CN106321327A - 一种快速启动的自动调节切击式水轮发电机 - Google Patents

一种快速启动的自动调节切击式水轮发电机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种快速启动的自动调节切击式水轮发电机,包括驱动单元和发电单元，所述驱动单元与发电单元传动连接，所述发电单元包括轮盘和若干叶片，所述叶片沿轮盘的圆心周向均匀分布在轮盘的外侧，所述驱动单元包括进水管和喷嘴，所述进水管与喷嘴连通，该快速启动的自动调节切击式水轮发电机通过角度调节机构中的第二驱动电机转动带动滑动杆移动，从而使冲击叶片沿转轴发生转动，从而调节喷嘴流出的水流方向与冲击叶片的夹角，充分利用水流做功，使水轮机快速启动并达到额定转速，不仅如此，通过调节管中的第一驱动电机转动使套管发生移动，从而控制两个侧板的夹角，调节水流大小，从而改变水轮机的发电功率，满足其灵活性的要求。

Description

一种快速启动的自动调节切击式水轮发电机
技术领域
本发明涉及一种快速启动的自动调节切击式水轮发电机。
背景技术
切击式水轮发电机是利用高压喷射水流的动能做功的水轮机，高水头水库的水通过压力管道，高压水经过水轮机喷管成为高速射出的水流，冲向水轮机的叶片，使水轮机旋转做功。
现有的水轮发电机在刚开始运行时，叶片转动导致叶片与水流速度角度在不断变化，在角度变化的过程中，水流对单个叶片单位时间内的做功先是逐渐增大到一定值后，又逐渐减小，当减小到一定范围后，水流对下个叶片做功，通过依次对多个叶片做功实现水轮机升速过程，但是由于在升速过程中，水流对叶片的做功存在变化过程，从而导致水轮机加速到额定转速花费时间较长，同时，当水轮发电机并网后，电网系统中的负荷处于不断变化的过程，而水轮发电机中的喷管缺乏相应的水流调节机构，从而使水轮机的发电功率固定，导致其灵活性降低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术的不足，提供一种快速启动的自动调节切击式水轮发电机。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种快速启动的自动调节切击式水轮发电机,包括驱动单元和发电单元，所述驱动单元与发电单元传动连接，所述发电单元包括轮盘和若干叶片，所述叶片沿轮盘的圆心周向均匀分布在轮盘的外侧，所述驱动单元包括进水管和喷嘴，所述进水管与喷嘴连通，所述喷嘴的出水口靠近叶片；
所述喷嘴包括外壳和设置在外壳两侧的调节管，所述外壳与调节管连通，所述外壳内的两侧均设有侧板，所述侧板的一端与外壳内的侧边铰接，所述调节管内设有调节单元，所述调节单元包括第一驱动电机、第一驱动轴和套管，所述第一驱动电机固定在调节管内远离外壳的一侧，所述第一驱动电机与第一驱动轴传动连接，所述第一驱动轴套设在套管内，所述第一驱动轴的外周设有外螺纹，所述套管内设有内螺纹，所述第一驱动轴的外螺纹与套管内的内螺纹相匹配，所述套管与侧板连接；
所述叶片包括主框架，所述主框架的中心设有缺口，所述缺口内设有冲击叶片和转轴，所述转轴穿过冲击叶片且两端与主框架连接，所述主框架远离喷嘴的一侧设有叶片调节机构，所述叶片调节机构包括两个叶片调节单元，所述叶片调节单元位于冲击叶片的两侧；
所述叶片调节单元包括固定框架和角度调节单元，所述固定框架的横向截面的形状为L形，所述固定框架的一端固定在主框架上，所述固定框架的另一端通过角度调节单元与冲击叶片连接；
所述角度调节单元包括壳体，所述壳体固定在固定框架上，所述壳体内设有角度调节组件，所述角度调节组件包括第一固定杆、第二驱动电机、第二驱动轴、驱动齿轮、滑动杆、压力传感器和接触块，所述第一固定杆的一端固定在壳体内的底端，所述第二驱动电机固定在第一固定杆的另一端，所述第二驱动电机与第二驱动轴传动连接，所述驱动齿轮固定在第二驱动轴上，所述滑动杆靠近驱动齿轮的一侧设有条形齿轮，所述条形齿轮与驱动齿轮相啮合，所述滑动杆靠近冲击叶片的一端通过压力传感器与接触块连接，所述接触块与冲击叶片连接。
作为优选，为了固定滑动杆的滑动轨迹，所述壳体内靠近滑动杆的一侧设有第二固定杆，所述第二固定杆的一端固定在壳体的内侧，所述第二固定杆的另一端与滑动杆传动连接。
作为优选，为了加强滑动杆滑动轨迹的固定作用，所述第二固定杆的水平截面的形状为T形，所述滑动杆靠近第二固定杆的一侧设有凹槽，所述凹槽的水平截面的形状为T形，所述凹槽与第二固定杆相匹配。
作为优选，为了固定第二驱动电机，所述壳体内靠近第二驱动电机的一端设有第三固定杆，所述第三固定杆的一端固定在壳体的内侧，所述第三固定杆的另一端固定在第二驱动电机上。
作为优选，利用钛合金轻巧坚固的特点，为了防止固定框架、第一固定杆、第二固定杆和第三固定杆产生形变，延长使用寿命，所述固定框架、第一固定杆、第二固定杆和第三固定杆的材质均为钛合金。
作为优选，利用直流伺服电机驱动力强的特点，为了提高调节单元和角度调节单元的驱动能力，所述第一驱动电机和第二驱动电机均为直流伺服电机。
作为优选，为了防止接触块触碰冲击叶片时对冲击叶片造成损坏，所述接触块的形状为半球形。
作为优选，利用水无忧放水材料的强力防水能力，为了防止喷嘴在使用过程中被水腐蚀影响使用寿命，所述外壳内涂有水无忧防水材料。
本发明的有益效果是，该快速启动的自动调节切击式水轮发电机通过角度调节机构中的第二驱动电机转动带动滑动杆移动，从而使冲击叶片沿转轴发生转动，从而调节喷嘴流出的水流方向与冲击叶片的夹角，充分利用水流做功，使水轮机快速启动并达到额定转速，不仅如此，通过调节管中的第一驱动电机转动使套管发生移动，从而控制两个侧板的夹角，调节水流大小，从而改变水轮机的发电功率，满足其灵活性的要求。
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是本发明的快速启动的自动调节切击式水轮发电机的结构示意图；
图2是本发明的快速启动的自动调节切击式水轮发电机的喷嘴的结构示意图；
图3是本发明的快速启动的自动调节切击式水轮发电机的叶片的结构示意图；
图4是本发明的快速启动的自动调节切击式水轮发电机的叶片的结构示意图；
图5是本发明的快速启动的自动调节切击式水轮发电机的角度调节单元的结构示意图；
图6是本发明的快速启动的自动调节切击式水轮发电机的角度调节组件的结构示意图；
图7是本发明的快速启动的自动调节切击式水轮发电机的角度调节组件的结构示意图；
图中：1.进水管，2.喷嘴，3.轮盘，4.叶片，5.外壳，6.调节管，7.侧板，8.第一驱动电机，9.第一驱动轴，10.套管，11.主框架，12.缺口，13.冲击叶片，14.转轴，15.叶片调节单元，16.固定框架，17.角度调节单元，18.壳体，19.角度调节组件，20.第一固定杆，21.第二驱动电机，22.第二驱动轴，23.驱动齿轮，24.第二固定杆，25.滑动杆，26.条形齿轮，27.凹槽，28.压力传感器，29.接触块，30.第三固定杆。
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，一种快速启动的自动调节切击式水轮发电机，包括驱动单元和发电单元，所述驱动单元与发电单元传动连接，所述发电单元包括轮盘3和若干叶片4，所述叶片4沿轮盘3的圆心周向均匀分布在轮盘3的外侧，所述驱动单元包括进水管1和喷嘴2，所述进水管1与喷嘴2连通，所述喷嘴2的出水口靠近叶片4；
所述喷嘴2包括外壳5和设置在外壳5两侧的调节管6，所述外壳5与调节管6连通，所述外壳5内的两侧均设有侧板7，所述侧板7的一端与外壳5内的侧边铰接，所述调节管6内设有调节单元，所述调节单元包括第一驱动电机8、第一驱动轴9和套管10，所述第一驱动电机8固定在调节管6内远离外壳5的一侧，所述第一驱动电机8与第一驱动轴9传动连接，所述第一驱动轴9套设在套管10内，所述第一驱动轴9的外周设有外螺纹，所述套管10内设有内螺纹，所述第一驱动轴9的外螺纹与套管10内的内螺纹相匹配，所述套管10与侧板7连接；
所述叶片4包括主框架11，所述主框架11的中心设有缺口12，所述缺口12内设有冲击叶片13和转轴14，所述转轴14穿过冲击叶片13且两端与主框架11连接，所述主框架11远离喷嘴2的一侧设有叶片调节机构，所述叶片调节机构包括两个叶片调节单元15，所述叶片调节单元15位于冲击叶片13的两侧；
所述叶片调节单元15包括固定框架16和角度调节单元17，所述固定框架16的横向截面的形状为L形，所述固定框架16的一端固定在主框架11上，所述固定框架16的另一端通过角度调节单元17与冲击叶片13连接；
所述角度调节单元17包括壳体18，所述壳体18固定在固定框架16上，所述壳体18内设有角度调节组件19，所述角度调节组件19包括第一固定杆20、第二驱动电机21、第二驱动轴23、驱动齿轮23、滑动杆25、压力传感器28和接触块29，所述第一固定杆20的一端固定在壳体18内的底端，所述第二驱动电机21固定在第一固定杆20的另一端，所述第二驱动电机21与第二驱动轴23传动连接，所述驱动齿轮23固定在第二驱动轴23上，所述滑动杆25靠近驱动齿轮23的一侧设有条形齿轮26，所述条形齿轮26与驱动齿轮23相啮合，所述滑动杆25靠近冲击叶片13的一端通过压力传感器28与接触块29连接，所述接触块29与冲击叶片13连接。
作为优选，为了固定滑动杆25的滑动轨迹，所述壳体18内靠近滑动杆25的一侧设有第二固定杆24，所述第二固定杆24的一端固定在壳体18的内侧，所述第二固定杆24的另一端与滑动杆25传动连接。
作为优选，为了加强滑动杆25滑动轨迹的固定作用，所述第二固定杆24的水平截面的形状为T形，所述滑动杆25靠近第二固定杆24的一侧设有凹槽27，所述凹槽27的水平截面的形状为T形，所述凹槽27与第二固定杆24相匹配。
作为优选，为了固定第二驱动电机21，所述壳体18内靠近第二驱动电机21的一端设有第三固定杆30，所述第三固定杆30的一端固定在壳体18的内侧，所述第三固定杆30的另一端固定在第二驱动电机21上。
作为优选，利用钛合金轻巧坚固的特点，为了防止固定框架16、第一固定杆20、第二固定杆24和第三固定杆30产生形变，延长使用寿命，所述固定框架16、第一固定杆20、第二固定杆24和第三固定杆30的材质均为钛合金。
作为优选，利用直流伺服电机驱动力强的特点，为了提高调节单元和角度调节单元的驱动能力，所述第一驱动电机8和第二驱动电机21均为直流伺服电机。
作为优选，为了防止接触块29触碰冲击叶片13时对冲击叶片13造成损坏，所述接触块29的形状为半球形。
作为优选，利用水无忧放水材料的强力防水能力，为了防止喷嘴2在使用过程中被水腐蚀影响使用寿命，所述外壳5内涂有水无忧防水材料。
为了实现水轮机的快速启动升速过程，在喷嘴2喷出的高压水流对叶片4上的冲击叶片13做功时，通过该冲击叶片13背部的角度调节组件19中的压力传感器28检测冲击叶片13对接触块29产生的压力，从而控制冲击叶片13背部的角度调节17单元工作，使其内部的第二驱动电机21转动，带动第二驱动轴22沿自身中心轴线旋转，使驱动齿轮23转动，由于驱动齿轮23与滑动杆25上的条形齿轮26啮合，从而使滑动杆25发生移动，从而使冲击叶片23沿着转轴14发生一定角度的变化，从而调节喷嘴2流出的水流方向与冲击叶片13的夹角并使压力传感器28的数据增大，从而充分利用水流的作用，加大水流的做功效率，从而加快升速过程，使水轮机快速启动并达到额定转速。该快速启动的自动调节切击式水轮发电机通过角度调节机构19中的第二驱动电机21转动带动滑动杆25移动，从而使冲击叶片23沿转轴24发生转动，从而调节喷嘴2流出的水流方向与冲击叶片13的夹角，充分利用水流做功，使水轮机快速启动并达到额定转速。
当该水轮发电机并网后，为了提高其灵活性使其能满足电网负荷的变化，在喷嘴2中，利用外壳5两侧调节管6中的第一驱动电机5转动，带动第一驱动轴9沿自身中心轴线旋转，由于第一驱动轴9上的外螺纹与套管10内的内螺纹相匹配，从而使套管10在第一驱动轴9的方向上移动，带动侧板7使其以与外壳5铰接处为圆心发生一定角度的旋转，从而改变水流出口处的大小，从而控制水流速度，进一步地调节水流对叶片4做功的大小，进而控制水轮发电机的发电功率，实现水轮机根据负荷的变化自动调节发电功率，满足其灵活性的要求。该快速启动的自动调节切击式水轮发电机通过调节管6中的第一驱动电机5转动使套管10发生移动，从而控制两个侧板7的夹角，调节水流大小，从而改变水轮机的发电功率，满足其灵活性的要求。
与现有技术相比，该快速启动的自动调节切击式水轮发电机通过角度调节机构19中的第二驱动电机21转动带动滑动杆25移动，从而使冲击叶片23沿转轴24发生转动，从而调节喷嘴2流出的水流方向与冲击叶片13的夹角，充分利用水流做功，使水轮机快速启动并达到额定转速，不仅如此，通过调节管6中的第一驱动电机5转动使套管10发生移动，从而控制两个侧板7的夹角，调节水流大小，从而改变水轮机的发电功率，满足其灵活性的要求。
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)

1.一种快速启动的自动调节切击式水轮发电机，其特征在于，包括驱动单元和发电单元，所述驱动单元与发电单元传动连接，所述发电单元包括轮盘(3)和若干叶片(4)，所述叶片(4)沿轮盘(3)的圆心周向均匀分布在轮盘(3)的外侧，所述驱动单元包括进水管(1)和喷嘴(2)，所述进水管(1)与喷嘴(2)连通，所述喷嘴(2)的出水口靠近叶片(4)；
所述喷嘴(2)包括外壳(5)和设置在外壳(5)两侧的调节管(6)，所述外壳(5)与调节管(6)连通，所述外壳(5)内的两侧均设有侧板(7)，所述侧板(7)的一端与外壳(5)内的侧边铰接，所述调节管(6)内设有调节单元，所述调节单元包括第一驱动电机(8)、第一驱动轴(9)和套管(10)，所述第一驱动电机(8)固定在调节管(6)内远离外壳(5)的一侧，所述第一驱动电机(8)与第一驱动轴(9)传动连接，所述第一驱动轴(9)套设在套管(10)内，所述第一驱动轴(9)的外周设有外螺纹，所述套管(10)内设有内螺纹，所述第一驱动轴(9)的外螺纹与套管(10)内的内螺纹相匹配，所述套管(10)与侧板(7)连接；
所述叶片(4)包括主框架(11)，所述主框架(11)的中心设有缺口(12)，所述缺口(12)内设有冲击叶片(13)和转轴(14)，所述转轴(14)穿过冲击叶片(13)且两端与主框架(11)连接，所述主框架(11)远离喷嘴(2)的一侧设有叶片调节机构，所述叶片调节机构包括两个叶片调节单元(15)，所述叶片调节单元(15)位于冲击叶片(13)的两侧；
所述叶片调节单元(15)包括固定框架(16)和角度调节单元(17)，所述固定框架(16)的横向截面的形状为L形，所述固定框架(16)的一端固定在主框架(11)上，所述固定框架(16)的另一端通过角度调节单元(17)与冲击叶片(13)连接；
所述角度调节单元(17)包括壳体(18)，所述壳体(18)固定在固定框架(16)上，所述壳体(18)内设有角度调节组件(19)，所述角度调节组件(19)包括第一固定杆(20)、第二驱动电机(21)、第二驱动轴(23)、驱动齿轮(23)、滑动杆(25)、压力传感器(28)和接触块(29)，所述第一固定杆(20)的一端固定在壳体(18)内的底端，所述第二驱动电机(21)固定在第一固定杆(20)的另一端，所述第二驱动电机(21)与第二驱动轴(23)传动连接，所述驱动齿轮(23)固定在第二驱动轴(23)上，所述滑动杆(25)靠近驱动齿轮(23)的一侧设有条形齿轮(26)，所述条形齿轮(26)与驱动齿轮(23)相啮合，所述滑动杆(25)靠近冲击叶片(13)的一端通过压力传感器(28)与接触块(29)连接，所述接触块(29)与冲击叶片(13)连接。
2.如权利要求1所述的快速启动的自动调节切击式水轮发电机，其特征在于，所述壳体(18)内靠近滑动杆(25)的一侧设有第二固定杆(24)，所述第二固定杆(24)的一端固定在壳体(18)的内侧，所述第二固定杆(24)的另一端与滑动杆(25)传动连接。
3.如权利要求2所述的快速启动的自动调节切击式水轮发电机，其特征在于，所述第二固定杆(24)的水平截面的形状为T形，所述滑动杆(25)靠近第二固定杆(24)的一侧设有凹槽(27)，所述凹槽(27)的水平截面的形状为T形，所述凹槽(27)与第二固定杆(24)相匹配。
4.如权利要求1所述的快速启动的自动调节切击式水轮发电机，其特征在于，所述壳体(18)内靠近第二驱动电机(21)的一端设有第三固定杆(30)，所述第三固定杆(30)的一端固定在壳体(18)的内侧，所述第三固定杆(30)的另一端固定在第二驱动电机(21)上。
5.如权利要求1所述的快速启动的自动调节切击式水轮发电机，其特征在于，所述固定框架(16)、第一固定杆(20)、第二固定杆(24)和第三固定杆(30)的材质均为钛合金。
6.如权利要求1所述的快速启动的自动调节切击式水轮发电机，其特征在于，所述第一驱动电机(8)和第二驱动电机(21)均为直流伺服电机。
7.如权利要求1所述的快速启动的自动调节切击式水轮发电机，其特征在于，所述接触块(29)的形状为半球形。
8.如权利要求1所述的快速启动的自动调节切击式水轮发电机，其特征在于，所述外壳(5)内涂有水无忧防水材料。
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