CN103917775B - 水力设备 - Google Patents

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Abstract

提出一种用于水力设备的涡轮机，所述涡轮机具有轮毂(430)、多个设在轮毂(430)上的涡轮机叶片(440)、与涡轮机叶片(440)耦联的用于调节涡轮机叶片的螺旋角的螺旋角调节单元(460)、双向作用的液压缸(450)和与其连接的活塞杆(470)。活塞杆(470)与螺旋角调节单元(460)耦联，使得当活塞杆(470)沿纵向方向运动时，螺旋角调节单元(460)进行旋转运动。双向作用的液压缸(450)设在液压室中，所述液压室经由第一和第二液压管路被耦联，使得通过输入液压液穿过第一或第二液压管路，双向作用的液压缸能够移动进而经由与活塞杆(470)和螺旋角调节单元(460)的耦联而导致涡轮机叶片(440)的螺旋角的调节。

Description

水力设备
技术领域
本发明涉及一种水力设备。
背景技术
WO2010/026072A2示出一种具有流动通道和在流动通道中的涡轮机的水力设备，所述涡轮机经由轴与发电机连接。流动通道具有带有第一变细部的第一部段和拥有小于所述扩宽部的直径的直径的第二部段，其中在第二部段中设有涡轮机。
US2009/0214343A1示出用于水力设备的涡轮机。涡轮机具有工作轮，该工作轮带有多个涡轮机叶片和设置在工作轮后方的导向器，所述导向器作用为支撑器。涡轮机具有基本上球形的轮毂并且涡轮机叶片的螺旋角能调节地构成。
发明内容
本发明的目的是提出一种鉴于现有技术进行改进的水力设备。
所述目的通过一种水力设备来实现。
所述水力设备具有：
第一部段，其内径沿通流方向变小；
连接到所述第一部段上的第二部段，以用于容纳涡轮机，其中所述第二部段的内径至少部分地具有球轮廓，
其中所述涡轮机具有多个涡轮机叶片，所述涡轮机叶片在所述第二部段之内在所述内径的区域中设有球轮廓，和
在所述第二部段的区域中的紧急开关单元，其中所述紧急开关单元以其第一端部至少部分地伸入到水通流的第二部段中，使得对于所述涡轮机叶片不再旋转的情况，所述涡轮机叶片与所述紧急开关单元的第一端部接触进而操作所述紧急开关单元。
根据本发明的一个方面，所述涡轮机具有轮毂、多个设在轮毂上的涡轮机叶片、与涡轮机叶片耦联的用于调节涡轮机叶片的螺旋角的螺旋角调节单元、双向作用的液压缸和与其连接的活塞杆。活塞杆与螺旋角调节单元耦联，使得当活塞杆沿纵向方向运动时，螺旋角调节单元进行旋转运动。双向作用的液压缸设在液压室中，所述液压室经由第一和第二液压管路被耦联，使得通过输入液压液穿过第一或第二液压管路，双向作用的液压缸能够移动进而经由与活塞杆和螺旋角调节单元的耦联而导致涡轮机叶片的螺旋角的调节。
根据本发明的一个方面，涡轮机具有用于输入和输出液压液的第一和第二液压管路。在活塞杆中，第一和第二液压管路与轴的所述第一和第二液压管路耦联，使得液压液能够穿过第一和第二液压管路流到活塞杆的第一和第二液压管路中进入液压室中，以便移动双向作用的液压缸。
根据本发明的一个方面，液压室通过双向作用的液压缸划分为第一和第二室。活塞杆的第一液压管路通到第一室中并且第二液压管路通到第二室中。
本发明涉及的设想是，提出一种具有第二部段和拥有扩大的或增大的直径的第一部段的水力设备，其中涡轮机设在流动通道的第二部段中。至少在流动通道的第二部段的内侧上，在涡轮机叶片的端部的区域中设有至少部分地为球形的或球缺形的凹部，使得第二部段的内径首先沿通流方向变大然后朝向第二部段的端部再变小。第二部段的内径优选匹配于球轮廓。
具有增大的直径的第二部段的区域尤其也匹配于能调节的涡轮机叶片。
本发明同样涉及的设想是，提出一种用于水力设备的具有能液压调节的涡轮机叶片的涡轮机。
附图说明
在下文中，参照附图详细阐述本发明的实施例和优点。
图1示出根据第一实施例的水力设备的示意的部分剖视图，
图2示出根据第二实施例的水力设备的示意剖视图，
图3至5分别示出用于根据第三实施例的水力设备的涡轮机的示意剖视图，
图6示出用于根据第四实施例的水力设备的轴和涡轮机的示意剖视图，
图7A和7B分别示出用于根据第五实施例的水力设备的发电机的发电机槽的立体图，
图8示出用于根据第六实施例的水力设备的涡轮机的示意剖视图，
图9示出用于根据第六实施例的水力设备的涡轮机的一部分的示意图，
图10示出用于根据第七实施例的水力设备的涡轮机的部分，以及
图11示出用于根据第七实施例的水力设备的涡轮机的保险断路器的示意图。
具体实施方式
图1示出根据第一实施例的水力设备的示意的部分剖视图。根据第一实施例的水力设备具有水流通道，所述水流通道具有：第一部段100，其内径沿通流方向变小或缩小；第二部段200，其内径基本上遵循球轮廓；和第三部段300。在第二部段200中，涡轮机400设有尖部或凸起部410、轮毂430和多个涡轮叶片440。在第三部段300的区域中设有具有多个导向器叶片的导向器500。水沿通流方向10穿过水力设备流动，首先碰到涡轮机叶片440然后碰到导向器500。
附加地，在涡轮机400和发电机900(在图1中未示出)之间设有轴600。通过轴600，由涡轮机通过涡轮机叶片的转动所产生的转动运动继续传递到发电机上，所述发电机又将转动运动转化为电能的产生或转换。
图2示出根据第二实施例的水力设备的示意剖视图。根据第二实施例的水力设备能够基于根据第一实施例的水力设备。涡轮机400基本上设在水力设备的第二部段200的区域中(见图1)。涡轮机400具有尖部410(第一端部)和沿通流方向10位于第一端部410后方的第二端部420。在第一和第二端部410、420之间设有多个涡轮机叶片440，所述涡轮机叶片能转动地固定在轮毂430上。能够通过螺旋角调节单元460尤其液压地调节叶片440的螺旋角。
螺旋角调节单元460具有双向作用的液压缸450。缸450具有在容积451中的活塞453并且将容积451划分为第一和第二室451、452。缸还具有活塞杆470(具有液压管路)和液压传送单元480。
涡轮机叶片440的螺旋调节通过水力学根据第二实施例实现。双向作用的调节缸450设在涡轮机400的轮毂410、430中。例如穿过纵向孔在轴600中设有在旋转的部分中的液压管路610、620。它从轴600进入轮毂430并且经由液压传送装置480到活塞杆470中的纵向孔上。通过液压传送单元480能够在传送液压液的同时实现活塞杆470的轴向移动。
在部段220的区域中能够设有紧急开关单元1000，当涡轮机叶片具有不平衡度时，所述紧急开关单元能够与涡轮机叶片440共同作用。在这种情况下，触发紧急开关单元1000并且涡轮机静止。
图3示出用于根据第三实施例的水力设备的涡轮机的示意剖视图。涡轮机具有涡轮机尖部(第一端部)410和带有多个涡轮机叶片440的能转动的轮毂430。涡轮机还具有在第一端部410的区域中的双向作用的液压缸450，带有液压管路471、472的活塞杆470和液压传送单元480。
在涡轮机上连接有轴600。第一液压管路610设有第一、第二和第三部段611、612和613以及第二液压管路620设有第一、第二和第三部段621、622和623。第一液压管路610的第一部段611和第二液压管路620的第一部段621设在轴600中或轴600上。第一液压管路610的第二部段612和第二液压管路620的第二部段622设在轮毂430中。第一液压管路610的第三部段613和第二液压管路620的第三部段623设在液压传送单元480中或液压传送单元480上或者设在传送缸中。
液压管路610的第三部段613通到液压传送单元480的第一部段481中。第二液压管路620的第三部段623通到液压传送单元480的第二部段484中。
在活塞杆470中设有第一和第二液压通道471、472。第一液压通道471的第一端部471a通到液压传送单元480的第一部段482的区域中。液压管路471的第二端部471b通到液压室的第一部段451中。第二液压管路472的第一部段472a终止在液压传送单元480的第三部段483的区域中。第二液压管路472的第二端部472b终止在能够构成为环的第二室452中。液压传送单元480的第一部段481和第三部段483能够构成为环绕的环或通道。因此，在第一和第三部段481、483之间存在连接，所述连接用于使液压液能够从第三部段613流入到第二液压通道472中(或者反之亦然)。液压传送单元480的第二部段484和第一部段482同样能够构成环或环绕的通道，使得第一和第二部段482、484能够构成为共同的部段。由此液压液能够从第一液压通道471流到第二液压管路620的第三部段623(或者反之亦然)。
用于涡轮机叶片440的螺旋调节的螺旋角调节单元460与活塞杆470耦联，使得当活塞杆470运动时，螺旋角调节单元460运动。
图4示出根据第三实施例的涡轮机的示意剖视图。根据图4的涡轮机的构造对应于根据图3的涡轮机的构造。在图4中示出的情况下，液压液(例如水)被压入到第一液压管路610中。然后，液压液穿过第一液压管路610的第一、第二和第三部段611、612、613流到液压传送单元480的第四部段481中。因为液压传送单元480的第四和第三部段481、483构成为环绕的环或通道，所以液压液随后穿过环或环形通道481、483经由液压管路472的第一端部472a穿过第二液压管路472流到液压管路470的第二端部472b并且从那流到液压室452中。因此，在第二液压室452中的压力增大，使得双向作用的液压缸向左运动。然后，在第一液压室451中的液压液从第二通道471的第二端部471b流到第一端部471a并且流到液压传送单元480的部段482、也就是说流到环或环形通道482、483。液压液从第一部段482流到第二部段483并且从该部段穿过部段623、622和621流入第二液压管路620中。
当因此液压液被压入到第一液压管路610中时，那么活塞杆472(进而还有螺旋角调节单元460)向左移动，即与通流方向10相反地移动。
图5示出根据第三实施例的涡轮机的示意剖视图。图5的涡轮机的设计方案相应于图3或图4的涡轮机的设计方案。在图5中示出如下情况，即液压液被引入通过第二液压管路620。因此，液压液穿过第二液压管路620流入到第一、第二和第三部段621、622、623中。液压液从那里穿过部段483流入到部段482中，也就是说穿过环或环形通道。液压液从部段482流到液压管路471的第一端部471a中进入活塞杆470中。然后，液压液穿过第一液压管路471流到直至第二端部471b并且从那流入第一液压室451中，使得活塞杆470向右、即沿通流方向10运动。因此，液压液从第二室452中穿过第二液压管路472的第二端部472b流到第二液压管路的第二端部472a并且从那流入到部段484中并且继续到部段481中。液压液从部段481再穿过部段613、612和611然后流入到第一液压管路610中。
第一液压管路610具有(在轴600中或在轴600上的)第一部段611、在轮毂430中的第二部段612和在液压传送单元480中的第三部段613。
根据本发明，活塞杆470的直线平移运动转换为涡轮机叶片440的旋转运动以用于螺旋调节。这通过螺旋角调节单元460实现。在活塞杆470上设有螺旋角调节单元460。螺旋角调节单元460具有设在其朝向转子叶片的端部上的凹槽461。螺旋角调节单元460对于每个涡轮机叶片还具有滑块462，该滑块在涡轮机叶片的邻近根部的区域上与涡轮机叶片连接。所述滑块462能够引入到凹槽461中或引导穿过凹槽461。在此，滑块462关于活塞轴线跟随90°的直线运动。转子叶片440经由径向轴承固定在轮毂430中。滑块462引导穿过在螺旋角调节单元460中的凹槽461。螺旋角调节单元460还具有带有转动销464的调节盘463。转动销464具有用于滑块462的轴承，因此滑块能够进行旋转运动。滑块462能够围绕转动销464旋转，使得活塞杆460的直线平移运动转换为涡轮机叶片的旋转运动。
因此，滑块462经由转动销464能转动地支承。滑块462在凹槽461中引导，使得活塞杆的直线运动转换为旋转运动。
图6示出用于根据第四实施例的水力设备的具有所属的轴的涡轮机的示意剖视图。在此，涡轮机能够对应于根据图3至5的涡轮机。涡轮机400的轮毂430与轴600耦联，所述轴能够再与发电机900耦联。
图7A和7B分别示出用于容纳用于水力设备的发电机的发电机槽的立体图。尤其示出发电机槽在S管轮廓上的安置。发电机槽800具有底板810以及两个侧臂820。侧臂820在此相对于底板810具有这种角，使得发电机900能够安置于其中并且能够通过臂820和底板810保持。臂在其外侧上具有多个板821。在其内侧上设有多个腹板822。底板810同样具有能够与腹板822对齐的多个腹板811。
根据本发明的发电机槽能够以薄的壁厚用混凝土加固并且在此仍然能够防水地封闭。槽能够用作为发电机的保护件。
图8示出用于根据第六实施例的水力设备的涡轮机的示意剖视图。根据第六实施例的涡轮机的构造能够对应于根据第三实施例的涡轮机的构造或者能够基于根据第三实施例的涡轮机的构造。涡轮机具有尖部或凸起部410、轮毂430和多个涡轮机叶片440。借助于螺旋角调节单元460能够调节转子叶片440的螺旋角。螺旋角调节单元460与活塞杆470耦联，使得活塞杆470的运动也造成螺旋角调节单元460的运动。螺旋角调节单元460具有设在其朝向转子叶片440的端部上的凹槽461。螺旋角调节单元460对于每个涡轮机叶片440还具有滑块442，所述滑块在涡轮机叶片440的靠近根部的区域上与涡轮机叶片440连接。滑块462能够在凹槽461中或穿过凹槽461引导。活塞杆470的运动造成螺旋角调节单元的直线平移运动，使得滑块462同样在凹槽461中运动。调节盘463设在涡轮机叶片的靠近根部的端部上。尤其，调节盘463经由转动销464连接，使得调节盘463能够与滑块462共同运动。
图9示出用于根据第六实施例的水力设备的涡轮机的部分的示意图。在图9中未示出用于水力设备的涡轮机的一些元件，以便能够更好地示出调节盘463、滑块462和凹槽461。调节盘463固定在转子叶片440上。在调节盘463上能够设有滑块462，所述滑块能够再接合到在螺旋角调节单元460上的凹槽461中。螺旋角调节单元460的运动引起，位于凹槽461中的滑块462同样随着运动进而引起涡轮机叶片440的螺旋角的调节。
图10示出用于根据第七实施例的水力设备的涡轮机的部分。在第二部段200的区域中能够设有紧急开关单元1000。在此，紧急开关单元1000以其第一端部1100至少部分地伸入到水通流的部段中。如果涡轮机叶片440不再旋转，那么所述涡轮机叶片能够与断路单元1000的第一端部1100接触。在这种情况下，例如水能够通过第一端部1100流入到第二部段1200的内部中。在第二部段中设有浮子1300，所述浮子在由水渗入穿过第一端部1100时向上漂浮，使得第二端部1400能够引起接触。
图11示出用于根据第七实施例的水力设备的涡轮机的保险断路器的示意图。紧急开关单元1000具有第一端部1100和第二端部1400。在其之间设有中间部段1200和浮子1300。在涡轮机叶片440不平衡时，能够拆除第一端部1100的一部分，使得水能够渗入到断路单元的内部中。在中间部段1200中设有具有第一端部1310和第二端部1330的浮子1300。在所述第一端部和第二端部之间能够设有漂浮单元1320。如果水流入到中间部段1200的内部，那么浮子1300在水的表面上漂浮。如果中间部段1200是满的，那么浮子1300向上漂浮，使得第二端部1400能够引起接触。

Claims (4)

1.一种水力设备，所述水力设备具有：
第一部段(100)，其内径沿通流方向变小；
连接到所述第一部段(100)上的第二部段(200)，以用于容纳涡轮机(400)，其中所述第二部段的内径至少部分地具有球轮廓，
其中所述涡轮机(400)具有多个涡轮机叶片(440)，所述涡轮机叶片在所述第二部段(200)之内在所述内径的区域中设有球轮廓，和
在所述第二部段(200)的区域中的紧急开关单元(1000)，
其中所述紧急开关单元(1000)以其第一端部(1001)至少部分地伸入到水通流的第二部段中，使得对于所述涡轮机叶片(440)不再旋转的情况，所述涡轮机叶片与所述紧急开关单元(1000)的第一端部(1100)接触进而操作所述紧急开关单元(1000)。
2.根据权利要求1所述的水力设备，其中所述涡轮机具有：
轮毂(430)；
多个设在所述轮毂(430)上的涡轮机叶片(440)；
与所述涡轮机叶片(440)耦联的用于调节所述涡轮机叶片的螺旋角的螺旋角调节单元(460)；
双向作用的液压缸(450)和与其连接的活塞杆(470)，
其中所述活塞杆(470)与所述螺旋角调节单元(460)耦联，使得当所述活塞杆(470)沿纵向方向运动时，所述螺旋角调节单元(460)进行旋转运动，
其中双向作用的所述液压缸(450)设在液压室中，所述液压室经由第一和第二液压管路被耦联，使得通过输入液压液穿过第一或第二液压管路，双向作用的所述液压缸能够移动进而经由与所述活塞杆(470)和所述螺旋角调节单元(460)的耦联而导致所述涡轮机叶片(440)的所述螺旋角的调节。
3.根据权利要求2所述的水力设备，其中所述涡轮机还具有：
用于输入和输出液压液的第一和第二液压管路(610，620)；
其中在所述活塞杆(470)中的第一和第二液压管路(471，472)与轴(600)的第一和第二液压管路(610，620)耦联，使得液压液能够穿过所述第一和第二液压管路(610，620)流到所述活塞杆(470)的所述第一和第二液压管路(471，472)中进入所述液压室(451，452)中，以便移动双向作用的所述液压缸。
4.根据权利要求2或3所述的水力设备，其中
所述液压室通过双向作用的所述液压缸(450)划分为第一和第二室(451，452)，
其中所述活塞杆(470)的所述第一液压管路(471)通到所述第一室(451)中并且所述第二液压管路(472)通到所述第二室(452)中。
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