CN105909451B - 一种具有遥控功能的水轮机导水系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有遥控功能的水轮机导水系统，包括中心机构、底环、若干周向均匀分布在中心机构外侧的传动机构和若干周向均匀分布在底环内侧的转向机构，所述传动机构的数量与转向机构的数量相等且一一对应，该具有遥控功能的水轮机导水系统通过中心机构带动导叶旋转，由于导叶单独使用传动机构，减少了机械连接的间隙，减小了驱动要求，转向机构相对于导叶的作用力相同，使导叶的转向一致，保证了受力均匀的同时使操作更平稳，不仅如此，在超声波发射电路中通过超声波传感器、第一三极管和第二三极管组成的频率振荡器将电振荡信号转换为超声波信号，并且采用了常规的元器件，降低了生产成本，提高了系统的实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有遥控功能的水轮机导水系统。
背景技术
在水利发电系统中，根据电力系统负荷的使用情况，需要实时调节水轮机的发电功率，以适应系统对机组的要求，为了达到调节发电功率的目的，在水轮机的导水系统中，通常通过改变导叶的方向控制水流的流量，依次调节水流对水轮机的做功大小，从而实现水轮机发电功率的改变。
在现有的水轮机导水系统中，通常由两个接力器操作控制环的转动，带动导叶角度的转动，在运行过程中由于接力器在控制环上的作用点少从而导致需要接力器产生较大的驱动力才能推动控制环转动从而实现导叶角度改变，同时，由于中间机械连接环节容易产生间隙，使得该操作不稳定，不仅如此，在现有的遥控装置的超声波发射电路中，都是采用了昂贵的集成电路来进行控制超声波信号的发生，而且集成电路的外围电路普遍较复杂，工艺较多，大大提高了其生产成本，降低了系统的实用价值。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中驱动力要求高、操作不稳定且遥控设施复杂成本高的不足，提供一种驱动力要求低、操作稳定且遥控成本低的具有遥控功能的水轮机导水系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种具有遥控功能的水轮机导水系统，包括中心机构、底环、若干周向均匀分布在中心机构外侧的传动机构和若干周向均匀分布在底环内侧的转向机构，所述传动机构的数量与转向机构的数量相等且一一对应，所述转向机构设置在底环的上方，所述传动机构设置在转向机构的上方，所述转向机构包括转臂、导叶轴和导叶，所述中心机构设置在传动机构的上方，所述中心机构通过传动机构与转向机构传动连接；
所述中心机构包括竖直向下设置的驱动电机、驱动轴和水平设置的驱动齿轮，所述驱动电机通过驱动轴与驱动齿轮传动连接；
所述传动机构包括水平设置的从动齿轮、伸缩单元和竖向设置的连接轴，所述从动齿轮固定在连接轴的顶端，所述从动齿轮与驱动齿轮啮合，所述伸缩单元设置在连接轴的底端；
所述伸缩单元包括矩形框体和设置在框体中心的驱动轮，所述框体的内壁宽度方向两侧设有若干从动齿，所述驱动轮固定在连接轴的底端，所述驱动轮的直径等于框体的宽度，所述驱动轮的外周上设有若干主动齿，各主动齿沿驱动轮的圆心均匀分布在驱动轮的半圆面上，所述从动齿与驱动轮的主动齿相匹配，所述框体的单侧内壁上的从动齿形成齿条，所述齿条的长度等于驱动轮的圆周的周长的一半；
所述导叶轴设置在导叶的上方，所述转臂的一端与导叶轴铰接，所述转臂的另一端与框体连接；
所述底环内设有中央处理器，所述驱动电机与中央处理器电连接，所述中央处理器内设有超声波发射模块，所述超声波发射模块内设有超声波发射电路，所述超声波发射电路包括第一电阻、第二电阻、电容、第一三极管、第二三极管、二极管、开关和超声波传感器，所述第一三极管的集电极和第二三极管的集电极均接地，所述第一三极管的基极与二极管的阴极连接，所述二极管的阳极接地，所述第一三极管的基极通过超声波传感器分别与第一三极管的发射极和第二三极管的发射极连接，所述第一三极管的发射极与第二三极管的基极连接，所述第一三极管的发射极通过第一电阻和开关组成的串联电路外接9V直流电压电源，所述第二三极管的发射极通过第二电阻和开关组成的串联电路外接9V直流电压电源，所述电容的一端接地，所述电容的另一端分别与第一电阻和第二电阻连接。
作为优选，利用T-40-16性价比高的特点，为了进一步提高超声波发射电路的实用性，所述超声波传感器的型号为T-40-16。
作为优选，利用直流电机驱动力强的特点，为了提高驱动电机的驱动力，所述驱动电机为直流电机。
作为优选，利用梯形齿耐磨的特点，为了提高伸缩单元的使用寿命，所述主动齿和从动齿均为梯形齿。
作为优选，为了保证伸缩单元由足够的空间供框体移动，所述驱动齿轮的半径大于框体的长度。
作为优选，为了提高超声波发射电路对温度的抗干扰能力，所述第一电阻和第二电阻的温漂系数均为5％ppm。
作为优选，利用三角形轮齿精度高的特点，为了提高驱动齿轮的旋转角度，所述驱动齿轮的轮齿的形状为三角形。
作为优选，利用合金钢硬度高不易变形的特点，为了保证导叶角度改变过程中转臂不变形，所述转臂的材料为合金钢。
本发明的有益效果是，该具有遥控功能的水轮机导水系统通过中心机构驱动传动机构，带动导叶沿导叶轴旋转，由于每个导叶单独使用一个传动机构，减少了中间机械连接环节产生的间隙，减小了驱动要求，每个转向机构中相对于导叶的作用力相同，从而使导叶的转向一致，保证了受力均匀的同时，使操作更平稳，转动力更强劲，不仅如此，在底环内的超声波发射电路中通过超声波传感器、第一三极管和第二三极管组成的频率振荡器将电振荡信号转换为超声波信号，并且采用了常规的元器件，保证了超声波可靠发射的同时，降低了生产成本，提高了系统的实用价值。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的具有遥控功能的水轮机导水系统的结构示意图；
图2是本发明的具有遥控功能的水轮机导水系统的结构示意图；
图3是本发明的具有遥控功能的水轮机导水系统的传动机构的结构示意图；
图4是本发明的具有遥控功能的水轮机导水系统的传动机构的结构示意图；
图5是本发明的具有遥控功能的水轮机导水系统的伸缩单元的结构示意图；
图6是本发明的具有遥控功能的水轮机导水系统的传动机构的结构示意图；
图7是本发明的具有遥控功能的水轮机导水系统的超声波发射电的电路原理图；
图中：1.驱动电机，2.驱动轴，3.驱动齿轮，4.传动机构，5.转臂，6.导叶轴，7.导叶，8.从动齿轮，9.连接轴，10.伸缩单元，11.驱动轮，12.框体，13.转向机构，14.底环，15.中心机构，16.主动齿，17.从动齿，R1.第一电阻，R2.第二电阻，C1.电容，Q1.第一三极管，Q2.第二三极管，VD1.二极管，S1.开关，W1.超声波传感器。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1-图7所示，一种具有遥控功能的水轮机导水系统，包括中心机构15、底环14、若干周向均匀分布在中心机构15外侧的传动机构4和若干周向均匀分布在底环14内侧的转向机构13，所述传动机构4的数量与转向机构13的数量相等且一一对应，所述转向机构13设置在底环14的上方，所述传动机构4设置在转向机构13的上方，所述中心机构15设置在传动机构4的上方，所述中心机构15通过传动机构4与转向机构13传动连接；
所述中心机构15包括竖直向下设置的驱动电机1、驱动轴2和水平设置的驱动齿轮3，所述驱动电机1通过驱动轴2与驱动齿轮3传动连接；
所述传动机构4包括水平设置的从动齿轮8、伸缩单元10和竖向设置的连接轴9，所述从动齿轮8固定在连接轴9的顶端，所述从动齿轮8与驱动齿轮3啮合，所述伸缩单元10设置在连接轴9的底端；
所述伸缩单元10包括矩形框体12和设置在框体12中心的驱动轮11，所述框体12的内壁宽度方向两侧设有若干从动齿17，所述驱动轮11固定在连接轴9的底端，所述驱动轮11的直径等于框体12的宽度，所述驱动轮11的外周上设有若干主动齿16，各主动齿16沿驱动轮11的圆心均匀分布在驱动轮11的半圆面上，所述从动齿17与驱动轮11的主动齿16相匹配，所述框体11的单侧内壁上的从动齿17形成齿条，所述齿条的长度等于驱动轮11的圆周的周长的一半；
所述转向机构13包括转臂5、导叶轴6和导叶7，所述导叶轴6设置在导叶7的上方，所述转臂5的一端与导叶轴6铰接，所述转臂5的另一端与框体12连接；
所述底环14内设有中央处理器，所述驱动电机1与中央处理器电连接，所述中央处理器内设有超声波发射模块，所述超声波发射模块内设有超声波发射电路，所述超声波发射电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、电容C1、第一三极管Q1、第二三极管Q2、二极管VD1、开关S1和超声波传感器W1，所述第一三极管Q1的集电极和第二三极管Q2的集电极均接地，所述第一三极管Q1的基极与二极管VD1的阴极连接，所述二极管VD1的阳极接地，所述第一三极管Q1的基极通过超声波传感器W1分别与第一三极管Q1的发射极和第二三极管Q2的发射极连接，所述第一三极管Q1的发射极与第二三极管Q2的基极连接，所述第一三极管Q1的发射极通过第一电阻R1和开关S1组成的串联电路外接9V直流电压电源，所述第二三极管Q2的发射极通过第二电阻R2和开关S1组成的串联电路外接9V直流电压电源，所述电容C1的一端接地，所述电容C1的另一端分别与第一电阻R1和第二电阻R2连接。
作为优选，利用T-40-16性价比高的特点，为了进一步提高超声波发射电路的实用性，所述超声波传感器W1的型号为T-40-16。
作为优选，利用直流电机驱动力强的特点，为了提高驱动电机1的驱动力，所述驱动电机1为直流电机。
作为优选，利用梯形齿耐磨的特点，为了提高伸缩单元10的使用寿命，所述主动齿16和从动齿17均为梯形齿。
作为优选，为了保证伸缩单元10由足够的空间供框体12移动，所述驱动齿轮3的半径大于框体12的长度。
作为优选，为了提高超声波发射电路对温度的抗干扰能力，所述第一电阻R1和第二电阻R2的温漂系数均为5％ppm。
作为优选，利用三角形轮齿精度高的特点，为了提高驱动齿轮3的旋转角度，所述驱动齿轮3的轮齿的形状为三角形。
作为优选，利用合金钢硬度高不易变形的特点，为了保证导叶7角度改变过程中转臂5不变形，所述转臂5的材料为合金钢。
由引水系统导入的水流经过该导水系统时，水流通过转向机构13中的导叶7，根据导叶7的方向水流对底环14内水轮机进行冲击做功，使水轮机发电，当电网负荷发生变化或需要对该水轮机的发电功率进行调整时，由底环14内的中央处理器控制导叶7的转向并以此改变水轮机的发电功率，该调节过程如下，由中央处理器控制中心机构15中的驱动电机1发生一定的角度转动，带动驱动齿轮3转动，在传动机构4中，与驱动轮3啮合的从动齿轮8转动，从而使伸缩单元10内的驱动轮11转动，在驱动轮11转动的同时，驱动轮11外周的主动齿16转动，与框体12内壁的从动齿17相互作用，带动从框体12作平移运动，由于框体12与转向机构13中的转臂5连接，转臂5随着框体12的移动发生一定的转动，带动导叶轴6旋转，从而使导叶7沿着导叶轴6发生一定角度的转动，实现了水轮机发电功率的调节功能。在调节过程中，由于每个导叶7单独使用一个传动机构4，减少了中间机械连接环节产生的间隙，减小了驱动要求，每个转向机构4中相对于导叶7的作用力和相同，从而使导叶7的转向一致，保证了受力均匀的同时，使操作更平稳，转动力更强劲。
在对该系统进行遥控操作过程中，底环14内的超声波发射电路开始工作，该电路运行时，超声波传感器W1作为反馈元件和电路中的第一三极管Q1、第二三极管Q2组成了正反馈频率振荡器，把电振荡信号转换为超声波信号，其振荡频率等于超声波传感器W1的中心频率40kHz。电路工作时，超声波传感器W1两端产生振荡波近似于脉冲方波。按下开关S1时，便可发射出一连串40kHz的超声波信号。该超声波发射电路采用了常规的元器件，在保证了超声波可靠发射的同时，还降低了生产成本，提高了系统的实用价值。
与现有技术相比，该具有遥控功能的水轮机导水系统通过中心机构15驱动传动机构4，带动导叶7沿导叶轴6旋转，由于每个导叶7单独使用一个传动机构4，减少了中间机械连接环节产生的间隙，减小了驱动要求，每个转向机构4中相对于导叶7的作用力相同，从而使导叶7的转向一致，保证了受力均匀的同时，使操作更平稳，转动力更强劲，不仅如此，在底环14内的超声波发射电路中通过超声波传感器W1、第一三极管Q1和第二三极管Q2组成的频率振荡器将电振荡信号转换为超声波信号，并且采用了常规的元器件，保证了超声波可靠发射的同时，降低了生产成本，提高了系统的实用价值。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (8)
1.一种具有遥控功能的水轮机导水系统，包括中心机构(15)、底环(14)、若干周向均匀分布在中心机构(15)外侧的传动机构(4)和若干周向均匀分布在底环(14)内侧的转向机构(13)，所述传动机构(4)的数量与转向机构(13)的数量相等且一一对应，所述转向机构(13)设置在底环(14)的上方，所述传动机构(4)设置在转向机构(13)的上方，所述中心机构(15)设置在传动机构(4)的上方，所述中心机构(15)通过传动机构(4)与转向机构(13)传动连接；所述转向机构(13)包括转臂(5)、导叶轴(6)和导叶(7)；其特征在于，所述中心机构(15)包括竖直向下设置的驱动电机(1)、驱动轴(2)和水平设置的驱动齿轮(3)，所述驱动电机(1)通过驱动轴(2)与驱动齿轮(3)传动连接；
所述传动机构(4)包括水平设置的从动齿轮(8)、伸缩单元(10)和竖向设置的连接轴(9)，所述从动齿轮(8)固定在连接轴(9)的顶端，所述从动齿轮(8)与驱动齿轮(3)啮合，所述伸缩单元(10)设置在连接轴(9)的底端；
所述伸缩单元(10)包括矩形框体(12)和设置在框体(12)中心的驱动轮(11)，所述框体(12)的内壁宽度方向两侧设有若干从动齿(17)，所述驱动轮(11)固定在连接轴(9)的底端，所述驱动轮(11)的直径等于框体(12)的宽度，所述驱动轮(11)的外周上设有若干主动齿(16)，各主动齿(16)沿驱动轮(11)的圆心均匀分布在驱动轮(11)的半圆面上，所述从动齿(17)与驱动轮(11)的主动齿(16)相匹配，所述框体(11)的单侧内壁上的从动齿(17)形成齿条，所述齿条的长度等于驱动轮(11)的圆周的周长的一半；
所述导叶轴(6)设置在导叶(7)的上方，所述转臂(5)的一端与导叶轴(6)铰接，所述转臂(5)的另一端与框体(12)连接；
所述底环(14)内设有中央处理器，所述驱动电机(1)与中央处理器电连接，所述中央处理器内设有超声波发射模块，所述超声波发射模块内设有超声波发射电路，所述超声波发射电路包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、电容(C1)、第一三极管(Q1)、第二三极管(Q2)、二极管(VD1)、开关(S1)和超声波传感器(W1)，所述第一三极管(Q1)的集电极和第二三极管(Q2)的集电极均接地，所述第一三极管(Q1)的基极与二极管(VD1)的阴极连接，所述二极管(VD1)的阳极接地，所述第一三极管(Q1)的基极通过超声波传感器(W1)分别与第一三极管(Q1)的发射极和第二三极管(Q2)的发射极连接，所述第一三极管(Q1)的发射极与第二三极管(Q2)的基极连接，所述第一三极管(Q1)的发射极通过第一电阻(R1)和开关(S1)组成的串联电路外接9V直流电压电源，所述第二三极管(Q2)的发射极通过第二电阻(R2)和开关(S1)组成的串联电路外接9V直流电压电源，所述电容(C1)的一端接地，所述电容(C1)的另一端分别与第一电阻(R1)和第二电阻(R2)连接。
2.如权利要求1所述的具有遥控功能的水轮机导水系统，其特征在于，所述超声波传感器(W1)的型号为T-40-16。
3.如权利要求1所述的具有遥控功能的水轮机导水系统，其特征在于，所述驱动电机(1)为直流电机。
4.如权利要求1所述的具有遥控功能的水轮机导水系统，其特征在于，所述主动齿(16)和从动齿(17)均为梯形齿。
5.如权利要求1所述的具有遥控功能的水轮机导水系统，其特征在于，所述驱动齿轮(3)的半径大于框体(12)的长度。
6.如权利要求1所述的具有遥控功能的水轮机导水系统，其特征在于，所述第一电阻(R1)和第二电阻(R2)的温漂系数均为5％ppm。
7.如权利要求1所述的具有遥控功能的水轮机导水系统，其特征在于，所述驱动齿轮(3)的轮齿的形状为三角形。
8.如权利要求1所述的具有遥控功能的水轮机导水系统，其特征在于，所述转臂(5)的材料为合金钢。
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