CN105909460A - 一种带有空间叶片的两叶轮双向轴伸贯流式水轮机 - Google Patents

一种带有空间叶片的两叶轮双向轴伸贯流式水轮机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带有空间叶片的两叶轮双向轴伸贯流式水轮机，包括过水流道，前置叶轮和后置叶轮沿管道径向平行安装在过水流道中，前置叶轮和后置叶轮之间有间隙；前置叶轮与前置叶轮转轴的一端连接，前置叶轮转轴的另一端与前置叶轮推力轴承连接，前置叶轮推力轴承与前置叶轮发电机连接；后置叶轮与后置叶轮转轴的一端连接，后置叶轮转轴的另一端与后置叶轮推力轴承连接，后置叶轮推力轴承与后置叶轮发电机连接。本发明将发电机和推力轴承布置在流道外，无需考虑发电机的密封和防潮，机组流道平顺，流动损失小，厂房开挖量少，运行维修方便；采用相互独立的两叶轮使机组可在正反工况下运行，保证了机组在正反向工况下都有较高的运行效率。

Description

一种带有空间叶片的两叶轮双向轴伸贯流式水轮机
技术领域
本发明属于潮汐发电技术领域，具体涉及一种带有空间叶片的两叶轮双向轴伸贯流式水轮机。
背景技术
潮汐能作为一种可再生的清洁能源在燃煤污染严重的今天越来越受到重视。经过实践表明现在潮汐电站较为适用的发电方式为单一水库双向发电。所谓的单一库双向发电就是指水电站只拥有一个水库，却可以在涨潮和落潮时同时发电。因此对于单库双向电站而言，就要求其水轮发电机组具备双向发电的能力。针对贯流式水轮机双向发电的要求，国内外专家学者开发了适合于双向工况运行的S型叶片以及在尾水管中设置后置导叶的方法。以上成果虽然能实现机组的双向发电的要求，但是对叶片的设计制造水平要求较高，前后导叶的设计也大大增加了机组正反向运行时运行人员的操作难度，在人员和投资有限的中小型潮汐电站中应用价值不高。
因此开发适合于中小型潮汐电站的双向发电机组就显得尤为重要，这种机组不仅要满足潮汐电站双向发电的要求，而且机组结构应该尽量简单以减少设备的投资，机组运行方式也不能过于复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种带有空间叶片的两叶轮双向轴伸贯流式水轮机，解决了现有水轮发电机组结构复杂以及操作难度大的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种带有空间叶片的两叶轮双向轴伸贯流式水轮机，包括过水流道，前置叶轮和后置叶轮沿管道径向平行安装在过水流道中，前置叶轮和后置叶轮之间有间隙；前置叶轮与前置叶轮转轴的一端连接，前置叶轮转轴的另一端与前置叶轮推力轴承连接，前置叶轮推力轴承与前置叶轮发电机连接；后置叶轮与后置叶轮转轴的一端连接，后置叶轮转轴的另一端与后置叶轮推力轴承连接，后置叶轮推力轴承与后置叶轮发电机连接。
本发明的特征还在于，
过水流道为n型管道，过水流道内均为金属钢板里衬。
间隙大小为叶轮直径的1％～3％。
前置叶轮与后置叶轮上的叶片数相同，叶片数为8～20片。
前置叶轮和后置叶轮的轮毂比为0.2～0.5。
前置叶轮与后置叶轮的叶片翼型一致。
前置叶轮与后置叶轮的叶片布置方向相反。
前置叶轮与后置叶轮的中心轴位于同一水平线上。
前置叶轮推力轴承、前置叶轮发电机与后置叶轮推力轴承、后置叶轮发电机分别设置在过水流道两侧的基台上。
前置叶轮发电机和后置叶轮发电机上设有电磁抱闸制动装置。
本发明的有益效果是，将发电机和推力轴承布置在流道外，无需考虑发电机的密封和防潮，机组流道平顺，流动损失小，厂房开挖量少，运行维修方便；采用相互独立的两叶轮使机组可在正反工况下运行，正向工况下前置叶轮不转动作为导叶引导水流进入旋转的后置叶轮，反向工况下后置叶轮不转动作为导叶引导水流进入旋转的前置叶轮，保证了机组在正反向工况下都有较高的运行效率。
附图说明
图1为本发明一种带有空间叶片的两叶轮双向轴伸贯流式水轮机的结构示意图；
图2为本发明一种带有空间叶片的两叶轮双向轴伸贯流式水轮机中叶轮的结构示意图；
图3为本发明一种带有空间叶片的两叶轮双向轴伸贯流式水轮机在两种工况下叶轮叶片的翼型图；
图4为本发明一种带有空间叶片的两叶轮双向轴伸贯流式水轮机中电磁抱闸制动装置结构图。
图中，1.过水流道，2.前置叶轮，3.后置叶轮，4.前置叶轮转轴，5.前置叶轮推力轴承，6.前置叶轮发电机，7.后置叶轮转轴，8.后置叶轮推力轴承，9.后置叶轮发电机，10.基台。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种带有空间叶片的两叶轮双向轴伸贯流式水轮机的结构如图1所示，包括过水流道1，前置叶轮2和后置叶轮3沿管道径向平行安装在过水流道1中，前置叶轮2和后置叶轮3之间有间隙；前置叶轮2与前置叶轮转轴4的一端连接，前置叶轮转轴4的另一端与前置叶轮推力轴承5连接，前置叶轮推力轴承5与前置叶轮发电机6连接；后置叶轮3与后置叶轮转轴7的一端连接，后置叶轮转轴7的另一端与后置叶轮推力轴承8连接，后置叶轮推力轴承8与后置叶轮发电机9连接；其中，过水流道1为n型管道，过水流道1内均为金属钢板里衬，以减少水能损失。间隙大小为叶轮直径的1％～3％。前置叶轮2与后置叶轮3上的叶片数相同，叶片数为8～20片。前置叶轮2和后置叶轮3的轮毂比为0.2～0.5。前置叶轮2与后置叶轮3的叶片翼型一致。前置叶轮2与后置叶轮3的叶片布置方向相反。前置叶轮2与后置叶轮3的中心轴位于同一水平线上，如图2所示；前置叶轮推力轴承5、前置叶轮发电机6与后置叶轮推力轴承8、后置叶轮发电机9分别设置在过水流道两侧的基台10上。前置叶轮发电机6和后置叶轮发电机9上设有电磁抱闸制动装置，在相应的工况下能使各自叶轮静止不动。
本发明水轮机的原理及其工作过程为：前置叶轮发电机、前置叶轮推力轴承、前置叶轮转轴、后置叶轮转轴、后置叶轮推力轴承、后置叶轮发电机按照传统的轴伸贯流式水轮机安装布置，前置叶轮和后置叶轮中的叶片为空间叶片，前置叶轮和后置叶轮的中心轴位于同一直线上，可绕同一个轴转动。前置叶轮和后置叶轮之间存在一定间隙，前置叶轮和后置叶轮的转动和静止互不干涉。如图3所示，前置叶轮发电机上的电磁抱闸制动装置在正向工况下起制动作用，维持前置叶轮保持静止状态。前置叶轮发电机在反向工况下起发电作用，其发电机转轴由前置叶轮带动旋转。后置叶轮发电机上的电磁抱闸制动装置在反向工况下起制动作用，维持后置叶轮保持静止。后置叶轮发电机在正向工况下起发电作用，其发电机转轴由后置叶轮带动旋转。
其中，前置叶轮和后置叶轮的叶片为空间叶片的形式，其叶片翼型简单，制造和加工难度较低。前置叶轮和后置叶轮的叶片数一致，叶片数为8～20片。前置叶轮和后置叶轮在不同的工况下既可以充当旋转部件也可以充当静止部件。前置叶轮发电机和后置叶轮发电机上装配的电磁抱闸制动装置为目前较为成熟的电机制动设备，其结构如图4所示。当发电机运行时，电磁抱闸线圈得电，衔铁吸合，克服弹簧的拉力使制动器的闸瓦与闸轮分开，转轴得以正常运转。当发电机停转时，电磁抱闸线圈失电，衔铁在弹簧拉力作用下与铁芯分开，并使制动器的闸瓦紧紧抱住闸轮，则发电机转轴无法转动。
在正向工况下，前置叶轮为静止部件，后置叶轮为转动部件，前置叶轮通过前置叶轮发电机上的电磁抱闸制动装置维持其静止不动。正向工况下前置叶轮起着导叶的作用，使轴向流入的水流带有一定的环量流出前置叶轮。带有一定环量的水流冲击后置叶轮，带动后置叶轮转动。由于有前置叶轮对水流的引导作用，水流和后置叶轮的能量交换较为充分，机组正向工况效率较高。
在反向工况下，后置叶轮为静止部件，前置叶轮为转动部件，后置叶轮通过后置叶轮发电机上的电磁抱闸制动装置维持其静止不动。反向工况下后置叶轮起着导叶的作用，使轴向流入的水流带有一定的环量流出后置叶轮。带有一定环量的水流冲击前置叶轮，带动前置叶轮转动。由于有后置叶轮对水流的引导作用，水流和前置叶轮的能量交换较为充分，机组反向工况效率较高。前置叶轮和后置叶轮在不同工况下能互相充当彼此的导叶，为彼此引导水流，大大提高了机组在正反向工况下的运行效率。而且本发明所述的一种带有空间叶片的两叶轮双向轴伸式贯流水轮机机组结构简单，设计和制造难度小，非常适合投资有限的中小型双向潮汐电站。

Claims (10)

1.一种带有空间叶片的两叶轮双向轴伸贯流式水轮机，其特征在于，包括过水流道(1)，前置叶轮(2)和后置叶轮(3)沿管道径向平行安装在过水流道(1)中，前置叶轮(2)和后置叶轮(3)之间有间隙；前置叶轮(2)与前置叶轮转轴(4)的一端连接，前置叶轮转轴(4)的另一端与前置叶轮推力轴承(5)连接，前置叶轮推力轴承(5)与前置叶轮发电机(6)连接；后置叶轮(3)与后置叶轮转轴(7)的一端连接，后置叶轮转轴(7)的另一端与后置叶轮推力轴承(8)连接，后置叶轮推力轴承(8)与后置叶轮发电机(9)连接。
2.根据权利要求1所述的一种带有空间叶片的两叶轮双向轴伸贯流式水轮机，其特征在于，所述过水流道(1)为n型管道，过水流道(1)内设有金属钢板里衬。
3.根据权利要求1所述的一种带有空间叶片的两叶轮双向轴伸贯流式水轮机，其特征在于，所述间隙大小为叶轮直径的1％～3％。
4.根据权利要求1所述的一种带有空间叶片的两叶轮双向轴伸贯流式水轮机，其特征在于，所述前置叶轮(2)与后置叶轮(3)上的叶片数相同，叶片数为8～20片。
5.根据权利要求4所述的一种带有空间叶片的两叶轮双向轴伸贯流式水轮机，其特征在于，所述前置叶轮(2)和后置叶轮(3)的轮毂比为0.2～0.5。
6.根据权利要求5所述的一种带有空间叶片的两叶轮双向轴伸贯流式水轮机，其特征在于，所述前置叶轮(2)与后置叶轮(3)的叶片翼型一致。
7.根据权利要求6所述的一种带有空间叶片的两叶轮双向轴伸贯流式水轮机，其特征在于，所述前置叶轮(2)与后置叶轮(3)的叶片布置方向相反。
8.根据权利要求7所述的一种带有空间叶片的两叶轮双向轴伸贯流式水轮机，其特征在于，所述前置叶轮(2)与后置叶轮(3)的中心轴位于同一水平线上。
9.根据权利要求1所述的一种带有空间叶片的两叶轮双向轴伸贯流式水轮机，其特征在于，所述前置叶轮推力轴承(5)、前置叶轮发电机(6)与后置叶轮推力轴承(8)、后置叶轮发电机(9)分别设置在过水流道(1)两侧的基台(10)上。
10.根据权利要求9所述的一种带有空间叶片的两叶轮双向轴伸贯流式水轮机，其特征在于，所述前置叶轮发电机(6)和后置叶轮发电机(9)上设有电磁抱闸制动装置。
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