一种水轮机的减泥沙磨损装置

摘要

本发明公开了一种水轮机的减泥沙磨损装置，包括上游压力钢管、下游压力钢管、底板、直管结构的进口管和锥管结构的出口管，出口管的大径端的中心位置通过多块支撑筋板固定安装有压力连接管，进口管和压力连接管分别与上游压力钢管和下游压力钢管对接，进口管与出口管的小径端对接，进口管的中心通过多块固定叶片固定设置有导流筒，导流筒的两端分别设置有方向相反的导流锥，出口管安装在底板上，底板上设置有排砂口，出口管和压力连接管之间的环形空间与排砂口连通。本发明保留原有电站系统不变，在进水压力管道上加装减少泥沙磨损的装置，对进入压力管道的水进行二次除沙，减少带沙水对水轮机转轮及过流部件的磨损。

说明书

技术领域

本发明属于水利发电技术领域，具体涉及一种安装于水电站进水压力钢管上减轻水轮机泥沙磨损的装置。

背景技术

在水利发电技术领域，传统水轮机防泥沙磨损技术是在进水压力钢管前设置沉沙池来预沉淀。对于引入多泥沙河流水流发电的水电站，基本上每个电站都存在这种情况(每年总有汛期)，一般在压力引水钢管的前面修建引水前池，引水前池中布置沉砂池，沉砂池需要经过详细计算，对其长度、宽度以及过水断面结构有具体要求；但是，水电站一般在山区，受修建地理位置等条件限制，引水前池的布置较为困难，为了尽量节省成本，一般引水式电站的沉砂池都较小，沉砂效果不尽如意。随着使用年限的增加，将造成沉砂池淤积、起不到沉砂的效果，泥沙与水流一起进入压力管道，进入水力发电的关键部分——水轮机转轮，从而对水轮机转轮及过流部件造成磨损。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种安装于水电站进水压力钢管上减轻水轮机泥沙磨损的装置。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种水轮机的减泥沙磨损装置，包括上游压力钢管、下游压力钢管、底板、直管结构的进口管和锥管结构的出口管，所述出口管的大径端的中心位置通过多块支撑筋板固定安装有压力连接管，所述进口管和所述压力连接管分别与所述上游压力钢管和所述下游压力钢管对接，所述进口管与所述出口管的小径端对接，所述进口管的中心通过多块固定叶片固定设置有导流筒，多块所述固定叶片的叶面均为空间扭曲结构面，所述导流筒的两端分别设置有方向相反的导流锥，多块所述固定叶片均匀布置在所述导流筒与所述进口管之间的环向空间，多块所述固定叶片的正面均朝向以所述导流筒为中心的顺时针方向，两个所述导流锥的锥心均正对所述压力连接管的中心，所述出口管安装在所述底板上，所述底板上设置有排砂口，所述出口管和所述压力连接管之间的环形空间与所述排砂口连通。

进一步地，所述压力连接管为直管结构，每块所述支撑筋板均同时与所述出口管和所述压力连接管焊接，多块所述支撑筋板均匀布置在所述出口管与所述压力连接管之间的环向空间。

进一步地，所述进口管和所述上游压力钢管之间、所述压力连接管和所述下游压力钢管之间均焊接或通过法兰固定连接。

进一步地，所述进口管与所述出口管的小径端焊接。

进一步地，所述导流筒的中心线、所述进口管的中心线、所述出口管的中心线和所述压力连接管的中心线重合。

进一步地，每块所述固定叶片均同时与所述出口管的内壁和所述导流筒的外壁固定焊接。

进一步地，所述排砂口的中线与所述压力连接管垂直。

本发明的有益效果在于：

本发明保留原有电站系统不变，在进水压力管道上加装减少泥沙磨损的装置，对进入压力管道的水进行二次除沙，减轻带沙水对水轮机转轮及过流部件的磨损。

附图说明

图1是本发明所述减泥沙磨损装置的剖视结构示意图；

图2是图1中B-B向的剖视结构示意图；

图3是图1中C-C向的剖视结构示意图；

图4是本发明所述减泥沙磨损装置的安装结构示意图；

图中：1-进口管、2-固定叶片、3-出口管、4-支撑筋板、5-压力连接管、6-导流锥、7-导流筒、8-底板、9-排砂口、10-上游压力钢管、11-下游压力钢管、12-减泥沙磨损装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1、图2、图3和图4所示，本发明包括上游压力钢管10、下游压力钢管11、底板8、直管结构的进口管1和锥管结构的出口管3，出口管3的大径端的中心位置通过多块支撑筋板4固定安装有压力连接管5，进口管1和压力连接管5分别与上游压力钢管10和下游压力钢管11对接，进口管1与出口管3的小径端对接，进口管1的中心通过多块固定叶片2固定设置有导流筒7，多块固定叶片2的叶面均为空间扭曲结构面，导流筒7的两端分别设置有方向相反的导流锥6，多块固定叶片2均匀布置在导流筒7与进口管1之间的环向空间，多块固定叶片2的正面均朝向以导流筒7为中心的顺时针方向，两个导流锥6的锥心均正对压力连接管5的中心，出口管3安装在底板8上，底板8上设置有排砂口9，出口管3和压力连接管5之间的环形空间与排砂口9连通。

本发明所述水轮机的减泥沙磨损装置，压力连接管5为直管结构，每块支撑筋板4均同时与出口管3和压力连接管5焊接，多块支撑筋板4均匀布置在出口管3与压力连接管5之间的环向空间。

进口管1和上游压力钢管10之间、压力连接管5和下游压力钢管11之间均焊接或通过法兰固定连接，法兰连接方式的优点是便于拆卸和安装，焊接方式的优点是结构牢固且无缝隙存在，不容易泄漏。

进口管1与出口管3的小径端焊接，在焊接时，保证进口管1能够与出口管3对正。

导流筒7的中心线、进口管1的中心线、出口管3的中心线和压力连接管5的中心线重合，保证带有泥沙的水流流过时，能够产生以它们的共同中心线为中心的离心力，便于分离水砂。

每块固定叶片2均同时与出口管3的内壁和导流筒7的外壁固定焊接，固定叶片2不但起到了导流和分离砂水的作用，而且能够将出口管3和导流筒7固定在一起。

排砂口9的中线与压力连接管5垂直，在离心力的作用下，泥沙从压力连接管5与出口管3之间的空隙滑下流出，正好可以从排砂口9排出，而去掉泥沙的水流围绕中心位置进入压力连接管5，之后流入下游压力钢管11。

本发明所述水轮机的减泥沙磨损装置12安装于水电站进水压力钢管上，此装置是我单位专门研制的用于多泥沙水电站减轻水轮机磨损的装置。该装置具有结构紧凑、布置合理、除砂效率高、运行维护方便、安全可靠等特点，在多泥沙水电站有着广泛的应用前景。

整个装置安装于引水压力钢管的最前端，采用水平安装，上下游可采用焊接或法兰连接。

本装置安装于水电站进水压力钢管上，所有部件基本在工厂已经制造、装配到位，在现场需要与上游压力钢管10和下游压力钢管11进行焊接或法兰连接。

本装置是利用固液分离原理，由于固液流体中固体和液体密度不同，在离心力作用下，将具有一定流速的固液混合流体进行分离。

本发明所述水轮机的减泥沙磨损装置，进口管1、导流锥6、导流筒7、固定叶片2、出口管3、排砂口9和压力连接管5等共同组成了本装置的分离机构，主要功能是将水流中的泥沙分离出来，让其不进入水轮机过流通道。进口管1是引水过流部件，导流锥6将具有一定流速的含砂水流导入固定叶片2部分，让含砂水流形成旋转流动，并将泥沙旋入管道的内壁。含有泥沙的水流首先进入进口管1，在固定叶片2的作用下产生离心力，水流中密度比水大的泥沙或颗粒依靠惯性力向外运动至本装置的器壁，泥沙颗粒从排砂口9分离出来，分离后的净化水从压力连接管5排出。

本装置内含砂水流的流动是一种极为复杂的三维、两相流运动，本装置的泥沙分离效率高低，取决于本装置的水力设计，我们可以采用计算流体力学(CFD)进行数值模拟，从而提高泥沙分离效率。分离后的泥沙从排砂口9排出，净化后的水流重新进入压力钢管，推动水轮机发电。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围内。