对应的压力和流量脉动，并且可以促使系统励磁。为提高泵涡轮机的涡轮机稳定性，必须中断无叶片空间中的旋转的、稳定的涡旋结构或使其不稳定。