CN104481775A - 一种巨型水车 - Google Patents

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Abstract

一种巨型水车，包括水车转轮、中心转轴、钢支架、基础承台、异形水斗、连通器、减速控制装置、导向装置、给水系统和控制系统，钢支架固定在基础承台上，水车转轮通过中心转轴安装在钢支架顶部，中心转轴是中心复合转轴，水车转轮固定在中心复合转轴上；多个异形水斗安装在水车转轮外缘上，水斗间通过连通器连接，减速控制装置是多点接触减速控制装置，导向装置固定在钢支架上，水系统包括水泵、连接水管、水道和水槽，减速控制装置和给水系统由控速系统统一控制。有益效果是：水、电、控制等管线隐藏钢支架中，外观效果好；中心复合轴加工工期短，成本低；水车转轮运转平稳；可实现自动制动；水槽设置侧喷口，满足水幕效果的需要。

Description

一种巨型水车
技术领域
本发明水车技术领域，尤其涉巨大型景观水车。
背景技术
水车是古老的机械，现有技术中的景观水车都是直径不超过20米的中小型水车，大多是水车水轮通过中心轴安装在支架上，利用电力机械或水落差作为动力，驱动水车转动，形成人文景观。现有技术中，还没有水车水轮向两侧喷水，形成瀑布景观效果的。同时，现有技术中，对巨大型水车存在的：风荷载对其影响大，水车承受荷载大，水车轮惯性大，启动、运行需要对其进行控制等都没有记载。
发明内容
本发明的目的是设计一种巨型水车，水车轮在盛水水斗重力驱动下转动，并伴有水车轮向两侧喷水，形成瀑布景观效果。
本发明的技术方案是：一种巨型水车，包括水车转轮、中心转轴、钢支架和基础承台，钢支架固定连接在基础承台上，水车转轮通过中心转轴安装在钢支架顶部，其特征在于：所述巨型水车还包括异形水斗、水斗间连通器、减速控制装置、导向装置、给水系统和控制系统，所述水车转轮上的水车叶片为多片并排布置；所述中心转轴是中心复合转轴，中心复合转轴包括一个中心实心转轴和一个外围受力圆筒，中心实心转轴是一个凸缘实心轴，凸缘实心轴上设有两个凸缘，凸缘在轴上均匀分布；凸缘实心轴两端通过转动轴承支撑在水车的钢支架上，外围受力圆筒固定安装在凸缘实心轴上，外围受力圆筒内壁上设有加劲板，外围受力圆筒的外周圆筒上设有连接大环板，水车转轮固定连接在连接大环板上；所述异形水斗是空心圆柱体，空心圆柱体上设有进水口，进水口是设置在圆柱面上的长条口，空心圆柱体内设有与水斗间连通器连接的进水接管和出水接管，多个异形水斗均匀的分布在水车转轮外缘上；所述水斗间连通器是连接安装在水车转轮外缘的相邻两异形水斗之间的连接水管，连接水管上端与上方异形水斗内出水接管连接，下端与下方的异形水斗内进水接管连接； 所述减速控制装置是多点接触减速控制装置，多点接触减速控制装置包括水车制动环梁和制动减速装置，水车制动环梁是固定在水车转轮两侧的圆环梁，制动减速装置包括刹车片、内滑动套筒、外固定套筒、油缸和液压系统，外固定套筒通过支座固定安装水车转轮两侧的钢支架上，位于与水车制动环梁相对处，外固定套筒固定安装在支座上，内滑动套筒套装在外固定套筒内，可沿外固定套筒长度方向滑动，刹车片安装在内滑动套筒前端，油缸的活塞杆与内滑动套筒后端连接，油缸进出油管与液压系统相连，制动减速装置为4～12个，在水车转轮两侧的钢支架上对称布置；所述导向装置是通过支撑杆固定在水车转轮两侧钢支架上的成对导向轮，共有六对；所述给水系统包括水泵、连接水管、水道和水槽，连接水管与水泵相连，连接水管出水口位于水车转轮的顶端，出水口为三个，分别与水道相对应，水泵置于水车转轮下端，水道沿水车转轮外缘布置，水槽为矩形槽，若干个水槽沿水车转轮外缘布置在水道下侧面，在水道与每个水槽对应段的1/2处和水槽开口面的前后端设有挡板，挡板为竖立平板，水槽外侧壁的四个角上开有洒水孔；所述减速控制装置和给水系统由控速系统统一控制。
本发明所述一种巨型水车，其特征在于：所述安装在水车转轮外缘上的多个异形水斗为20～30个。
本发明所述一种巨型水车，其特征在于：所述多点接触减速控制装置的水车制动环梁的直径为水车转轮直径的2/3。
本发明所述一种巨型水车，其特征在于：所述导向装置的导向轮固定于水车支架上。
本发明所述一种巨型水车，其特征在于：所述巨型水车还设有避雷塔架，避雷塔架安装在钢支架顶部，避雷塔架顶位于水车转轮顶部上方，避雷针安装在避雷塔架顶部。
本发明所述一种巨型水车，其特征在于：所述给水系统的连接水管置于避雷装置的支架中。
本发明所述巨型水车洒水水道，其特征在于：所述水道和水槽为一体结构，所述一体结构为水道和水槽并列设置，水道位于水槽上方，共用侧板，水道与水槽之间用隔板分隔。
本发明所述一种巨型水车的控制系统，其特征在于：所述控制系统的控制方 法如下：
1)启动水泵，通过连接水管将水提升到水车转轮(4)的顶部，向水道和异形水斗(10)供水，使水车转轮(4)开始转动；
2)控制系统检测水车转轮(4)的转速，转速低于0.2转/分时，水泵继续向水车转轮(4)的顶部供水，直至水车转轮(4)转速达到0.2转/分，停止水泵供水，靠水车水轮自身转动所带入的水驱动水车转轮(4)转动，进入正常运转状态；
3)控制系统继续检测水车转轮(4)的转速，转速在设定转速的正负公差范围内时，控制系统不对水车转轮(4)的转速做调整；当水车转轮(4)的转速小于设定转速的负公差时，控制系统启动水泵向水车转轮(4)顶部供水，至水车转轮(4)转速达到设定转速时停止；当水车转轮(4)的转速大于设定转速的正公差时，控制系统减小水泵向水车转轮(4)顶部的供水量，并启动减速控制装置(6)减速，直至水车转轮(4)的转速在设定转速的正负公差范围内，停止水泵供水，停止减速控制装置(6)，维持正常运转状态。
本发明适用于水车转轮直径为20～40.0米，轮宽为2～4米的水车。
本发明是有益效果是：
1、水车钢支架即用于承载巨型水车，又将水、电、控制等管线隐藏其中，外观效果好。
2、采用中心复合轴，缩短了中心轴的加工工期，降低成本。
3、设有减速控制装置和导向环，可减小水车平面外风荷载作用下中心复合轮转轴所承受的弯矩，使水车转轮运转平稳。
4、可实现自动制动。
5、出水口根据不同的需要进入不同水道，可根据偏心重力需要调节，提高效率节约能量。
6、水斗注水时，水斗间的连通管，可提高注水效率，节约能源。
7、水槽设置侧喷口，满足水幕效果的需要。
附图说明：
图1是本发明的巨型水车整体立面示意图。
图2是本发明的巨型水车异形水斗三维示意图。
图3是异形水斗立面示意图。
图4是本发明的巨型水车中心复合轴三维示意图。
图5是本发明的巨型水车避雷塔架示意图。
图6是本发明的巨型水车连通器示意图。
图7是本发明的巨型水车水道三维示意图。
图8是本发明的巨型水车减速控制装置示意图。
图9是本发明的巨型水车水车控制流程示意图。
图中：1、基础承台 2、钢支架 3、中心轴 4、水车转轮 5、避雷塔架 6、减速控制装置 7、导向装置 8、水车制动环梁 9、水道 10、异形水斗 11、连通器 12、叶片。
具体实施方式：
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细说明。
实施例是置于水库中的巨型水车，水车转轮直径为39.0米，轮宽3.9米。巨型水车在盛水水斗重力作用下驱动水车转轮转动，并伴有水车转轮向两侧喷水，形成瀑布景观效果。实施例的水车直径和重量超出常规，其巨大水车体形风荷载影响大；水车结构需要足够刚度和强度，自重大；驱动水车启动和平稳转动的是偏心水斗重力，所需的偏心重力是变化的，对供水系统和水斗要求特殊；水车转动时，要向两侧喷水形成瀑布效果，需要水道特殊；水车转轮惯性大，需要减速制动控制系统。
巨型水车实施包括水车转轮4、中心转轴3、钢支架2、基础承台1、异形水斗10、水斗间连通器11、减速控制装置6、导向装置7、给水系统、控制系统和避雷塔架5，钢支架2固定连接在基础承台1上，水车转轮4通过中心转轴3安装在钢支架2顶部，水车转轮4上的水车叶片12为多片并排布置；中心转轴3是中心复合转轴，中心复合转轴包括一个中心实心转轴和一个外围受力圆筒，中心实心转轴是一个凸缘实心轴，凸缘实心轴上设有两个凸缘，凸缘在轴上均匀分布；凸缘实心轴两端通过转动轴承支撑在水车的钢支架2上，外围受力圆筒固定安装在凸缘实心轴3上，外围受力圆筒内壁上设有加劲板，外围受力圆筒的外周圆筒上设有连接大环板，水车转轮4固定连接在连接大环板上；异形水斗10是空心圆柱体，空心圆柱体上设有进水口，进水口是设置在圆柱面上的长条口，空心圆柱体内设有进水接管和出水接管，24个异形水斗10安装在水车转轮4外缘上，在水车转轮4两侧均匀布置；水斗间连通器11是连接安 装在水车转轮4外缘的相邻两异形水斗10之间的连接水管，连接水管上端与上方的异形水斗10内出水接管连接，下端与下方的异形水斗10内进水接管连接；减速控制装置6是多点接触减速控制装置，多点接触减速控制装置包括水车制动环梁8和制动减速装置，水车制动环梁8是固定在水车转轮4两侧的圆环梁，水车制动环梁8的直径为31.85m，制动减速装置包括刹车片、内滑动套筒、外固定套筒、油缸和液压系统，外固定套筒通过支座固定安装水车转轮4两侧的钢支架2上，位于与水车制动环梁8相对处，外固定套筒固定安装在支座上，内滑动套筒套装在外固定套筒内，可沿外固定套筒长度方向滑动，刹车片安装在内滑动套筒前端，油缸的活塞杆与内滑动套筒后端连接，油缸进出油管与液压系统相连，制动减速装置为4～12个，在水车转轮4两侧的钢支架2上对称布置；导向装置7是通过支撑杆固定在水车转轮4两侧钢支架2上的成对导向轮，共有六对；给水系统包括水泵、连接水管、水道和水槽，连接水管与水泵相连，连接水管出水口位于水车转轮4的顶端，出水口为三个，分别与水道9相对应，水泵置于水车转轮4下端，水道沿水车转轮4外缘布置，水槽为矩形槽，若干个水槽沿水车转轮4外缘布置在水道下侧面，在在水道(9)与每个水槽对应段的1/2处和水槽开口面的前后端设有挡板，挡板为竖立平板，水槽外侧壁的四个角上开有洒水孔；减速控制装置6和给水系统由控速系统统一控制；避雷塔架5安装在钢支架2顶部，避雷塔架5顶位于水车转轮4顶部上方，避雷针安装在避雷塔架5顶部；给水系统的连接水管置于避雷塔架5中。
水车控制系统的控制流程如下：
1)启动水泵，通过连接水管将水提升到水车转轮4的顶部，向水道和异形水斗10供水，使水车转轮4开始转动；
2)控制系统检测水车转轮4的转速，转速低于0.2转/分时，水泵继续向水车转轮4的顶部供水，直至水车转轮4转速达到0.2转/分，停止水泵供水，靠水车水轮自身转动所带入的水驱动水车转轮4转动，进入正常运转状态；
3)控制系统继续检测水车转轮4的转速，设定转速为0.15转/分～0.25转/分，转速在0.15转/分～0.25转/分之间时，控制系统不对水车转轮4的转速做调整；当水车转轮4的转速小于0.15转/分时，控制系统启动水泵向水车转轮4顶部供水，至水车转轮4转速达到0.2转/分时停止；当水车转轮4的转速在0.25转/分～0.30之间时，控制系统减小水泵向水车转轮4顶部的供水量， 并启动减速控制装置6减速，直至水车转轮4的转速低于0.25转/分，停止水泵供水，停止减速控制装置6，维持正常运转状态。
在连接水管从水车转轮4顶部向水道和异形水斗10供水时，水先逐渐灌入最靠近连接水管的异形水斗10。当该异形水斗10的水量达到溢水液面时，水斗中的水会通过连通器进入下一个异形水斗10。当第二个异形水斗10的水量达到溢水液面时，异形水斗10中的水又会通过连通器进入下一个异形水斗10。如此进行，形成一个封闭的循环。当各个水斗中的水形成的总扭矩克服了水车转轮4的惯性扭矩，水的阻力，风的阻力等时，水车将开始运转。各个水斗中的水形成的总扭矩受溢水液面控制。当水面未达到溢水液面时，连通器不起作用。它的下端连接下一个水斗，使上一水斗超过溢水液面的水都通过连通器进入下一水斗。每两个相邻的水斗间都连接有连通器，使水斗间形成一个封闭的循环。在水斗反向时，连通器的上端口也高于下端口，可避免水斗中的水倒流，使驱动水流转为单方向，以形成偏心驱动力。
在水车转轮外缘两侧的水道和水槽有高差台、挡水板和漏水孔。它们的组合形成水幕效果。在水车转速不同时，它们对水的分配亦不同，使在水车不同的转速时，都能有效地形成水幕。
驱动水的流量和刹车装置由控制系统控制。水车转轮4的额定转速在0.15转/分～0.25转/分，紧急控制转速为0.30转/分。当水车转速在额定转速时，控制系统会使巨型水车照常运行。当水车转速低于额定转速时，控制系统会控制水泵增大供水量，增加偏心扭矩，加大水车转速。当水车转速超过额定转速时，但小于紧急控制水车转速时，控制系统会控制水泵减小供水量，或是启动刹车系统，对水车进行减速。当水车转速大于紧急控制转速时，控制系统会停止水泵供水，并伴随刹车，对水车进行紧急控制，直到水车转速在额定转速范围内。
以上所述，仅为本发明专利较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种巨型水车，包括水车转轮(4)、中心转轴(3)、钢支架(2)和基础承台(1)，钢支架(2)固定连接在基础承台(1)上，水车转轮(4)通过中心转轴(3)安装在钢支架(2)顶部，其特征在于：所述巨型水车还包括异形水斗(10)、水斗间连通器(11)、减速控制装置(6)、导向装置(7)、给水系统和控制系统，所述水车转轮(4)上的水车叶片(12)为多片并排布置；所述中心转轴(3)是中心复合转轴，中心复合转轴包括一个中心实心转轴和一个外围受力圆筒，中心实心转轴是一个凸缘实心轴，凸缘实心轴上设有两个凸缘，凸缘在轴上均匀分布；凸缘实心轴两端通过转动轴承支撑在水车的钢支架(2)上，外围受力圆筒固定安装在凸缘实心轴(3)上，外围受力圆筒内壁上设有加劲板，外围受力圆筒的外周圆筒上设有连接大环板，水车转轮(4)固定连接在连接大环板上；所述异形水斗(10)是空心圆柱体，空心圆柱体上设有进水口，进水口是设置在圆柱面上的长条口，空心圆柱体内设有与水斗间连通器(11)连接的进水接管和出水接管，多个异形水斗(10)均匀的分布在水车转轮(4)外缘上；所述水斗间连通器(11)是连接安装在水车转轮(4)外缘的相邻两异形水斗(10)之间的连接水管，连接水管上端与上方异形水斗(10)内出水接管连接，下端与下方的异形水斗(10)内进水接管连接；所述减速控制装置(6)是多点接触减速控制装置，多点接触减速控制装置包括水车制动环梁(8)和制动减速装置，水车制动环梁(8)是固定在水车转轮(4)两侧的圆环梁，制动减速装置包括刹车片、内滑动套筒、外固定套筒、油缸和液压系统，外固定套筒通过支座固定安装在水车转轮(4)两侧的钢支架(2)上，位于与水车制动环梁(8)相对处，外固定套筒固定安装在支座上，内滑动套筒套装在外固定套筒内，可沿外固定套筒长度方向滑动，刹车片安装在内滑动套筒前端，油缸的活塞杆与内滑动套筒后端连接，油缸进出油管与液压系统相连，制动减速装置为4～12个，在水车转轮(4)两侧的钢支架(2)上对称布置；所述导向装置(7)是通过支撑杆固定在水车转轮(4)两侧钢支架(2)上的成对导向轮；所述给水系统包括水泵、连接水管、水道(9)和水槽，连接水管与水泵相连，连接水管出水口位于水车转轮(4)的顶端，出水口为三个，分别与水道(9)相对应，水泵置于水车转轮(4)下端，水道(9)沿水车转轮(4)外缘布置，水槽为矩形槽，若干个水槽沿水车转轮(4)外缘布置在水道(9)下侧面，在水道(9)与每个水槽对应段的1/2处和水槽开口面的前后端设有挡板，挡板为竖立平板，水槽外侧壁的四个角上开有洒水孔；所述减速控制装置(6)和给水系统由控速系统统一控制。
2.根据权利要求1所述一种巨型水车，其特征在于：所述安装在水车转轮(4)外缘上的多个异形水斗(10)为20～30个。
3.根据权利要求1所述一种巨型水车，其特征在于：所述多点接触减速控制装置的水车制动环梁(8)的直径为水车转轮(4)直径的2/3。
4.根据权利要求1所述一种巨型水车，其特征在于：所述导向装置(7)的导向轮固定于水车支架上。
5.根据权利要求1所述一种巨型水车，其特征在于：所述巨型水车还设有避雷塔架(5)，避雷塔架(5)安装在钢支架(2)顶部，避雷塔架(5)顶位于水车转轮(4)顶部上方，避雷针安装在避雷塔架(5)顶部。
6.根据权利要求1所述一种巨型水车，其特征在于：所述给水系统的连接水管置于避雷塔架(5)中。
7.根据权利要求1所述巨型水车洒水水道，其特征在于：所述水道和水槽为一体结构，所述一体结构为水道和水槽并列设置，水道位于水槽上方，共用侧板，水道与水槽之间用隔板分隔。
8.权利要求1～8所述一种巨型水车的控制系统，其特征在于：所述控制系统的控制方法如下：
1)启动水泵，通过连接水管将水提升到水车转轮(4)的顶部，向水道和异形水斗(10)供水，使水车转轮(4)开始转动；
2)控制系统检测水车转轮(4)的转速，转速低于设定时，水泵继续向水车转轮(4)的顶部供水，直至水车转轮(4)转速达到设定，停止水泵供水，靠水车水轮自身转动所带入的水驱动水车转轮(4)转动，进入正常运转状态；
3)控制系统继续检测水车转轮(4)的转速，转速在设定转速的正负公差范围内时，控制系统不对水车转轮(4)的转速做调整；当水车转轮(4)的转速小于设定转速的负公差时，控制系统启动水泵向水车转轮(4)顶部供水，至水车转轮(4)转速达到设定转速时停止；当水车转轮(4)的转速大于设定转速的正公差时，控制系统减小水泵向水车转轮(4)顶部的供水量，并启动减速控制装置(6)减速，直至水车转轮(4)的转速在设定转速的正负公差范围内，停止水泵供水，停止减速控制装置(6)，维持正常运转状态。
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