2.1自由射流式水輪機
水輪機是用以轉變水流中的勢能及動能,使之成為機械功的水力機械。在由水輪機旋轉所驅動的水力發電機中,再將機械功變成電能。
水輪機可以歸納為兩種基本類型:衝擊式水輪機——它利用高速射流在任一瞬間僅衝擊水輪機輪周一小部分時所產生的動能,反擊式水輪機一一它利用充滿在轉輪和過水道中的水的壓力和流速的聯合作用得到動力。在現代實踐中,衝擊式水輪機(或稱培爾頓式水輪機)是唯一以單一的方法,即靠一股或數股高速射流的作用取得動力的一種水輪機,故又稱自由射流式水輪機,庫鬥自由射流式水輪機具有圓盤與戽鬥組成的轉輪,戽鬥則裝在嗶盤的周緣,這是水輪機名稱的由來。
水流射入轉輪是借助水的收斂噴阻來實現的。從導管引來的水流中的水力能量,除去損耗部分,在噴咀中全部變成動能。根據水輪機的結構和出力,噴咀可以用一個到四個,在噴咀中裝有可以沿軸向移動的針閥。針閥用以改變噴咀的出水斷麵?因此可以改變流經噴咀的流量,這樣就可實現戽鬥式水輪機出力的調節。
針閥在極端伸出的位置,完全關閉了噴咀的出水斷麵,因此水輪機即被停車。
戽鬥具有分水脊,將水拄分成二部分,每一部分循著半個戽鬥流至戽鬥的邊緣,然後水流以極小的速度離開戽鬥,在戽鬥上水杜中的動能轉變成為使轉輪旋轉的機械能。均勻地裝置在圓盤外緣的戽鬥,當轉輪施轉時,循序地受到水柱的衝擊。
根據主軸的位置水輪機可分成豎軸式及橫軸式。在大多數的情中,大型水輪機是豎軸式的。
豎軸水力機組(水輪機與水力發電機)具有下列優點:
(1)便於裝卸機組,運行時也便於管理;
(2)不需要像維持橫式水輪機主軸的那種複雜結構的巨型軸承;
(3)便於在水電站廠房中布置機組;
(4)如果轉輪要裝置在下水麵之下,在結構上較易解決。轉輪安裝於下水麵下可以增加水輪機轉速,這樣,可以使水輪機尺寸,尤其是水力發電機的尺寸和重量減小⑴。
衝擊式水輪機運行時,戽鬥承受著射流的全部衝擊力。這種衝擊力產生一個高速錘擊衝打在戽鬥上。與此同時,戽鬥受到離心力的作用而有脫離它的座盤的趨勢,由此而產生的應力以及水流在戽鬥的碗狀工作麵上的衝刷作用都很大,因而需要選用能抵禦水力磨損和疲勞的高質量材料,一般都采用青銅和韌化鑄鋼,隻有水頭很低時才能用鑄鐵。
凡水量小而水頭高的水源,安裝小輪機以自由射流式水輪機為宜。
2.2射流泵
射流泵又稱噴射器,主要由噴咀、吸入室和擴散器組成。擴散器又有喉管入口(混合段)、喉管、擴散管等三部分組成。
按工作流體的種類不同,射流泵可分為液體射流泵和氣體射流泵(噴射泵)兩種。
射流泵內沒有運動部件,因此結構簡單,工作可靠,安裝維護方使,密封性好,便於綜合利用廢水、廢氣等有壓能源。用這些能源作為工作流體,可節省能源,提高經濟效益。又因射流賽是兩股流體混合進行能量交換而工作的,在混合過程中有較大能量損失,所以,傳能效率較低,一般僅為15%-20%。
射流泵中兩種流體能得到充分混合,在很多場合作為混合器使用。射流泵還常用來抽真空,如在離心泵、離心壓縮機中常和填料密封、梳齒密封聯合使用,抽吸泄漏的液體或氣體。因影響因素比較複雜,射流泵的基本性能曲線可用試驗曲線表示在麵積比已定的情況下,使射流泵效率最高的流量比-和壓力比稱為最優流量比和最優壓力比。
由於噴射泵工作可靠,即使吸入空氣也能穩定工作,並且能排除含有大量泥砂的水,移動方便,所以在礦山井筒及作麵掘進時使用它。還可用於井底水窩排水及清掃水倉的沉澱物。目前,噴射泵廣泛使用在取消底閥後離心泵起動注水-
2.3高壓水射流反衝推進
水上摩托車是一種自帶動力裝置的滑水板,作為一種競技和娛樂的工具,其驅動力是高速噴射的水射流,
飛馳於水上的水上摩托車與飛行於空中的噴氣式飛機一樣,都是得益於噴出流體所產生的反推力。由滑水板下吸入的水,經渦輪後成為旋轉的高壓水。在穩流器一一靜翼的作用下,變成直線運動的高壓水流。最後,從尾部的噴咀中射入大氣,對滑水板產生強大的推動力。
為防止發動機浸泡水中,巧妙地利用了射流在噴咀前產生的負壓,將浸入發動機中的海水吸出。
高速水射流驅動水上摩托車的工作原理與噴水船基本相同。噴水船借泵於船前吸水至船尾而運動。假設已知水泵的流量為分,船頭吸入的相對速度射流相對速度,則吸入水流和噴出水流對噴水船的作高壓水射流反衝推進在管道清洗中得到應用。高壓某排出口接在纏繞於卷筒上的高壓膠管的一端,另一端接噴頭,高壓水通過噴頭形成高速水射流。因為噴頭上噴咀方向是向後傾斜的,所以水射流也向後傾斜射出,從而推動噴頭在管道中前進,直至管道另一端。這時開動液壓控製的卷筒將高壓膠管慢慢往回拉,而噴頭繼續噴射,從而將管道中的汙積物及液垢衝帶至管口。反複進行幾次,即可將管道清洗幹淨。清洗管道直徑可達800mm。
噴咀後傾角有15°和25°之分,15-的推進力大些,而裔向衝射的打擊力卻較小,25°的則相反。還有一種前方帶一小噴咀的噴頭,適用於貫穿完全淤堵的管道。整個係統的噴射壓力可達20MPa。
水是不燃液體,是取之不盡、用之不竭的天然滅火剤,它在滅火中應用最廣。
水槍是一種增加水流速度、射程和改變水流形狀的射水滅火工具。根據水槍噴射出的不同水流,分為直流水槍、開關直流水槍、開花水槍、噴霧水槍和帶架水槍等。
直流水槍是用來噴射密集充實水流的水槍。水槍由管牙接口、槍管和噴咀組成。槍管的作用主要是使從水帶進入槍管的水改善紊流,起到整流作用,並把經過整流的水導向噴咀。噴咀是水槍中的重要部件,由於噴咀口徑不同,噴射出去的水流量也不同;且同一口徑的噴阻由於壓力不同,射程和流量又有不同。
開關直流水槍是在直流水槍管上安裝一控製開關,通過這個開關的開啟或關閉,達到控製噴射水流的大小。一般在開關水槍內還要安裝有導流作用的穩流器,以增加水流射程。開關水槍對於撲救高處、遠處火災比直流水槍更為適用。
開花直流水槍是一種可以噴射充實水流,也可以噴射傘形開花水流的水槍。一般用開花水流隔離輻射熱,掩護消防員,以充實水流進行滅火。開花直流水槍除槍體、噴咀外,還裝有兩個開關裝置:一是直流調節閥,控製充實水流;二是開花調節閥,控製開花水流。水流從接口進入槍管後分兩路流動;一路由槍管中間通向直流噴咀;另一路沿管壁通向開花調節閥,並從噴咀四周噴出。開花時射出的水約呈120°的傘形開花麵,噴霧水槍是在直流水槍的槍口上安裝一隻雙級離心噴霧頭,使水流在離心力作用下,將壓力水變成水霧噴霧水槍:噴出的霧狀水流,適用於撲救油類火災及油浸式變壓器、多油式油斷路器等電氣設備火災。霧狀水流還能吸收大量輻射熱,可以保護消防員接近火源,提高滅火效能。用霧狀水流撲救一般火災,水潰損失小。
帶架水槍是由槍管、噴咀、集水器、旋轉盤、出水叉、操縱杆、底架等部件構成。槍管比較長,安裝在旋轉盤上,可在水平方向左右旋轉360°,上下俯仰90°槍管內裝有穩流器,起穩流和增加射程作用。它適用於撲救露天大麵積火災、高層建築火災及火勢猛烈難以接近的火災。它具有流量大(20-301/s)、射程遠、易於操縱、能隨意改變射水方向的特點。