CN105649849B - 水轮机轮叶操作机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水轮机轮叶操作机构，属于水轮机领域，其包括轮叶、动力装置和传动轮，所述轮叶通过枢轴与所述传动轮固定连接，所述动力装置与所述传动轮传动连接并能带动所述传动轮转动。本发明提供的水轮机轮叶操作机构通过传动轮进行传动，当动力装置启动时，传动轮被带动，此时枢轴发生转动，相应的轮叶也随之转动，这种连接结构轮叶可以转动达到90°，大大提高轮叶的可操作性。其结构简单、安全可靠、安装方便、导叶叶片与轮叶叶片调节的同步性强。

Description

水轮机轮叶操作机构

技术领域

本发明涉及水轮机领域，具体而言，涉及一种水轮机轮叶操作机构。

背景技术

轴流式水轮机由于流道宽、过流量大的特点，在低水头大流量的水电站得到广泛应用。轴流转浆式水轮机是为了提高水轮发电机效率而制造的，它是一种导叶和轮叶都可以调节的水轮机，目前轮叶调节机构采用的是直连杆式叶片操作机构。

直连杆式叶片操作机构设计复杂，同时其打开轮叶角度受到限制，通常只能达到0°～60°，实际操作起来存在不便的地方。同时一旦其中一个连杆出现故障，整个轮叶都不能进行操作，操作局限性大，可靠性不高。

发明内容

本发明提供了一种水轮机轮叶操作机构，旨在改善上述技术问题。

本发明是这样实现的：

一种水轮机轮叶操作机构，包括轮叶、动力装置和传动轮，所述轮叶通过枢轴与所述传动轮固定连接，所述动力装置与所述传动轮传动连接并能带动所述传动轮转动。

本技术方案提供的水轮机轮叶操作机构通过传动轮进行传动，当动力装置启动时，传动轮被带动，此时枢轴发生转动，相应的轮叶也随之转动，这种连接结构轮叶可以转动达到90°，大大提高轮叶的可操作性。

它可以保证在运行工况发生变化时水轮机始终维持在较高的效率。与现有的直连杆式叶片操作机构相比，齿轮式叶片操作机构的优点是：结构简单、安全可靠、安装方便、导叶叶片与轮叶叶片调节的同步性强。

进一步地，所述传动轮为齿轮，所述动力装置包括动力部和齿条，所述齿条连接所述动力部，所述齿条与所述齿轮啮合。

传动轮除了可以采用齿轮齿条传动以外，还可以采用皮带轮等其他传动方式。本技术方案中，齿条的设置方向是与动力部动力传输方向匹配的，当动力部工作时，齿条运动并带动齿轮运动，实现轮叶的打开和关闭。

动力部可以是液压装置、螺杆等，进一步地，所述动力部包括液压缸和活塞杆，所述活塞杆连接所述齿条，所述液压缸驱动所述活塞杆伸缩运动。

水轮机具有多个轮叶，因此在整个水轮机的操作过程中，通常需要同时将所有轮叶打开同样的角度。这种情况下，可以对每个轮叶进行单独操作，也就是每个轮叶配置独立的操作机构。但这样势必会增加成本和占用更大的空间。

因此进一步地，所述活塞杆的端部设置有活塞，所述活塞上竖向连接有多根齿条，多根所述齿条沿所述活塞的周向均匀设置，每根所述齿条连接一个所述轮叶。

当活塞杆上下伸缩运动时，活塞上连接的齿条同步上下伸缩运动，所有的轮叶均会发生转动，同时这样设置的好处时每个轮叶打开的时间和角度都能做到完全同步。

相较于直连杆式叶片操作机构，本技术方案中提供的水轮机轮叶操作机构同步性高且成本更加低廉。

在水轮机的工作过程中，时常会遇到木头等异物卡在水轮机两个导叶或轮叶之间，使得整个轮叶无法关闭。此时操作人员如果未能及时发现而继续启动动力部时，很容易折断枢轴或者轮叶，且更严重的是，当所有轮叶是同步操作的时候，很可能会损伤所有轮叶，造成极大的损失。

进一步地，所述枢轴包括第一枢轴和第二枢轴，所述第一枢轴和第二枢轴通过剪力销固定连接。

剪力销是一种在正常工作情况下能保证两个连接件之间的传动工作，并且在受到一定的剪力时会发生断裂的销。

用在此处时，当有异物卡在轮叶处时，第一枢轴无法发生转动，而第二枢轴在动力部的带动下会受到强大的剪力，此时，连接第一枢轴和第二枢轴的剪力销同样受到强大的剪力，当达到剪力销的最大承受剪力时，剪力销发生断裂或者脱离，第一枢轴和第二枢轴间连接中断，第二枢轴可以自由转动，而第一枢轴保持静止，防止损坏枢轴或轮叶。

需要说明的是，此处的“第一”和“第二”只起到区分作用，并不构成对结构的限定。

通过使用剪力销结构，当其中一个或多个轮叶受到异物的阻挡无法转动时，连接该轮叶的枢轴停止工作，而其他轮叶的运动不受影响，动力装置还可继续工作，即使该轮叶受到损伤，其他轮叶也不会受损。

剪力销的结构可以设置成多种，进一步地，所述剪力销包括半球圆柱销、壳体和弹簧，所述壳体的一端开口，所述弹簧的两端分别固定在所述壳体的底部和所述半球圆柱销；

所述第一枢轴内设置有卡槽，所述壳体嵌设在所述卡槽内，所述第二枢轴内设置有半球形槽，所述半球圆柱销伸出所述开口并嵌设在所述半球形槽内。

当有异物卡住轮叶时，第二枢轴相对于第一枢轴转动，此时剪力销的半球圆柱销伸入第二枢轴的部分受到强烈的剪力，因此弹簧剪力销会被压缩回壳体内，使得半球圆柱销脱离第二枢轴，此时第二枢轴便可自由转动，而第一枢轴则保持静止。

需要说明的时，由于弹簧的作用，半球圆柱销要被压缩进壳体内，需要半球圆柱销受到强大的剪力方可，因此在第一枢轴和第二枢轴均能自由转动时，半球圆柱销虽然也会受到来自第一枢轴和第二枢轴间因发生相对转动趋势而产生的剪力，但该剪力很小，无法将半球圆柱销压缩，也就能保证第一枢轴和第二枢轴的正常工作。

进一步地，所述第一枢轴和所述第二枢轴均具有用于相互连接的连接端，所述第一枢轴的连接端的纵向截面为月牙形，所述第二枢轴的连接端的纵向截面为圆形，所述第二枢轴的连接端套设在所述第一枢轴的连接端内。

这样的设计可以保证，当第二枢轴将半球圆柱销压缩后，第二枢轴可以旋转360°。

半球圆柱销被压缩后，当第二枢轴转动一圈后，半球圆柱销会继续回弹回第二枢轴中，也就是可以实现复位，这样设置的好处是当异物被清理后，继续启动动力装置，半球圆柱销可以自动复位实现第一枢轴和第二枢轴间的连接，不必将第一枢轴和第二枢轴拆开，设计更加合理。

进一步地，所述壳体的底部设置有两个导线触头，两个所述导线触头分别通过导线连接电源的正负极，所述导线上设置有报警器，所述半球圆柱销由导体制成，所述半球圆柱销能连通两个导线触头。

当半球圆柱销被压缩回壳体中，半球圆柱销与两个导线触头接触，电路被连通，导线上的报警器示警，这样工作人员便可知晓轮叶中可能有异物，便于及时的清理，防止其他此生事故的发生。

进一步地，所述半球圆柱销朝向所述导线触头的一侧为平面，两个所述导线触头等高。

进一步地，当所述半球圆柱销被完全压缩回所述壳体时，两个所述导线触头与所述半球圆柱销接触。

这样设计的好处是半球圆柱销被完全压缩回壳体时，电路方能连通，避免一些异常发生，同时防止半球圆柱销将导线触头挤压变形。

本发明的有益效果是：本发明提供的水轮机轮叶操作机构通过传动轮进行传动，当动力装置启动时，传动轮被带动，此时枢轴发生转动，相应的轮叶也随之转动，这种连接结构轮叶可以转动达到90°，大大提高轮叶的可操作性。其结构简单、安全可靠、安装方便、导叶叶片与轮叶叶片调节的同步性强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例1提供的水轮机轮叶操作机构的结构示意图；

图2是本发明实施例2提供的水轮机轮叶操作机构中枢轴的结构示意图；

图3是本发明实施例2提供的水轮机轮叶操作机构中剪力销的结构示意图；

图4是图3中壳体的结构示意图；

图5是本发明实施例2提供的水轮机轮叶操作机构中第一枢轴的连接端的剖面图；

图6是本发明实施例2提供的水轮机轮叶操作机构中第二枢轴的连接端的剖面图。

图中标记分别为：

轮叶101；齿轮102；齿条103；活塞104；活塞杆105；枢轴110；第一枢轴111；盲孔112；卡槽113；第二枢轴114；第二枢轴连接端115；半球形槽116；剪力销120；开口121；翻边122；半球圆柱销123；弹簧124；导线触头125；导线126；壳体127。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1，参阅图1

如图1所示，本实施例提供了一种水轮机轮叶101操作机构，包括轮叶101、动力装置和传动轮，轮叶101为多个，沿轮叶101的转动轴的轴向均匀设置，轮叶101连接有枢轴110，枢轴110的另一端连接有齿轮102，枢轴110与齿轮102是固定连接的，也就是说枢轴110和齿轮102之间不存在相对转动。

动力装置与齿轮102连接并带动齿轮102顺时针或逆时针转动，在本实施例中，动力装置包括动力部和齿条103，齿条103连接动力部，齿条103与齿轮102啮合，通过齿轮102齿条103传动实现动力的传输，动力部包括液压缸和活塞杆105，活塞杆105的下端设置有活塞104，活塞104为圆盘状，齿条103竖向的设置在活塞104下方，液压缸驱动活塞杆105伸缩运动，当活塞杆105伸缩运动时，齿条103竖向移动，进而带动齿轮102转动，实现轮叶101的转动。

这样的设计只要保证齿轮102能旋转90°，轮叶101便能从水平状态旋转为竖直状态，也就是打开至最大角度，这种效果是现有技术中直连杆式轮叶101操作机构达不到的。

本实施例中，活塞104下方连接有多根齿条103，每根齿条103均单独连接一个齿轮102，每个齿轮102均通过枢轴110连接一个轮叶101，也就是说，当活塞杆105竖向伸缩运动时，可以带动所有的轮叶101转动，且所有轮叶101的转动是同步的。

实施例2，参阅图2至图6

本实施例所提供的水轮机轮叶101操作机构，其基本结构和原理及产生的技术效果和实施例1相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考实施例1中相应内容。

本实施例与实施例2的区别在于，本实施例提供的水轮机轮叶101操作机构中，枢轴110包括第一枢轴111和第二枢轴114，第一枢轴111连接轮叶101，第二枢轴114连接齿轮102，如图5所示，第一枢轴111的纵向截面为月牙形，中间形成一个圆柱状的盲孔112，第一枢轴111内设置有卡槽113，卡槽113的开设方向是沿盲孔112的径向设置的。

如图6所示，第二枢轴114的连接端的纵向截面为圆形，第二枢轴114内设置有半球形槽116，半球形槽116开设的位置是与卡槽113的位置对应的，第二枢轴连接端115用于与第一枢轴111连接，其直径较第二枢轴114连接齿轮102的一端小，并与盲孔112的直径相匹配，第二枢轴114的连接端伸入第一枢轴111上的盲孔112内并套设在其中。当第二枢轴114的连接端插入盲孔112中时，卡槽113与半球形槽116对应。

第一枢轴111和第二枢轴114通过剪力销120固定连接。具体而言，如图2所示，剪力销120包括半球圆柱销123、壳体127和弹簧124，壳体127为中空的筒状，壳体127的一端设置开口121，开口121处设置有翻边122，半球圆柱销123的上端呈半球状，下端为圆柱体状，上端伸出开口121，而下端的圆柱直径较开口121的直径打，使得半球圆柱销123不能脱出开口121，但其半球状的上端可以沿壳体127滑动。

弹簧124的两端分别固定在壳体127的底部和半球圆柱销123，在正常工作状态下，弹簧124处于受压状态并将半球圆柱销123的上端顶出开口121。

壳体127嵌设在卡槽113内，半球圆柱销123伸出开口121并嵌设在半球形槽116内，弹簧124将半球圆柱销123始终顶入半球形槽116中，实现第一枢轴111和第二枢轴114间的连接。

当液压缸启动，带动齿条103竖向运动后，齿轮102发生转动，进而第二枢轴114转动，在剪力销120的作用下，第一枢轴111与第二枢轴114发生同步转动，使得轮叶101旋转。

这样设计的好处在于：(1)当有异物卡住轮叶101时，轮叶101无法转动，相应的第一枢轴111也不会发生转动，此时如果操作人员未发现此异常而启动液压缸，第二枢轴114会发生转动趋势，但由于第一枢轴111被卡死，其转动能会直接作用与半球圆柱销123上，此时半球圆柱销123会受到强大的剪切力，当剪切力大于弹簧124对半球圆柱销123的弹性力后，半球圆柱销123会被逐步的压缩回壳体127中，此时第二枢轴114和第一枢轴111间便无连接，第二枢轴114可以继续旋转，这样就避免了枢轴110因受到巨大剪切力而断裂的情形。

(2)除了可以避免枢轴110断裂以外，当故障排除也就是将异物清理掉后，继续启动动力装置，此时第二枢轴114继续转动，当转动至半球形槽116与半球圆柱销123位置对应后，半球圆柱销123在弹簧124的弹力作用下自动复位至半球形槽116中，不需将第一枢轴111和第二枢轴114拆开。

(3)当一个轮叶101被异物阻挡后，连接该轮叶101的第一枢轴111停止转动，而连接该第一枢轴111的第二枢轴114仍可继续转动，对活塞杆105和活塞104的动作不会产生影响，因此不会影响其他轮叶101的正常转动。

在出现上述故障时，为了便于操作人员及时发现故障的存在，更优选的实施方式是在壳体127的底部设置报警装置，报警装置包括两个导线触头125，两个导线触头125是等高的，两个导线触头125分别通过导线126连接电源的正负极，导线126上设置有报警器，而半球圆柱销123采用导体制成，半球圆柱销123的下端为圆柱状，其底面为平面。

这样当半球圆柱销123被压缩回壳体127后，半球圆柱销123连通两个导线触头125，实现电路的连通，此时报警器示警，操作人员便可获知整个操作机构存在故障。

报警装置设置与否并不影响本实施例的可行性，设置报警装置仅是为方便操作人员使用。

需要说明的是，在本实施例中，半球圆柱销123要被压缩回壳体127内，第二枢轴114需要对其施加的力应大于弹簧124的弹力，而在轮叶101没有被异物阻挡也就是第一枢轴111能正常转动的情况下，第二枢轴114对半球圆柱销123所产生的剪力是很小的，不足以将半球圆柱销123压缩，因此正常运转过程中，不会出现半球圆柱销123从第一枢轴111与第二枢轴114的连接处脱离的情形。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种水轮机轮叶操作机构，其特征在于，包括轮叶、动力装置和传动轮，所述轮叶通过枢轴与所述传动轮固定连接，所述动力装置与所述传动轮传动连接并带动所述传动轮转动，所述枢轴包括第一枢轴和第二枢轴，所述第一枢轴和第二枢轴通过剪力销固定连接，所述剪力销包括半球圆柱销、壳体和弹簧，所述壳体的一端开口，所述弹簧的两端分别固定在所述壳体的底部和所述半球圆柱销；所述第一枢轴内设置有卡槽，所述壳体嵌设在所述卡槽内，所述第二枢轴内设置有半球形槽，所述半球圆柱销伸出所述开口并嵌设在所述半球形槽内，所述第一枢轴和所述第二枢轴均具有用于相互连接的连接端，所述第一枢轴的连接端的纵向截面为月牙形，所述第二枢轴的连接端的纵向截面为圆形，所述第二枢轴的连接端套设在所述第一枢轴的连接端内。

2.根据权利要求1所述的水轮机轮叶操作机构，其特征在于，所述传动轮为齿轮，所述动力装置包括动力部和齿条，所述齿条连接所述动力部，所述齿条与所述齿轮啮合。

3.根据权利要求2所述的水轮机轮叶操作机构，其特征在于，所述动力部包括液压缸和活塞杆，所述活塞杆连接所述齿条，所述液压缸驱动所述活塞杆伸缩运动。

4.根据权利要求3所述的水轮机轮叶操作机构，其特征在于，所述活塞杆的端部设置有活塞，所述活塞上竖向连接有多根齿条，多根所述齿条沿所述活塞的周向均匀设置，每根所述齿条连接一个所述轮叶。

5.根据权利要求1所述的水轮机轮叶操作机构，其特征在于，所述壳体的底部设置有两个导线触头，两个所述导线触头分别通过导线连接电源的正负极，所述导线上设置有报警器，所述半球圆柱销由导体制成，所述半球圆柱销能连通两个导线触头。

6.根据权利要求5所述的水轮机轮叶操作机构，其特征在于，所述半球圆柱销朝向所述导线触头的一侧为平面，两个所述导线触头等高。

7.根据权利要求6所述的水轮机轮叶操作机构，其特征在于，当所述半球圆柱销被完全压缩回所述壳体时，两个所述导线触头与所述半球圆柱销接触。