CN102367778A

CN102367778A - 斜流式水泵水轮机叶片大角度动桨调节装置

Info

Publication number: CN102367778A
Application number: CN2011102743611A
Authority: CN
Inventors: 姚刚
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-09-16
Filing date: 2011-09-16
Publication date: 2012-03-07

Abstract

斜流式水泵水轮机叶片大角度动桨调节装置，属流体机械领域，用以简化原动桨调节装置，提高效率，扩大工况的广适性，扩大水轮机调节范围，改变润滑方式。装置由两部分组成，①液压调节器，用来实现调节杆的上下运动；②调节机构，为一空间斜交杆系。附图为结构简图：件1操作杆和件2操作架向上运动一段距离，件3下球铰同步上移该距离，则它的球心位置可定，件4上球铰球心位置可定；因上球铰长度已知，件5拐臂绕件6叶片轴线转动的半径已知，则件5拐臂旋转角度可定，这样，件1的向上运动，转变为件6的逆时针转动。件1和件2向下，依照前述，件6顺时针转动，这样，操作杆的上下运动转变为叶片绕自身轴线的正反向转动，实现叶片的(+50°～-50°)大角度动调。机构采用自润滑轴承。

Description

斜流式水泵水轮机叶片大角度动桨调节装置

技术领域

斜流式水泵水轮机叶片大角度动桨调节装置，属流体机械领域，用以简化原动桨调节装置，提高效率，扩大工况的广适性，扩大水轮机调节范围，改变润滑方式。

本文所谓的“大角度动桨调节”，系指机器在水轮机和泵两种工况下，不停机、不换向，对叶片安放角βz实现±50°范围内的转动。从而实现性能改善和功能扩展。

背景技术

斜流式水泵水轮机在荷峰高时发电，在荷峰低时作水泵蓄能。其水头应用范围为20∽200m，具有动桨调节功能机器，它的发电运行高效区间宽，当它在作水泵应用，在启动过程中，无须通气压水，启动力矩不大，因此可以简化启动操作过程，提高机组投入运行的响应速度。近年来，由于大型电站调峰的需要，可逆式水泵水轮机组获得了极大的发展。

目前，斜流式水轮机的调桨装置，包括接力器(括板式或活塞式)和叶片传动机构。接力器公认的结构复杂，叶片传动机构都是通过形式相近的拔叉转动叶片拐臂，叶片调角变化范围很小，调节量受限，“结构复杂和调节量小”，成为斜流式水泵水轮机两大公认的不足。几十年来，国内国外，对此都没有变化。

本技术①使调节机构大大简化，从而使转轮体结构设计大为简化；②使水轮机输入功率和泵输出功率的调节范围大大扩展，在更大的功率区域内保持机组转速稳定，提高机组效率，提高发电品质，

发明内容

1本发明的传动机构为一空间斜交杆系，见图1，调节机构原理图：

件1操作杆(同心地置于泵轴内)轴线与件6叶片轴线在同一平面内斜交，交角Ψx＝30°-45°，件1操作杆与件2操作架固联，能在平面P内上下运动；件6叶片为带悬臂的简支梁，叶片轴尾部两支承分别位于转子体的内、外壳上，件6叶片与件5拐臂以键相联，它能绕自身轴线转动；件4上球铰与件5拐臂销联，能在平面M内运动；件3下球铰与件2操作架销联，能在平面P内运动；件3下球铰与件4上球铰的公共部位为空间闭式球面低副，内球壳上开有槽，这个槽是上、下球铰相对运动时，为避让下球铰的杆部所开。

件3下球铰在P平面内既有平动，又有转动；件4上球铰在M平面内既有平动，又有转动。

当操作杆和操作架向上运动一段距离，下球铰的销部同步上移该距离，因下球铰长度可知，则球心位置可定，此位置也是上球铰球心位置；由于上球铰长度已知，拐臂绕叶片轴线转动的半径已知，则拐臂旋转角度可求，则叶片的轴逆时针转动与拐臂相同的角度，即是说，件1操作杆的向上运动，转变为件6叶片的逆时针转动。转动角度可以按要求设置，如βz＝+50°。

当件1操作杆和件2操作架向下运动时，依照前述，可得知件1操作杆的向下运动，转变为件6叶片的顺时针转动。同理，转动角度可以按要求设置，如βz＝-50°。

上述运动过程中，主动件1操作杆的每一个确定位置，件6叶片及中间各件有，且只有一个确定的位置与之对应，即满足本发明的运动可能和运动唯一的要求。

当件1操作杆不动，件6叶片即使有转动趋势，整个杆系亦是稳定的。

调节器置于泵轴上，从而将调节力设置为系统内力，对调节机构外不显示力的作用。在满足角度调节速率0.5°/s的要求下，操作杆的线速度仅为毫米/s级，其功率很小，故对于调节力的动力源，仅需一微型伺服电机。

2润滑与密封

机构的球面低副，用石墨润滑，装墨腔与球副接触，而与周边隔断；

叶片转动轴承、销部轴承为粉末冶金含油轴承，设计时，根据各部位的载荷，及轴瓦材料的压溃强度，确定金属基质材料，选用含油轴承；

由于整个装置都随机器的传动轴一同转动，所以大部分密封位置为静密封，只有叶片转动处和操作杆出轴处为中低压、低速度的动密封。

桨叶转动部位，用“λ”硅橡胶密封；调节杆出轴处用普通的活塞杆Y形橡胶密封。3机构中的“拐臂”，为Z形折臂，采这一形式，可以充分利用毂内有限空间，完成结构布

置，也就无须改变现有泵的转子体尺寸。图2是机构的结构图。

附图说明

图1为机器调节机构原理图；图2为机器调节机构结构简图；

具体实施

1)本构件的空间尺寸约束，可在构件用材、调节器工作油压二要素间优化来满足；

2)相应运动的对应数量关系，为一超越方程，可按工程实际需要来设定合适精度，如0.001，计算求得满足工程需要的近似解；也可用作图法求解；

3)构件强度及计算，根据设计时提供的叶片最大水力及水力矩，用材料力学第四强度理论，对各杆件作普通强度计算。

本发明满足工程中的空间、相应运动的数量关系、运动可行和运动唯一、构件强度、工艺可行全部实际中的约束。

本发明全部理论计算及实际制造，现有资料及技术装备均能满足。

Claims

1.斜流式水泵水轮机叶片大角度动桨调节装置，其特征是：操作杆轴线与桨叶轴线在同一平面内斜交，操作杆上下运动一小段距离，泵的叶片同步地绕自身轴线正反向转动设定的角度。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征是：叶片绕自身轴线旋转角可在+50°∽-50°范围内调节。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征是：机构中的“拐臂”，为Z形折臂。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征是：装置包含闭式球面低副，球副外球上开有避让外球杆运动的槽。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征是：装置的球面低副，用石墨润滑，装墨腔与球副接触，而与周边隔断。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征是：装置的叶片转动轴承、销部轴承为粉末冶金含油轴承。