一种自补气圆柱头导流喷针结构的制作方法

1.本发明涉及一种自补气圆柱头导流喷针结构。

背景技术：

2.直流喷管是冲击式水轮机重要的导流部件，水所具有的重力势能通过直流喷管后转换为射流所具有的动能，转轮在高速射流的冲击作用下旋转做功发电，直流喷管性能的好坏直接影响到冲击式水轮机的能量转换效率。
3.常规内藏式锥形喷针结构如图1所示，高压水从直流喷管进口流入，由于喷嘴出口处喷针、直流喷管间的环形截面积减小，水流速度逐渐增加，直流喷管出口处压力为大气压，此处水流将以很高的速度沿喷针射入大气中。当水流流经喷针尖部时，水流的势能迅速转换为射流动能，水流流速急速增加导致喷针尖部压力降低，低压会引起喷针尖部出现空化现象产生气蚀，喷针使用寿命缩短，甚至造成机组振动、厂房振动等。同时，射流在外界压力及喷针锥度的共同影响下，会产生径向速度进而导致水流射入水斗内部时所具有的有效动能降低，机组效率下降。综上所述，迫切需要一种能量转换率高、空化性能好的导流喷针结构。

技术实现要素：

4.本发明的目的是通过一种自补气圆柱头导流喷针结构来提高冲击式水轮机的发电效率并抑制空化的产生。本发明的技术方案具体描述如下：由喷嘴罩、喉管、喷针和螺栓组成。所述喷嘴罩内部为中空的锥形结构，喉管内部为中空圆柱形结构，喷针由第一圆柱面、第二圆柱面、外圆锥面构成，四个翼型板均布在喷针第二圆柱面和外圆锥面上。喷针置于喉管内部，喷嘴罩通过螺栓与喉管固定连接。
5.在上述自补气圆柱头导流喷针结构中，所述喷针第一圆柱面、喷针第二圆柱面和喷针外圆锥面同轴，喷针外圆锥面与喷嘴罩内圆锥面锥度相同且同轴。
6.在上述自补气圆柱头导流喷针结构中，所述翼型板高度的2倍与喷针第二圆柱面直径之和等于喷嘴口直径的9/10，翼型板的宽度等于喷嘴口直径的1/8。
7.在上述自补气圆柱头导流喷针结构中，所述导气孔贯穿翼型板，导气孔中心线距喷针外端面的距离与喷针第二圆柱面直径相同，导气孔直径等于翼型板宽度1/2。
8.在上述自补气圆柱头导流喷针结构中，所述进气孔位于喷针外端面中心与四个导气孔相互贯通，进气孔的直径等于导气孔直径的2.1倍。
9.本发明的有益效果是：
10.1.喷针空化性能好：喷管出流流速高、压力低，空气在压力差的作用下通过翼型板导气孔吸入空气，沿喷针外端面进气孔流出，能有效避免喷针头部由于低压而产生的空化空蚀，提高喷针使用寿命和机组运行的稳定性。
11.2.喷针射流能量高：相同喷针行程下，射流流量保持不变，由于圆柱头喷针结构及补气作用使射流内外压强相等，高速水流沿喷针头部将以环形状态射出，射流截面径向速
度降低，水流做功的动能增加，转轮可利用的动能增加。
12.3.转轮能量转化率高：环形圆柱射流绝大部分水流不经过分水刃直接进入水斗圆弧面，射流沿程损失减小，能量转化效率提高，转轮效率提高。
附图说明
13.图1为常规冲击式水轮机喷针结构图；
14.图2为自补气圆柱头导流喷针结构装配图；
15.图3为自补气圆柱头导流喷针结构图；
16.图4为喷嘴罩结构图。
17.图中标记说明：1-喷嘴罩；2-喷针；3-喉管；4-螺栓；5-喷针第一圆柱面；6-喷针外圆锥面；7-喷嘴罩内圆锥面；8-喷针第二圆柱面；9-翼型板；10-导气孔；11-进气孔。
具体实施方式
18.下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
19.如图2所示，一种自补气圆柱头导流喷针结构，由喷嘴罩1、喷针2、喉管3、螺栓4组成；喷嘴罩1内部为中空的锥形结构，喉管3内部为中空圆柱形结构，喷针2由第一圆柱面5、第二圆柱面8、外圆锥面6构成，四个翼型板9均布在喷针2第二圆柱面8和喷针2外圆锥面6上；喷针2置于喉管3内部，喷嘴罩1通过螺栓4与喉管3固定连接。
20.本实施方式中喷针头部为圆柱形并增加四个翼型板，可保证射流的环形截面，减小径向速度，提高射流有效动能。
21.如图3、4所示，喷针2第一圆柱面5、喷针2第二圆柱面8和喷针2外圆锥面6同轴，喷针2外圆锥面6锥度与喷嘴罩1内圆锥面7锥度相同且同轴。四个翼型板9位于喷针2外圆锥面6和喷针2第二圆柱面8上按四等分均布，翼型板9前端为椭圆形，末端为锥形结构。翼型板9高度的2倍与喷针2第二圆柱面8直径之和等于喷嘴口直径的9/10，翼型板9的宽度等于喷嘴口直径的1/8。每个翼型板9上有一个直径为翼型板9宽度1/2的导气孔10，导气孔10中心线距喷针2外端面的距离与喷针2第二圆柱面8直径相同；进气孔11位于喷针2外端面中心与四个导气孔10相互贯通，进气孔11的直径等于导气孔10直径的2.1倍。
22.本实施方式中将导气孔、进气孔相互贯通保证气路顺畅，同时进气孔的面积等于四个导气孔面积和的1.1倍，保证自然吸气过程中空气流速不变，降低补气损耗。
23.本发明中，喷针前端为圆柱结构，射流从直流喷管出出后会沿喷针的第二圆柱面流动，脱离喷针头部后由于射流速度较高，射流中心区域会产生低压，空气在压力差的作用下通过四个导气孔进入、从进气孔吸入到射流中心区域，通过自动补气抑制因低压而产生的空化现象，提高喷针使用寿命，增加设备运行稳定性。与此同时，空气的补充使得射流能够以环形状态射出，射流截面径向速度降低，射流有效动能增加；环形射流绝大部分水流将不经过分水刃直接进入水斗的圆弧面，射流沿程损失减小，能量转化效率提高。
24.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之内。

技术特征：

1.一种自补气圆柱头导流喷针结构，其特征在于：由喷嘴罩(1)、喷针(2)、喉管(3)、螺栓(4)组成；喷嘴罩(1)内部为中空的锥形结构，喉管(3)内部为中空圆柱形结构，喷针(2)由第一圆柱面(5)、第二圆柱面(8)、外圆锥面(6)构成，四个翼型板(9)均布在喷针(2)第二圆柱面(8)和喷针(2)外圆锥面(6)上；喷针(2)置于喉管(3)内部，喷嘴罩(1)通过螺栓(4)与喉管(3)固定连接。2.根据权利要求1所述的一种自补气圆柱头导流喷针结构，其特征是：所述翼型板(9)高度的2倍与喷针(2)第二圆柱面(8)直径之和等于喷嘴口直径的9/10，翼型板(9)的宽度等于喷嘴口直径的1/8。3.根据权利要求1所述的一种自补气圆柱头导流喷针结构，其特征是：所述导气孔(10)贯穿翼型板(9)，导气孔(10)中心线距喷针(2)外端面的距离等于喷针(2)第二圆柱面(8)直径，导气孔(10)直径等于翼型板(9)宽度1/2。4.根据权利要求1所述的一种自补气圆柱头导流喷针结构，其特征是：所述进气孔(11)位于喷针(2)外端面中心与四个导气孔(10)相互贯通，进气孔(11)的直径等于导气孔(10)直径的2.1倍。

技术总结

本发明公开一种自补气圆柱头导流喷针结构，由喷嘴罩、喉管、喷针和螺栓组成；喷针头部均布四个翼型板，每个翼型板上开设一个导气孔，每个导气孔均与喷针外端面进气孔贯通。本发明结构可保证高速射流呈环形状态，避免喷针尖部发生空化，降低射流径向速度，增加水流做功动能，减少射流在转轮内的沿程损失，提高转轮效率。轮效率。轮效率。