CN102072068B

CN102072068B - 五叶片桨叶操作机构

Info

Publication number: CN102072068B
Application number: CN2011100474131A
Authority: CN
Inventors: 王怀平
Original assignee: CHONGQING YUNHE HYDROPOWER Inc
Current assignee: CHONGQING YUNHE HYDROPOWER Inc
Priority date: 2011-02-28
Filing date: 2011-02-28
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2031-02-28
Also published as: CN102072068A

Abstract

本发明公开了一种五叶片桨叶操作机构，在转轮体内安装有活塞，在所述转轮体周向均匀设置的五个径向孔内均安装有桨叶，该桨叶经桨叶连接螺栓连接有摇臂，并所述摇臂围成正五边形结构；在所述活塞上固定有滑槽体，该滑槽体为正五边体结构，所述滑槽体的五个侧面分别与所述摇臂围成的正五边形结构的内壁正对；在所述滑槽体五个侧面上均开有“L”字形的滑槽，每个所述滑槽均沿同一旋向分布在所述滑槽体的五个侧面上，在所述滑槽内装有滑块，该滑块上开有轴头孔，在偏离所述摇臂中心的该摇臂内端面上设有轴头，所述轴头伸入所述销孔内。本发明结构简单新颖，使用简便，降低成本的同时能够提高机组的效率。

Description

五叶片桨叶操作机构

技术领域

本发明涉及一种轴流转桨式水轮机，尤其是涉及一种五叶片轴流转桨式水轮机桨叶操作机构。

背景技术

水轮机机组在工作过程中，转动部份一直在作旋转运动，而水电站的水头、流量是随季节、随时间不断地变化，因此，为了适应电站流量变化，追求机组高效率稳定运行，轴流式水轮机都希望使用桨叶操作机构来调整水轮机桨叶的工作角度，从而适应各种水头流量的变化和提高效率，但是将水轮机桨叶操作机构安装在转动部份的转轮体内，是要在给定的有限空间内完成，节省空间非常重要。目前桨叶操作机构比较典型有两种，一种是双作用活塞与操作架搭配，操作架通过连杆带动桨叶；另一种双作用活塞缸，通过连杆带动桨叶。两种操作机构都需用一个连杆来过渡，而不是原动零部件直接驱动桨叶，连杆两端就有两套摩擦副及相关零件，所占的空间大和数量多，典型两种桨叶操作机构在设计时均较难较繁，其主要零件转轮体的铸造工艺性也较差，尤其是在中小型转桨式水轮机中。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种结构简单新颖，操作方便的五叶片桨叶操作机构。

本发明的技术方案如下：一种五叶片桨叶操作机构，包括转轮体和活塞，所述活塞安装在所述转轮体内，其要点是：在所述转轮体周向均匀设置五个径向孔，在每个径向孔内均安装有桨叶，所述桨叶内端设有扭矩销，该桨叶经桨叶连接螺栓连接有摇臂，所述扭矩销穿设在所述摇臂与所述桨叶之间进行扭矩传递，并所述摇臂形成正五边形结构；在所述活塞上固定有滑槽体，该滑槽体为正五边体结构，所述滑槽体的五个侧面分别与所述摇臂围成的正五边形结构的内壁正对；在所述滑槽体五个侧面上均开有“L”字形的滑槽，每个所述滑槽均沿同一旋向分布在所述滑槽体的四个侧面上，在所述滑槽内装有滑块，该滑块上开有轴头孔，在偏离所述摇臂中心的该摇臂内端面上设有轴头，所述轴头伸入所述销孔内，形成力臂关系。

采用以上结构，滑槽体通过滑块与摇臂连接使得滑槽体外在摇臂形成的正五边形内滑动，从而防止摇臂----滑槽体的径向和周向窜动，使滑块与摇臂、桨叶之间的配合联动更加可靠；在滑槽体侧面上的滑槽中装有滑块，滑块经摇臂上的轴头与摇臂连接，从而实现滑槽体与摇臂之间的连动关系，当活塞在活塞缸的两端交替供压力油及回油时，活塞沿机组主轴轴线作轴向直线运动，在活塞的作用下，固定在活塞上的滑槽体也作轴向直线移动，在滑槽的作用下，安装在滑槽内的滑块也得跟随作轴向直线移动，同时，由于滑块通过轴头与摇臂以及桨叶连接，滑块在摇臂轴头的限制下还必须同时沿摇臂以及桨叶的支撑中心轴线转动，此时，滑块在滑槽内轴向移动给力，带动摇臂以及桨叶绕该摇臂以及桨叶的支撑中心一起转动，进而完成对桨叶角度的调整；以上结构中滑块在滑槽中的移动不同的距离即能够实现桨叶不同角度的调整；以上结构中，扭矩销用来传递摇臂对桨叶的操作力，而五个摇臂安装后自然形成正五边形结构，还需说明的是轴头中心线与摇臂中心线的距离即为操作桨叶的力臂，原则上该距离值越大越好。

所述滑槽体套装在所述活塞上，在该滑槽体和活塞之间装有平键，在所述活塞右端固定有卡环，该卡环与所述滑槽体右端面紧贴，以上结构中，设置平键能够防止活塞及滑槽体的周向窜动，设置卡环能够使活塞形成的力传递给滑槽体，在活塞向左左右动时，使得滑槽体能够随活塞作为一整体向左移动。

在所述径向孔内装有推力轴套和反推轴套，并所述推力轴套位于所述反推轴套内侧，在所述推力轴套和反推轴套内分别安装所述摇臂和桨叶，该摇臂与所属桨叶之间通过定位止口进行定位。以上结构由于推力轴套和反推轴套的存在，使得该推力轴套和反推轴套的工作面与桨叶、摇臂的连接采用动配合，能够使桨叶和摇臂连接的一体结构在推力轴套和反推轴套内灵活转动，进而形成一个复合单支点支撑的从动体系。

所述轴头位于所述摇臂的边缘，该轴头中心线与所述桨叶和摇臂共同的中心线平行，并所述轴头与所述摇臂一体设置，以上结构中轴头中心线和桨叶中心线之间的距离为形成力臂，该力臂一般选择较大为好，本发明结构较传统的结构可以增大约15%，因此，使得轴头远离桨叶中心线，从而提高较长的转动力臂，使摇臂和桨叶的转动更加可靠或可适当减小活塞的直径。

为了使桨叶和摇臂能够绕其支撑中心可靠的转动，所述桨叶和摇臂右部经所述桨叶螺栓固定连接，左部穿设有所述扭矩销。

为了避免水进入转轮体内，在所述转轮体和所述桨叶之间装有桨叶密封。

所述滑槽长槽部分平行所述滑槽体左右端面，并所述滑块从该滑槽的短槽部分装入到该滑槽的长槽部分中，所述滑槽的短槽部分垂直所述滑槽体左右端面，并该滑槽短槽部分穿出所述滑槽体左端面。以上结构，滑槽长槽部分为工作槽，短槽部分为安装槽，工作槽起装配时导向和过渡，安装槽为工作时用，五只滑块从该安装槽同时滑入过渡到工作槽，通过转动摇臂，使滑块滑入到工作槽槽内，再推动活塞或滑槽体，就可以使摇臂转动了；同时以上结构能够方便滑块的安装和拆卸，可将滑块直接从滑槽短槽部分的端口滑入滑槽内或者取出。

有益效果：与现有的桨叶操作机构相比，本发明具有以下特点：1、不再需要连杆而更可靠；2、减少了摩擦副，传动效率得以提高；3、水轮机转动部份中零件数大为减少； 4、所占的结构空间缩小，更紧凑，易于设计； 5、简化了转轮体复杂形状，降低了制造难度；6、缩短设计、制造、装配周期，降低了成本；7、适用的范围是桨叶操作油压力等级在2.5～6.3 MPa之间，正好与国内外常规情况对应上。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中的A-A剖视图；

图3为图2中的B-B剖视图；

图4为图1中滑槽体6的结构示意图；

图5为图4的俯视图；

图6为图1中滑块7的结构示意图；

图7为图6中的C-C剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1～图7所示的五叶片桨叶操作机构，包括转轮体1和活塞2，所述活塞2安装在所述转轮体1内，所述转轮体1和活塞2的结构为现有结构，在此不作赘述，在所述转轮体1周向均匀设置五个径向孔1a，在每个径向孔1a内均安装有桨叶4，在所述转轮体1和所述桨叶4之间装有桨叶密封13，所述桨叶4内端设有扭矩销14，该桨叶4经桨叶连接螺栓5连接有摇臂3，所述扭矩销14穿设在所述摇臂3与所述桨叶4之间进行扭矩传递，并所述摇臂3形成正五边形结构；在所述活塞2上固定有滑槽体6，即所述滑槽体6套装在所述活塞2上，在该滑槽体6和活塞2之间装有平键9，在所述活塞2右端固定有卡环10，该卡环10与所述滑槽体6右端面紧贴，所述滑槽体6为正五边体结构，所述滑槽体6的五个侧面分别与所述摇臂3围成的正五边形结构的内壁正对，从而使得滑槽体6与四个摇臂3相匹配和配合；在所述滑槽体6五个侧面上均开有“L”字形的滑槽6a，每个所述滑槽6a均沿同一旋向分布在所述滑槽体6的五个侧面上，在所述滑槽6a内装有滑块7，该滑块7上开有轴头孔7a，在偏离所述摇臂3中心的该摇臂3内端面上设有轴头8，所述轴头8伸入所述销孔7a内，所述轴头8的中心线与摇臂中心的距离即为桨叶的力操作臂。

结合图1和图2还可以看出：在所述径向孔1a内装有推力轴套11和反推轴套12，并所述推力轴套11位于所述反推轴套12内侧，在所述推力轴套11和反推轴套12内分别安装所述摇臂3和桨叶4，该摇臂3与所属桨叶4之间通过定位止口进行定位。

请参见图2：所述轴头8位于所述摇臂3的边缘，该轴头8中心线与所述桨叶4和摇臂3共同的中心线平行，两个中心线的距离的大小即为桨叶4力臂的长短，并所述轴头8与所述摇臂3一体设置，从而使得摇臂3、桨叶4以及轴头8形成一个复合单支点支撑的从动体系。

请参见图1：所述桨叶4和摇臂3右部经所述桨叶螺栓5固定连接，左部穿设有所述扭矩销14。

请参见图4和图5：所述滑槽长槽部分6a平行所述滑槽体6左右端面，并所述滑块7从该滑槽6a的短槽部分装入到该滑槽6a的长槽部分中，所述滑槽6a的短槽部分垂直所述滑槽体6左右端面，并该滑槽短槽部分6a穿出所述滑槽体6左端面。

本发明的工作过程是这样的：当活塞2在活塞缸的两端交替供压力油及回油时，活塞2向左作轴向运动，在活塞2的作用下，固定在活塞2上的滑槽体6也向左移动，在滑槽6a的作用下，安装在滑槽6a内的滑块7也向左移动，由于滑块7通过摇臂3端部边缘的轴头8与摇臂3连接，摇臂3在滑块7再摇臂3的限制作用下只能沿摇臂3以及桨叶4的支撑中心转动，此时，滑块7不仅向左移动，同时也在滑槽6a内绕摇臂3以及桨叶4的中心线作圆周运动，这就实现活塞2驱动滑槽体6，滑槽体6通过滑槽6b带动滑块7，滑块7驱动摇臂3，进而完成对桨叶4角度的调整；以上结构中滑块7在滑槽6a中的移动不同的距离能够实现桨叶4不同角度的调整。本发明中滑块7在向左移动的行程是摇臂3内端部边缘的轴头8中心半径转角的正弦值，径向行程则为其余弦值，而一般桨叶4转角都不会超过40°,故而向左移动的轴向行程会远远大于径向行程，而追求的就是希望径向运动空间较小，机构占的结构空间就小，在有限的空间内就可适当加大摇臂3半径———力臂，力臂的增加，就可减小活塞2直径，或降低机组操作油压等级。

以上所述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。

Claims

1.一种五叶片桨叶操作机构，包括转轮体（1）和活塞（2），所述活塞（2）安装在所述转轮体（1）内，其特征在于：在所述转轮体（1）周向均匀设置五个径向孔（1a），在每个径向孔（1a）内均安装有桨叶（4），所述桨叶（4）内端设有扭矩销（14），该桨叶（4）经桨叶连接螺栓（5）连接有摇臂（3），所述扭矩销（14）穿设在所述摇臂（3）与所述桨叶（4）之间进行扭矩传递，并所述摇臂（3）形成正五边形结构；在所述活塞（2）上固定有滑槽体（6），该滑槽体（6）为正五边体结构，所述滑槽体（6）的五个侧面分别与所述摇臂（3）形成的正五边形结构的内壁正对；在所述滑槽体（6）五个侧面上均开有“L”字形的滑槽（6a），每个所述滑槽（6a）均沿同一旋向分布在所述滑槽体（6）的五个侧面上，在所述滑槽（6a）内装有滑块（7），该滑块（7）上开有轴头孔（7a），在偏离所述摇臂（3）中心的该摇臂（3）内端面上设有轴头（8），所述轴头（8）伸入所述轴头孔（7a）内。

2.根据权利要求1所述的五叶片桨叶操作机构，其特征在于：所述滑槽体（6）套装在所述活塞（2）上，在该滑槽体（6）和活塞（2）之间装有平键（9），在所述活塞（2）右端固定有卡环（10），该卡环（10）与所述滑槽体（6）右端面紧贴。

3.根据权利要求1所述的五叶片桨叶操作机构，其特征在于：在所述径向孔（1a）内装有推力轴套（11）和反推轴套（12），并所述推力轴套（11）位于所述反推轴套（12）内侧，在所述推力轴套（11）和反推轴套（12）内分别安装所述摇臂（3）和桨叶（4），该摇臂（3）与所述桨叶（4）之间通过定位止口进行定位。

4.根据权利要求1所述的五叶片桨叶操作机构，其特征在于：所述轴头（8）位于所述摇臂（3）的边缘，该轴头（8）中心线与所述桨叶（4）和摇臂（3）共同的中心线平行，并所述轴头（8）与所述摇臂（3）一体设置。

5.根据权利要求1所述的五叶片桨叶操作机构，其特征在于：所述桨叶（4）和摇臂（3）右部经所述桨叶连接螺栓（5）固定连接，左部穿设有所述扭矩销（14）。

6.根据权利要求1所述的五叶片桨叶操作机构，其特征在于：在所述转轮体（1）和所述桨叶（4）之间装有桨叶密封（13）。

7.根据权利要求1所述的五叶片桨叶操作机构，其特征在于：所述滑槽（6a）的长槽部分平行所述滑槽体（6）左右端面，并所述滑块（7）从该滑槽（6a）的短槽部分装入到该滑槽（6a）的长槽部分中，所述滑槽（6a）的短槽部分垂直所述滑槽体（6）左右端面，并该滑槽（6a）的短槽部分穿出所述滑槽体（6）左端面。