水轮机、发电系统及补气方法与流程

本发明涉及发电设备，具体涉及一种水轮机和具有该水轮机的发电系统以及该水轮机的补气方法。

背景技术：

1、混流式水轮机一般在30％～60％额定出力时容易在尾水管内发生水流涡带，引起空腔汽蚀和轮机本体振动，并且蜗室下端真空度过大，容易对水轮机的叶片造成气蚀，轮机本体固定部件的松动或焊缝开裂等情况，严重时甚至会影响整个轮机本体的安全运行。

2、相关技术中，通过设置补气装置以便在轮机本体出现不稳定工况时补入空气，常用装置为轴心孔补气装置、尾水十字架补气装置或尾水短管补气装置，其原理是当尾水管内产生负压时，补气装置在大气压作用下顶开止回阀弹簧，止回阀打开，自然空气进入尾水管内，平衡负压，但是传统的补气装置为被动补气，需尾水管内负压足够大时，补气阀止回阀弹簧才能被打开，尾水管内负压较小或处于临界点上下波动时，补气装置不能及时有效打开进行补气。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种水轮机。该水轮机具有补气效果好和减少水轮机工作压力的优点。

2、本发明的实施例还提出一种发电系统。

3、本发明的实施例还提出一种水轮机的补气方法。

4、本发明实施例的水轮机包括轮机本体、补气管组、补气系统、功率检测装置、电磁阀和测压件。

5、所述轮机本体包括蜗壳和连通在所述蜗壳上的尾水管，所述尾水管具有补气口；所述补气管组具有进气端和排气端，所述补气管组的所述排气端与所述补气口连接，所述补气管组的进气端与所述补气系统连通；所述功率检测装置设置在轮机本体上以用于检测轮机本体的输出功率，所述电磁阀和所述测压件均设置在所述补气管组上，所述测压件设置在所述补气管组上以便测定所述轮机本体内气压，所述电磁阀通过所述测压件的测定情况适用性的打开或关闭，所述电磁阀为常闭电磁阀。

6、本发明实施例的水轮机，通过在补气管组上设置电磁阀和测压件，进而可以及时地根据尾水管内的压力适用性的打开或关闭电磁阀，实现自动补气的效果，进而减少了轮机本体的振动，减少由于振动对轮机本体产生的破坏性影响，有效避免了由于尾水管内的真空度过大对轮机本体的叶片产生的气蚀，延长水轮机叶片的使用寿命。及时、有效地削减或削弱振动。

7、同时，本发明实施例的水轮机可以自动对尾水管进行补气，不必经常性的进行人工补气，减少电站巡检人员的工作量。可以联动相关的检测元件以跟踪轮机本体运行工况，便于补气装置的自动投入与退出，在满足轮机本体尾水管补气功能的前提下，大大减轻了运维人员的工作强度，提供补气工作效率，同时还能有效节约压缩空气用量，增加经济效益。

8、因此，本发明实施例的水轮机具有补气效果好和减少水轮机工作压力的优点。

9、在一些实施例中，所述轮机本体具有多个所述补气口，所述补气管组包括依次连接的进气管段、主管段和多个进气分管，所述电磁阀设置在所述进气管段上，所述测压件设置在所述进气分管上，每个所述进气分管的一端与所述主管段连接，每个所述进气分管的另一端与所述补气口连接，多个所述补气口均匀地设置在所述轮机本体的外周壁上，多个所述补气口一一对应地与多个所述进气分管连通。

10、在一些实施例中，所述的水轮机还包括单向阀，所述单向阀和所述电磁阀沿所述排气端至所述进气端的方向依次设置在所述补气管组上。

11、在一些实施例中，所述的水轮机还包括第一球阀和第二球阀，所述第一球阀、所述单向阀、所述电磁阀和所述第二球阀沿所述排气端至所述进气端的方向依次设置在所述补气管组上，所述第一球阀和所述第二球阀均为常开球阀。

12、在一些实施例中，所述补气系统为原电站的低压气系统，所述第一球阀、所述单向阀、所述电磁阀依次设置在所述进气管段上，每个所述进气分管的一端与所述主管段连接，每个所述进气分管的另一端与所述补气口连接。

13、在一些实施例中，所述主管段呈弧形，弧形的所述主管段围设在所述尾水管的外周，多个所述进气分管沿所述尾水管的周向均匀地与所述主管段连接。

14、在一些实施例中，所述蜗壳内设置有转轮、挡水部、后盖板，所述转轮设置在所述蜗壳的主轴上，所述后盖板设置在所述转轮上，所述挡水部设置在所述后盖板上，且所述挡水部设置在所述尾水管与所述转轮之间，所述尾水管与所述进气端连接，所述尾水管的管口低于所述转轮设置。

15、在一些实施例中，所述补气系统包括气体发生装置和控制器，所述气体发生装置具有输出端，所述控制器与所述气体发生装置电连接，所述气体发生装置与所述进气端连接。

16、本发明实施例的发电系统包括供水组件和根据上述中任一项所述的水轮机，所述供水组件与所述蜗壳连接。

17、本发明实施例的水轮机的补气方法采用根据上述中任一项所述的水轮机，包括如下步骤：

18、①当所述轮机本体不运行时，关闭电磁阀；在所述轮机本体运行时，通过获取尾水管的压力脉动，通过功率检测装置获取所述轮机本体的实际功率，当所述轮机本体内的功率p，其中0.45pr≤p≤0.65pr，pr为额定功率，所述轮机本体运行持续延迟20s后打开所述电磁阀并保持，持续对所述轮机本体补气；

19、②当所述轮机本体的实际功率未达到设定工况区域，即p＜0.45pr或p＞0.65pr，且所述尾水管压力的脉动f＞5％h，所述轮机本体运行持续延迟20s后打开所述电磁阀并保持，持续对所述轮机本体补气；

20、③当轮机本体的实际功率未达到设定工况区域，即p＜0.45pr或p＞0.65pr，且所述尾水管压力的脉动f≤5％h，且所述电磁阀为打开时，若所述轮机本体的实际功率在预定时间内变化量δp≥10％额定功率时，关闭电磁阀停止补气，当所述轮机本体的实际功率和所述尾水管的压力脉动f发生变化时，重复步骤①、②及③，其中，f为尾水管的压力脉动，h为所述发电系统中上下游的水位差，δp为轮机本体的功率变化量。

技术特征：

1.一种水轮机，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的水轮机，其特征在于，所述轮机本体具有多个所述补气口，所述补气管组包括依次连接的进气管段、主管段和多个进气分管，所述电磁阀设置在所述进气管段上，所述测压件设置在所述进气分管上，每个所述进气分管的一端与所述主管段连接，每个所述进气分管的另一端与所述补气口连接，多个所述补气口均匀地设置在所述轮机本体的外周壁上，多个所述补气口一一对应地与多个所述进气分管连通。

3.根据权利要求2所述的水轮机，其特征在于，还包括单向阀，所述单向阀和所述电磁阀沿所述排气端至所述进气端的方向依次设置在所述补气管组上。

4.根据权利要求3所述的水轮机，其特征在于，还包括第一球阀和第二球阀，所述第一球阀、所述单向阀、所述电磁阀和所述第二球阀沿所述排气端至所述进气端的方向依次设置在所述补气管组上，所述第一球阀和所述第二球阀均为常开球阀。

5.根据权利要求4所述的水轮机，其特征在于，所述补气系统为原电站的低压气系统，所述第一球阀、所述单向阀、所述电磁阀依次设置在所述进气管段上，每个所述进气分管的一端与所述主管段连接，每个所述进气分管的另一端与所述补气口连接。

6.根据权利要求2所述的水轮机，其特征在于，所述主管段呈弧形，弧形的所述主管段围设在所述尾水管的外周，多个所述进气分管沿所述尾水管的周向均匀地与所述主管段连接。

7.根据权利要求1所述的水轮机，其特征在于，所述蜗壳内设置有转轮、挡水部、后盖板，所述转轮设置在所述蜗壳的主轴上，所述后盖板设置在所述转轮上，所述挡水部设置在所述后盖板上，且所述挡水部设置在所述尾水管与所述转轮之间，所述尾水管与所述进气端连接，所述尾水管的管口低于所述转轮设置。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的水轮机，其特征在于，所述补气系统包括气体发生装置、功率检测装置和控制器，所述气体发生装置具有输出端，所述控制器与所述气体发生装置电连接，所述气体发生装置与所述进气端连接。

9.一种发电系统，其特征在于，包括供水组件和根据权利要求1-8中任一项所述的水轮机，所述供水组件与所述蜗壳连接。

10.一种水轮机的补气方法，其特征在于，采用根据权利要求1-8中任一项所述的水轮机，包括如下步骤：

技术总结本发明的实施例提出一种水轮机、发电系统及补气方法。其中，本发明实施例的水轮机包括轮机本体、补气管组、补气系统、电磁阀和测压件。所述轮机本体包括蜗壳和连通在所述蜗壳上的尾水管，所述尾水管具有补气口；所述补气管组具有进气端和排气端，所述补气管组的所述排气端与所述补气口连接，所述补气管组的进气端与所述补气系统连通；所述电磁阀和所述测压件均设置在所述补气管组上，所述测压件设置在所述补气管组上以便测定所述轮机本体内气压，所述电磁阀通过所述测压件的测定情况适用性的打开或关闭，所述电磁阀为常闭电磁阀。因此，根据本发明的实施例的水轮机补气效果好和减少水轮机工作压力的优点。技术研发人员：汪安海,高芝国,杨雪松,曾学杰,张春锐,徐册利,周涛,汪巧,何聪慧,杨豪受保护的技术使用者：华能澜沧江水电股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/15