CN106050518A - 泵旋向水力启动可逆水轮机及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种泵旋向水力启动可逆水轮机，包括环管、伸缩节、顶盖、主轴、座环、活动导叶、尾水管和转轮，环管上连接有针型阀针型阀操作装置，顶盖上设有引水室，转轮上设有转轮主通道和转轮副通道，针型阀的进水端连通机组进水阀后的压力钢管，针型阀的出水端连接环管，环管连接多个伸缩节，伸缩节与顶盖上的引水室连通，引水室出口与转轮副通道外缘开口对应，转轮副通道内侧开口与尾水管连通，座环内侧连通活动导叶，活动导叶内侧与转轮主通道外缘开口对应，转轮主通道内侧开口连通尾水管，主轴与转轮连接传递扭矩。本发明泵旋向启动不对电网造成冲击、不产生谐波源、操作简单，不额外占用空间，无易损部件安全可靠。

Description

泵旋向水力启动可逆水轮机及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种水轮机，尤其涉及一种泵旋向水力启动可逆水轮机及其工作方法。
背景技术
目前中大型混流式可逆水轮发电机组，泵旋向工况直接由电网给电动机供电的启动方式会对电网造成很大的冲击，通常均需要将机组转动起来至同步转速，然后同期并网。这需要昂贵的启动设备、复杂的操作程序、且附加设备占用空间也比较大，如普遍采用的变频器启动、背靠背启动方式。变频器使用时会产生谐波，成为电网系统的谐波源，同时造成厂用电系统电压畸形；背靠背启动需要专用的励磁设备和专用的启动母线及开关设备以及另外的发电机组，启动过程操作复杂且电站的最后一台机组无法启动，还需要其他启动设备。由于启动设备构成复杂，因而发生故障的风险也比较高，操作复杂人工失误风险也会增加。
发明内容
为了克服目前中大型可逆机组泵旋向工况启动操作复杂、设备昂贵、设备占用空间大等缺点，本发明提供了一种能够适应泵旋向工况快速启动的可逆水轮机及其工作方法，机组利用水能启动，通过操作针型阀控制进入机组的水流量，调整机组转速，达到同步转速时同期并网，进入泵旋向工况运行，操作简单迅速，对电网系统无冲击、无谐波影响，不需要单独增加设备空间，节约投资同时降低了启动失败的风险。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种泵旋向水力启动可逆水轮机，包括环管、伸缩节、顶盖、主轴、座环、活动导叶、尾水管和转轮，所述环管上连接有针型阀和操作针型阀开启、关闭的针型阀操作装置，所述顶盖上设有引水室，所述转轮上设有转轮主通道和转轮副通道，所述针型阀的进水端连通机组进水阀后的压力钢管，针型阀的出水端连接环管，所述环管连接多个伸缩节，所述伸缩节与顶盖上的引水室连通，所述引水室出口与转轮副通道外缘开口对应，所述转轮副通道内侧开口与尾水管连通，所述座环为整个水轮机的安装基础，座环内侧连通活动导叶，所述活动导叶内侧与转轮主通道外缘开口对应，所述转轮主通道内侧开口连通尾水管，所述主轴与转轮连接传递扭矩。
优选地，所述顶盖上安装有用于支撑主轴的水导轴承，所述主轴上设有防止流道水通过顶盖与主轴之间泄漏的主轴密封，所述主轴密封位于水导轴承下方。
优选地，所述转轮包括转轮本体和安装主轴的轴孔，所述转轮本体包括上冠、主叶片、中间环、副叶片和下环，所述副叶片连接于上冠和中间环之间，所述主叶片连接于中间环与下环之间，所述上冠、副叶片和中间环之间构成转轮副通道，所述中间环、主叶片和下环之间构成转轮主通道，所述副叶片与主叶片安装方向相反。
优选地，所述上冠上侧设有转轮上止漏环，所述下环下侧设有转轮下止漏环。
优选地，所述顶盖上设有上固定止漏环，所述上固定止漏环与转轮的上止漏环相对应，所述座环上设有下固定止漏环，所述下固定止漏环与转轮的下止漏环对应。
优选地，所述上冠上侧中部设有配合轴孔的连接法兰。
优选地，多个伸缩节沿圆周方向均匀布置。
优选地，一种泵旋向水力启动可逆水轮机的工作方法，包括下述步骤：
1）当需要泵旋向启动时，将机组活动导叶处于关闭状态；
2）利用针型阀操作装置打开针型阀，压力水通过针型阀、环管和支管后进入顶盖的引水室；
3）然后均匀进入转轮副通道，水流于转轮副通道叶片上做功后进入尾水管，然后由尾水管排到下游；
4）转轮在该水流作用下向机组泵旋向转动，继续开启针型阀机组转速上升，直至达到同步转速，电动机并网；
5）利用针型阀操作装置关闭针型阀，机组泵旋向启动完成，此时机组可以打开活动导叶进入泵工况；或通入压缩空气压水进入泵旋向调相运行。
优选地，所述步骤4）中水流经过转轮的副通道时与其叶片作用使转轮向泵旋向转动，从而带动主轴以及整个机组的转动部分转动。
优选地，所述针型阀可以通过针型阀操作装置加大或减小开合度，进而增加或减小过流量，使机组转速上升或下降，当机组达到同步转速时电动机就可以同期并网。
本发明与普通混流可逆水轮机相比，增加了一套引水管路、可调节流量的针型阀包括阀座；转轮具有两个水流通道、顶盖具有引水室。
本发明的可逆水轮机，当需要泵旋向启动时，将机组导叶处于关闭状态，打开针型阀，压力水通过管路进入顶盖引水室，然后均匀进入转轮副通道，水流于转轮副通道叶片上做功后进入尾水管，由尾水管排到下游，转轮在该水流作用下向机组泵旋向转动，继续开启针型阀机组转速上升，直至达到同步转速，电动机并网，关闭针型阀，机组泵旋向启动完成，此时机组可以打开导叶进入泵工况；或通入压缩空气压水进入泵旋向调相运行。
本发明的有益效果是，可逆机组泵旋向启动不对电网造成冲击、不产生谐波源、操作简单，不额外占用空间，无易损部件安全可靠，机组水轮机工况甩负荷时，迅速开启针型阀，利用副叶片的泵作用，可以防止机组发生飞逸。
附图说明
图1为本发明泵旋向水力启动可逆水轮机示意图；
图2为本发明中转轮的结构示意图；
图1中：1.针型阀操作装置，2.针型阀，3.环管，4.伸缩节，5.顶盖，6.上固定止漏环，7.主轴密封，8.水导轴承，9.主轴，10.蜗壳，11.座环，12.活动导叶，13.下固定止漏环，14.尾水管，15.转轮，16. 压力钢管，17.上冠，18.副叶片，19.中间环，20.主叶片，21.下环，22.转轮上止漏环，23.转轮下止漏环，24.连接法兰，25.轴孔，A.主通道，B.副通道，C.引水室。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明，但并不是对本发明保护范围的限制。
如图1所示，一种泵旋向水力启动可逆水轮机，包括针型阀操作装置1、针型阀2、环管3、伸缩节4、顶盖5、上固定止漏环6、主轴密封7、水导轴承8、主轴9、蜗壳10、座环11、活动导叶12、下固定止漏环13、尾水管14、转轮15。
针型阀2之前引水管连通机组进水阀后的压力钢管16，针型阀2之后的水管连接环管3，针型阀2由针型阀操作装置操作开启、关闭，环管3连接多个伸缩节4，伸缩节4与顶盖5的引水室连通，伸缩节4沿圆周均匀布置，顶盖5的引水室C出口与转轮15副通道B外缘开口对应，转轮15副通道B内侧开口与尾水管14相通，图中箭头示泵旋向启动时水流路线。座环11为整个水轮机的安装基础，座环11外侧与蜗壳10相通，座环11内侧连通活动导叶12，活动导叶12内侧与转轮15主通道A外缘开口对应，转轮15主通道A内侧开口连通尾水管14。上固定止漏环6固定在顶盖5引水室内侧，与转轮上止漏环22相对应，下固定止漏环13固定在座环上与转轮下止漏环23对应，主轴9与转轮15连接传递扭矩，水导轴承8安装在顶盖上支撑主轴9，主轴密封7位于水导轴承下方，防止流道水通过顶盖5与主轴9之间泄漏。
如图2所示，转轮13包括上冠17、主叶片20、中间环19、副叶片18、下环21。上冠17通过主叶片20与中间环19连接构成转轮副通道B，中间环19通过主叶片18与下环21连接构成主通道B。上冠17具有连接法兰24用于与主轴9连接，同时上冠17设置了转轮上止漏环22，下环21设置了转轮下止漏环23。
副叶片18与主叶片20的安置方向相反，主通道A中主叶片20泵旋向与副通道B中副叶片18水轮机旋向相反，机组泵旋向启动时机组导叶处于关闭状态，转轮主通道A没有水流流动，副通道B通入压力水，副叶片18处于水轮机作用状态，带动转轮转动，增加副通道B压力水流量机组转速上升当达到同步转速时，电动机同期并网、停止副通道B压力水供应，机组完成泵旋向水力启动。
可逆水轮机泵旋向启动时，机组活动导叶12处于关闭状态，利用针型阀操作装置1开启针型阀2，水流沿图中箭头路线流动，先后经过针型阀2、环管3、伸缩节4、顶盖5的引水室C、转轮15的副通道B、尾水管14，流向电站下游，水流经过转轮15的副通道B时与其叶片作用使转轮15向泵旋向转动，从而带动主轴9以及整个机组转动部分，通过针型阀操作装置1可以加大或减小针型阀开度，进而增加或减小过流量，从而使机组转速上升或下降，当机组达到同步转速时电动机就可以同期并网。电动机并网后通过针型阀操作装置1关闭针型阀2，机组在电动机驱动下做泵旋向同步转动，此时打开活动导叶12机组就进入泵工况；或保持活动导叶12关闭机组通入压缩空气完成机组压水，机组即可进入泵旋向调相运行。
本发明的有益效果是，可逆机组泵旋向启动不对电网造成冲击、不产生谐波源、操作简单，不额外占用空间，无易损部件安全可靠。机组水轮机工况甩负荷时，迅速开启针型阀，利用副叶片的泵作用，可以防止机组发生飞逸。

Claims (10)

1.一种泵旋向水力启动可逆水轮机，包括环管、伸缩节、顶盖、主轴、座环、活动导叶、尾水管和转轮，其特征在于：所述环管上连接有针型阀和操作针型阀开启、关闭的针型阀操作装置，所述顶盖上设有引水室，所述转轮上设有转轮主通道和转轮副通道，所述针型阀的进水端连通机组进水阀后的压力钢管，针型阀的出水端连接环管，所述环管连接多个伸缩节，所述伸缩节与顶盖上的引水室连通，所述引水室出口与转轮副通道外缘开口对应，所述转轮副通道内侧开口与尾水管连通，所述座环为整个水轮机的安装基础，座环内侧连通活动导叶，所述活动导叶内侧与转轮主通道外缘开口对应，所述转轮主通道内侧开口连通尾水管，所述主轴与转轮连接传递扭矩。
2.根据权利要求1所述的一种泵旋向水力启动可逆水轮机，其特征在于：所述顶盖上安装有用于支撑主轴的水导轴承，所述主轴上设有防止流道水通过顶盖与主轴之间泄漏的主轴密封，所述主轴密封位于水导轴承下方。
3.根据权利要求1所述的一种泵旋向水力启动可逆水轮机，其特征在于：所述转轮包括转轮本体和安装主轴的轴孔，所述转轮本体包括上冠、主叶片、中间环、副叶片和下环，所述副叶片连接于上冠和中间环之间，所述主叶片连接于中间环与下环之间，所述上冠、副叶片和中间环之间构成转轮副通道，所述中间环、主叶片和下环之间构成转轮主通道，所述副叶片与主叶片安装方向相反。
4.根据权利要求3所述的一种泵旋向水力启动可逆水轮机，其特征在于：所述上冠上侧设有转轮上止漏环，所述下环下侧设有转轮下止漏环。
5.根据权利要求4所述的一种泵旋向水力启动可逆水轮机，其特征在于：所述顶盖上设有上固定止漏环，所述上固定止漏环与转轮的上止漏环相对应，所述座环上设有下固定止漏环，所述下固定止漏环与转轮的下止漏环对应。
6.根据权利要求5所述的一种泵旋向水力启动可逆水轮机，其特征在于：所述上冠上侧中部设有配合轴孔的连接法兰。
7.根据权利要求1所述的一种泵旋向水力启动可逆水轮机，其特征在于：多个伸缩节沿圆周方向均匀布置。
8.根据权利要求1所述的一种泵旋向水力启动可逆水轮机的工作方法，其特征在于：其包括下述步骤：
1)当需要泵旋向启动时，将机组活动导叶处于关闭状态；
2)利用针型阀操作装置打开针型阀，压力水通过针型阀、环管和支管后进入顶盖的引水室；
3)然后均匀进入转轮副通道，水流于转轮副通道叶片上做功后进入尾水管，然后由尾水管排到下游；
4)转轮在该水流作用下向机组泵旋向转动，继续开启针型阀机组转速上升，直至达到同步转速，电动机并网；
5)利用针型阀操作装置关闭针型阀，机组泵旋向启动完成，此时机组可以打开活动导叶进入泵工况；或通入压缩空气压水进入泵旋向调相运行。
9.根据权利要求8所述的一种泵旋向水力启动可逆水轮机的工作方法，其特征在于：所述步骤4）中水流经过转轮的副通道时与其叶片作用使转轮向泵旋向转动，从而带动主轴以及整个机组的转动部分转动。
10.根据权利要求8所述的一种泵旋向水力启动可逆水轮机的工作方法，其特征在于：所述针型阀可以通过针型阀操作装置加大或减小开合度，进而增加或减小过流量，使机组转速上升或下降，当机组达到同步转速时电动机就可以同期并网。
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