CN104632685B - 用于透平的叶轮叶片的调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于透平(1)的叶轮叶片(2)的调节装置，叶轮叶片布置在轮毂上，其中，设置有液压的伺服缸，其中，设置有另一伺服缸(6)。该调节装置的特征尤其在于，伺服缸的调节导杆利用端部能转动地支承在与叶轮叶片(2)的轴固定连接的调节曲柄(9)上。利用该布置，也可以实现调节，也就是说，旋转360°。在此，调节导杆(7、8)的支座可以偏心布置，也就是说，布置在轮毂(3)的转动轴线(17)之外。备选地，除了主伺服缸(5)以外还设置有另一辅助伺服缸(6)，该辅助伺服缸对置于主伺服缸(5)地布置并且该辅助伺服缸的调节导杆(8)相对主伺服缸(5)的调节导杆(7)呈角度错开地布置在调节曲柄(9)上。

Description

用于透平的叶轮叶片的调节装置

技术领域

本发明涉及一种用于透平的叶轮叶片的调节装置，叶轮叶片布置在轮毂上，其中，设置有液压的伺服缸，其中，设置有另一伺服缸。

背景技术

叶轮叶片调节装置例如在卡普兰式透平(Kaplanturbine)中使用，以便在任何流量的情况下都始终达到最有利的效率。在此，在一侧被穿流的轴向透平中，叶轮叶片的调节范围在大约30°。在沿两个方向被穿流的可逆的轴向透平中，用于最佳的叶轮叶片位置所必需的调节范围上升到至少约200°。这以迄今为止利用液压的伺服缸的解决方案还不能实现，这是因为在此在角度位置中出现了死点，在该死点中，伺服缸的力矩臂将为零，并且因此不再能够实现进一步的调节。

就一方面选择具有减少的效率的对称叶片型廓，另一方面例如借助齿条执行调节运动而言，有备选的解决方案。

发明内容

因此，本发明的目标在于，提供一种对也用于可逆的轴向透平的叶轮叶片进行调节的解决方案。

根据本发明，这通过如下方式来实现，即，伺服缸的调节导杆利用端部能转动地支承在与叶轮叶片的轴固定连接的调节曲柄上。利用这类实施方式，也可以实现叶轮叶片的360°的转动。

本发明的有利的改进方案的特征在于，调节导杆的支座偏心布置，也就是说，布置在轮毂的转动轴线之外，其中，伺服缸可以同中心布置。由此，一方面伺服缸可以同中心布置，这样就节省了空间。另一方面，两个伺服缸在每个曲柄位置中都始终具有足够的力，以便驱动曲柄。

本发明的备选的设计方案的特征在于，伺服缸实施为单个缸，其中，伺服缸可以具有共同的活塞杆。

本发明的有利的改进方案的特征在于，调节导杆布置在共同的与调节曲柄连接的栓柱上。

本发明的备选的设计方案的特征在于，调节导杆与轮毂的转动轴线相间隔地布置在不同的平面中，其中，调节导杆可以布置在不同的栓柱上，这些栓柱绕叶轮叶片的转动轴线相互间呈角度地布置。

本发明的有利的设计方案的特征在于，透平的所有布置在轮毂上的叶轮叶片的调节导杆的支座都与相同的伺服缸连接。

被证实为有利的是，在每个曲柄位置中，由透平的叶轮叶片的至少一个调节导杆产生向叶轮叶片的调节曲柄上的转矩。

本发明的另一根据本发明的设计方案的特征在于，除了主伺服缸以外还设置有另一辅助伺服缸，该辅助伺服缸与主伺服缸相对置地布置，并且该辅助伺服缸的调节导杆相对主伺服缸的调节导杆呈角度错开地布置在调节曲柄上。通过主伺服缸的和辅助伺服缸的错开的调节导杆能够进行连续的运动，进而能够超过180°直至360°地对叶轮叶片进行调节。

本发明的有利的改进方案的特征在于，主伺服缸的和辅助伺服缸的缸布置在共同的活塞杆上。由此，可以实现紧凑的结构方式。

本发明的有利的设计方案的特征在于，主伺服缸的与辅助伺服缸的调节曲柄的作用点之间的错开角度为60°至120°之间。因此，用于调节所必需的力花费可以特别好地得到优化。

本发明的有利的设计方案的特征在于，辅助伺服缸具有主伺服缸的10％与30％之间的，优选约20％的力。

被证实特别有利的是，辅助伺服缸在主伺服缸的调节导杆的死点的区域中承担了对叶片的调节，其中，辅助伺服缸优选在行程的剩余部分是无压的。因此，可以利用很小的能量花费实现经过整个调节范围的调节。

附图说明

现在结合附图示例性地对本发明进行描述，其中：

图1示出透平的视图，在该透平中应用到了本发明，

图2示出根据本发明的调节装置的示意图，

图3示出调节装置的根据本发明的设计方案，

图4示出根据本发明的调节装置的备选的设计方案，

图5a至图5h示出叶片在转动了360°的情况下的调节过程，

图6示出根据本发明的调节装置的另一设计方案，

图7示出沿着直线VII-VII穿过图6的剖面，

图8示出穿过透平轮毂的剖面，该透平轮毂具有根据本发明的备选的布置，

图9a至图9e示出叶片在备选布置的情况下的调节过程。

具体实施方式

图1示出了卡普兰式叶轮1，该卡普兰式叶轮在该示例中具有三个叶片或叶轮桨叶2，这些叶片或叶轮桨叶能转动或者能枢转地固定在叶轮轮毂3上。通过该可调节性确保了，叶轮叶片2对最佳的效率来说始终是在最佳的位置中。因此，叶轮叶片2的位置始终匹配于水流。这类的叶轮1也可以作为轴向叶轮置入管道中。在此，于是在具有水流换向的情况下出现如下问题，即，叶轮通常仅能够针对一个水流方向在效率方面最佳地实施。为了避开该问题，在此于是经常选择如下的叶轮叶片几何形状，其虽然对于单个水流方向来说不是最佳的，但是对于两个方向来说总地相应匹配。

图2中示出了根据本发明的设备的示意图。能识别出叶轮叶片2，该叶轮叶片与桨片盘或调节曲柄9连接。两个伺服缸的两个导杆7、8接合在曲柄栓柱15上，其中，导杆支座13(左伺服缸)和导杆支座14(右伺服缸)以至轮毂的转动轴线17间距16地布置。有利的是，导杆支座13、14的连接线与轮毂3的轴线17平行地布置。

图3示出了根据本发明的调节装置的变型方案，其中，在此两个伺服缸被组合起来并且布置在共同的缸壳体中。通过两个直线作用的促动器5和6(在正常情况下为液压缸)，经由导杆(联杆)7、8，使得能转动地支承在轮毂3中的叶轮叶片2能转动支承地与调节曲柄9的曲柄栓柱15连接。由于导杆支座13、14的偏心布置，即使一个导杆7、8位于死点位置也确保，另外的导杆能够驱动调节曲柄9。圆周引导部18将导杆反应力传递到轮毂3上。在此，两个伺服缸5、6布置在共同的活塞杆4上。该布置是非常紧凑的结构形式。

图4中示出了本发明的另一变型方案，其中，在此设置有两个单个的伺服缸5、6。两个导杆7、8的导杆支座13、14在此也偏心布置，也就是说，支座13、14置于轮毂轴线17之外。

图5a至图5h示出了针对叶轮叶片2的360°转动的运动过程。缸5、6的相应的运动通过箭头5′或6′示出。曲柄栓柱15的运动以箭头15′标记。

图5a示出了伺服缸5、6沿相同方向5′和6′向左的运动。由此，曲柄栓柱15沿方向15′逆时针地从顶点运动。然后，在图5b中到达缸6的第1死点(左)(因此没有箭头6′)。左缸5在此承担了全部用于使曲柄栓柱15转动的牵引力。在克服缸6的该死点之后，该缸6继续沿方向箭头6′向右作用，而缸5继续沿方向5′向左作用(图5c)。这样就实现了，直至到达缸5的第1死点(左)(图5d)。在此，于是缸6承担了用于使曲柄栓柱15沿方向15′转动的全部牵引力。

现在缸5的力继续沿方向5′向右起作用，其中，很快到达曲柄栓柱15的下顶点。因此，叶轮叶片2也转动了180°(图5e)。运动继续进行直至到达缸6的第2死点(右)(参见图5f)。根据图5g，现在曲柄栓柱15继续转动，(根据图5h)直至到达缸5的第2死点(右)并且缸6承担了全部的力。因此，于是以图5a结束了运动过程，由此叶轮叶片实现了360°的完整转动。

通常，无需完整的转动，而是叶轮叶片2的位置在两个位置之间实现，其中，在此于是，在到达“端部位置”之后反向进行运动并且抹过大约220°的区域。

图6中示出了本发明的备选的设计方案，在该设计方案中，调节导杆7、8接合在不同的曲柄栓柱15、15″上。在此，曲柄栓柱15、15″绕叶轮叶片的转动轴线相互间具有角度α。该角度优选为90°，但也可以更大，例如为120°。

图7示出了沿着直线VII-VII，也就是说，沿着轮毂的转动轴线穿过图6的剖面。该图示相应于图4，其中，在此调节导杆7、8以至转动轴线不同间距地布置并且接合在不同的曲柄栓柱15、15″上。所有剩余部分相应于图4中的部分并且配设有相同的附图标记。

图8现在示出了根据本发明的调节装置的备选的实施方案，其中，在此仅示出了叶轮轮毂3而没有示出相应的叶轮叶片。尽管该调节装置同时针对所有的叶轮叶片，也就是说，在该情况下针对三个叶片实施，但该调节装置也仅针对一个叶轮叶片示出。活塞杆4沿机器转动轴线延伸，主伺服缸5布置在活塞杆上。辅助伺服缸6布置在对置于轮毂3的侧上。主伺服缸5的调节导杆7以及辅助伺服缸6的调节导杆8错开地布置在调节曲柄9上，其中，调节曲柄9直接与叶轮叶片2(在此未示出)连接。调节导杆7和8的错开的作用点可以围成90°至120°的角度(在此示出是约90°)。

图9a至图9e示出了针对不同运行状态的叶轮叶片2的以及伺服缸5、6的位置。轮毂3围绕调节装置布置，该轮毂在运行状态中被水包围冲刷。

图9a示出了具有最小的叶片开口的可逆的轴向透平的透平运行情况，在最小的叶片开口的情况下，水相应于箭头10从左而来并且因此使透平逆时针转动。在此，主伺服缸5的调节导杆7的作用点相对于缸轴线围成了-110°(相当于250°)的角度。

图9b示出了在具有最大的叶片开口的透平运行下，轴向透平的运行状态，其中，在此水流同样根据箭头10从左而来并且使透平逆时针转动。因此，水流从发电站的上水向下水进行。调节导杆7的作用点与水平的轴线之间的角度在此为-70°(相当于290°)，其中，机器转动轴线以11标记。

图9c现在示出了关键性的状况，在该状况中，主伺服缸5的调节导杆7来到死点，并且因此没有力能够施加用于对叶片2的继续调节。因此，根据本发明在该位置之前约20°和之后约20°无压地连接主伺服缸5并且激活辅助伺服缸6。因此，通过错开布置调节导杆7和8的作用点可以克服主伺服缸5连同调节导杆7的死点。余下的时间保持无压地接通辅助伺服缸6并且仅随同运转。

然后，在图9d中示出了沿第2方向的泵运行或者也是透平运行，其中，在此水流根据箭头12从右而来并且使轴向透平的转动方向是顺时针的。在根据图9d的最小的叶片开口的情况下，主伺服缸5的调节导杆7至水平的轴线的角度为+70°。

如果轴向透平在泵运行中或透平运行中沿第2方向利用最大的叶片开口运行，那么将得到如图9e中所示的位置，该位置具有110°角度和根据箭头12的从右来的流量方向，这样就导致了顺时针的转动方向。

在此所说明的调节导杆7相对轴线的角度是示例性地并且也可以稍加改变。在此，在最大的和最小的叶片开口的情况下，调节导杆的位置依赖于叶片结构。死点周围的区域同样可以改变，这要视调节导杆7和8的作用点的错开角度和能由辅助伺服缸6施加的力而定。然而重要的是，在该区域中，无压地接通主伺服缸5，而在该区域之外无压地接通辅助伺服缸6。

本发明并不受这些附图限制。因此，叶轮叶片也可以沿朝着图5a至5h中所示的方向的(也就是说，顺时针方向的)相反方向进行完全转动。例如，伺服缸的结构也可以具有不同的外观。

Claims (16)

1.一种用于透平的叶轮叶片的调节装置，所述叶轮叶片布置在轮毂上，其中，设置有液压的伺服缸（5），其中，设置有另一伺服缸（6），其特征在于，所述液压的伺服缸和所述另一伺服缸的调节导杆（7、8）利用端部能转动地支承在与所述叶轮叶片（2）的轴固定连接的调节曲柄（9）上并且实现所述叶轮叶片（2）的360度的旋转运动。

2.根据权利要求1所述用于透平的叶轮叶片的调节装置，其特征在于，所述液压的伺服缸设置为主伺服缸（5）并且所述另一伺服缸设置为辅助伺服缸（6），所述辅助伺服缸对置于所述主伺服缸（5）地布置并且所述辅助伺服缸的调节导杆（8）相对所述主伺服缸（5）的调节导杆（7）呈角度（α）错开地布置在所述调节曲柄（9）上。

3.根据权利要求2所述用于透平的叶轮叶片的调节装置，其特征在于，所述角度（α）为60º至120º之间。

4.根据权利要求2或3所述用于透平的叶轮叶片的调节装置，其特征在于，所述辅助伺服缸（6）具有所述主伺服缸（5）的10%与30%之间的力。

5.根据权利要求2或3所述用于透平的叶轮叶片的调节装置，其特征在于，所述辅助伺服缸（6）在所述主伺服缸（5）的调节导杆的死点的区域中承担了叶片调节，并且无压地连接所述主伺服缸（5），其中，所述区域能够在死点之前20º和之后20º。

6.根据权利要求5所述用于透平的叶轮叶片的调节装置，其特征在于，所述辅助伺服缸（6）在行程的剩余部分是无压的。

7.根据权利要求1所述用于透平的叶轮叶片的调节装置，其特征在于，所述液压的伺服缸和所述另一伺服缸的调节导杆（7、8）的支座（13、14）偏心布置，也就是说，布置在所述轮毂（3）的转动轴线（17）之外。

8.根据权利要求1至3中任一项所述用于透平的叶轮叶片的调节装置，其特征在于，所述液压的伺服缸和所述另一伺服缸同中心地布置。

9.根据权利要求1至3中任一项所述用于透平的叶轮叶片的调节装置，其特征在于，所述液压的伺服缸和所述另一伺服缸设计为单个缸。

10.根据权利要求1至3中任一项所述用于透平的叶轮叶片的调节装置，其特征在于，所述液压的伺服缸和所述另一伺服缸具有共同的活塞杆（4）。

11.根据权利要求7所述用于透平的叶轮叶片的调节装置，其特征在于，所述液压的伺服缸和所述另一伺服缸的调节导杆（7、8）布置在共同的栓柱上（15），所述栓柱与所述调节曲柄（9）连接。

12.根据权利要求7所述用于透平的叶轮叶片的调节装置，其特征在于，所述液压的伺服缸和所述另一伺服缸的调节导杆（7、8）与所述轮毂（3）的转动轴线（17）相间隔地布置在不同的平面中。

13.根据权利要求12所述用于透平的叶轮叶片的调节装置，其特征在于，所述液压的伺服缸和所述另一伺服缸的调节导杆（7、8）布置在不同的栓柱（15、15′′）上，所述栓柱绕所述叶轮叶片（2）的转动轴线相互间呈角度地布置。

14.根据权利要求7所述用于透平的叶轮叶片的调节装置，其特征在于，所述透平（1）的所有所述布置在轮毂（3）上的叶轮叶片（2）的调节导杆（7、8）的支座（13、14）与所述液压的伺服缸和所述另一伺服缸中的一个连接。

15.根据权利要求7所述用于透平的叶轮叶片的调节装置，其特征在于，在每个曲柄位置中由所述透平（1）的叶轮叶片（2）的至少一个调节导杆（7、8）向所述叶轮叶片（2）的调节曲柄（9）产生转矩。

16.根据权利要求2或3所述用于透平的叶轮叶片的调节装置，其特征在于，所述辅助伺服缸（6）具有所述主伺服缸（5）的20%的力。