CN107013399A - 一种采用齿轮传动的定桨贯流式水轮机 - Google Patents

一种采用齿轮传动的定桨贯流式水轮机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种采用齿轮传动的定桨贯流式水轮机，包括同轴设置在进水管内部的导叶轮毂体，沿导叶轮毂体的周向均匀分布有固定导叶，导叶轮毂体的外伸轴上同轴套装有转轮轮毂体，沿转轮轮毂体的周向均匀分布有一圈转轮叶片，转轮叶片的轮缘外同轴设有环形的齿轮环套，齿轮环套的外表面加工有齿圈，齿轮环套上的齿圈与输出机构配合，导叶轮毂体的外伸轴端部设有泄水锥，泄水锥位于尾水管内部，进水管与尾水管同轴设置在齿轮环套的相对两侧。该水轮机转轮与发电机转子间采用齿轮传动机构连接，简化了水轮机的整体结构，降低了安装、检修成本。

Description

一种采用齿轮传动的定桨贯流式水轮机
技术领域
本发明属于水利水电工程设备技术领域，涉及一种采用齿轮传动的定桨贯流式水轮机。
背景技术
传统贯流式水轮发电机组的结构中，因为水轮机转轮需要通过传动轴与发电机转子直连，所以水轮机的流道内通常需要单独设计出安放发电机的单独空间(如灯泡体、竖井)，或者设置一段S形拐弯的尾水管将传动轴引伸出流道外与发电机转子连接，导致水轮机整体管路结构及内部流道结构复杂、占地空间大。而在农村小水电开发及超低水头明渠流道内的水能资源利用过程中，水轮发电机组通常具有装机容量小，所处厂房空间结构紧凑的特点，因此将传统的贯流式水轮机结构应用于小水电站或微型水电站进行水能开发会造成厂房土建成本大量增加、水轮机整体结构不合理、安装检修设备成本增加等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用齿轮传动的定桨贯流式水轮机，该水轮机转轮与发电机转子间采用齿轮传动机构连接，简化了水轮机的整体结构，降低了安装、检修成本。
本发明所采用的技术方案是，一种采用齿轮传动的定桨贯流式水轮机，包括同轴设置在进水管内部的导叶轮毂体，沿导叶轮毂体的周向均匀分布有固定导叶，导叶轮毂体的外伸轴上同轴套装有转轮轮毂体，沿转轮轮毂体的周向均匀分布有一圈转轮叶片，转轮叶片的轮缘外同轴设有环形的齿轮环套，齿轮环套的外表面加工有齿圈，齿轮环套上的齿圈与输出机构配合，导叶轮毂体的外伸轴端部设有泄水锥，泄水锥位于尾水管内部，进水管与尾水管同轴设置在齿轮环套的相对两侧。
本发明的特点还在于，
其中固定导叶分别与进水管和导叶轮毂体固接成为一体。
其中导叶轮毂体的外伸轴的两端分别设有对转轮轮毂体起支撑作用的深沟球轴承，深沟球轴承与导叶轮毂体的外伸轴同轴。
其中转轮叶片分别与转轮轮毂体、齿轮环套固接为一体。
其中齿轮环套与进水管的接合处设有角接触球轴承a，角接触球轴承a的外圈通过弹性挡圈a定位，弹性挡圈a嵌在进水管内壁上，角接触球轴承a的内圈采用紧配合安装在齿轮环套的一侧，齿轮环套的一侧还同轴套装有金属骨架唇形密封a，金属骨架唇形密封a安装在角接触球轴承a的外侧且位于进水管与齿轮环套之间；
其中角接触球轴承a、弹性挡圈a、金属骨架唇形密封a均与进水管同轴设置。
其中齿轮环套与尾水管的结合处设有角接触球轴承b，角接触球轴承b的外圈通过弹性挡圈b定位，弹性挡圈b嵌在尾水管的内壁上，角接触球轴承b的内圈采用紧配合安装在齿轮环套的另一侧，齿轮环套的另一侧还同轴套装有金属骨架唇形密封b，金属骨架唇形密封b安装在角接触球轴承b的外侧且位于尾水管与齿轮环套之间；
其中角接触球轴承b、弹性挡圈b、金属骨架唇形密封b均与尾水管同轴设置。
其中泄水锥的中心处同轴开设有螺纹孔，导叶轮毂体的外伸轴的端部加工有外螺纹，导叶轮毂体的外伸轴端部与泄水锥通过螺纹连接。
其中输出机构包括扭矩输出轴，扭矩输出轴上套装有扭矩输出齿轮，扭矩输出齿轮与齿轮环套上的齿圈啮合。
本发明的有益效果是，本发明提供的一种采用齿轮传动的定桨贯流式水轮机过流部件少，内部结构紧凑，水轮机转轮与发电机转子间无需传动轴直连，解决了现有贯流式水轮机需要采用传动轴与发电机转子直连而造成的电站管路及水轮机内流道结构复杂、占据空间大的问题，是一种新型的专用于农村小水电站或微型水电站的开发以及超低水头明渠发电的小型水轮机，同时，本发明中的水轮机无叶顶间隙空化空蚀，转轮叶片的使用寿命将大大提高。
附图说明
图1是本发明一种采用齿轮传动的定桨贯流式水轮机的结构示意图；
图2是图1中A处的局部放大图。
图中，1.进水管，2.导叶轮毂体，3.固定导叶，4.转轮轮毂体，5.转轮叶片，6.齿轮环套，7.泄水锥，8.尾水管，9.深沟球轴承，10.角接触球轴承a，11.弹性挡圈a，12.金属骨架唇形密封a，13.角接触球轴承b，14.弹性挡圈b，15.金属骨架唇形密封b，16.扭矩输出轴，17.扭矩输出齿轮。
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。
本发明一种采用齿轮传动的定桨贯流式水轮机，结构如图1所示，包括同轴设置在进水管1内部的导叶轮毂体2，沿导叶轮毂体2的周向均匀分布有一圈固定导叶3，导叶轮毂体2的外伸轴上同轴套装有转轮轮毂体4，沿转轮轮毂体4的周向均匀分布有一圈转轮叶片5，转轮叶片5的轮缘外同轴设有环形的齿轮环套6，齿轮环套6的外表面加工有齿圈，齿轮环套6上的齿圈与输出机构配合，导叶轮毂体2的外伸轴端部设有泄水锥7，泄水锥7位于尾水管8内部，进水管1与尾水管8同轴设置在齿轮环套6的相对两侧。
其中固定导叶3分别与进水管1和导叶轮毂体2固接成为一体(固定导叶3位于进水管1内壁和导叶轮毂体2之间)。
其中导叶轮毂体2的外伸轴的两端分别设有对转轮轮毂体4起支撑作用的深沟球轴承9，深沟球轴承9与导叶轮毂体2的外伸轴同轴。
其中转轮叶片5分别与转轮轮毂体4、齿轮环套6固接为一体。
如图2所示，齿轮环套6与进水管1的接合处设有角接触球轴承a10，角接触球轴承a10的外圈通过弹性挡圈a11(弹性挡圈a11起定位卡紧作用)定位，弹性挡圈a11嵌在进水管1内壁上，角接触球轴承a10的内圈采用紧配合安装在齿轮环套6的一侧(角接触球轴承a10的内圈在水轮机运转时随着齿轮环套6转动，角接触球轴承a10的外圈保持静止)，齿轮环套6的一侧还同轴套装有金属骨架唇形密封a12，金属骨架唇形密封a12安装在角接触球轴承a10的外侧(金属骨架唇形密封a12防止角接触球轴承a10的润滑油泄漏以及杂物、尘土进入角接触球轴承a10，起到密封作用)且位于进水管1与齿轮环套6之间；角接触球轴承a10在进水管1与齿轮环套6之间起固定支撑作用；其中角接触球轴承a10、弹性挡圈a11、金属骨架唇形密封a12均与进水管1同轴设置。
其中齿轮环套6与尾水管8的结合处设有角接触球轴承b13，角接触球轴承b13的外圈通过弹性挡圈b14定位(弹性挡圈b14起定位卡紧作用)，弹性挡圈b14嵌在尾水管8的内壁上，角接触球轴承b13的内圈采用紧配合安装在齿轮环套6的另一侧(角接触球轴承b13内圈在水轮机运转时随着齿轮环套6转动，角接触球轴承b13的外圈保持静止)，齿轮环套6的另一侧还同轴套装有金属骨架唇形密封b15，金属骨架唇形密封b15安装在角接触球轴承b13的外侧(金属骨架唇形密封b15可以防止角接触球轴承b13的润滑油泄漏以及杂物、尘土进入角接触球轴承b13，起到密封作用)且位于尾水管8与齿轮环套6之间；角接触球轴承b13在尾水管8和齿轮环套6之间起固定支撑作用；同时，角接触球轴承a10和角接触球轴承b13还承担转轮叶片5、转轮轮毂体4和齿轮环套6组成的转动部件所受的径向和轴向载荷。其中角接触球轴承b13、弹性挡圈b14、金属骨架唇形密封b15均与尾水管8同轴设置。
其中泄水锥7的中心处同轴开设有螺纹孔，导叶轮毂体2的外伸轴的端部加工有外螺纹，导叶轮毂体2的外伸轴端部与泄水锥7通过螺纹连接。泄水锥7对深沟球轴承9起压紧作用，同时也对水流起到导流作用。
其中输出机构包括扭矩输出轴16，扭矩输出轴16上套装有扭矩输出齿轮17，扭矩输出齿轮17与齿轮环套6上的齿圈啮合。
本发明一种采用齿轮传动的定桨贯流式水轮机的工作方式为：水流从进水管1进入水轮机，经由固定导叶3的引导以一定的角度撞击到转轮叶片5上并产生推动转轮叶片5转动的扭矩，由于转轮叶片5与齿轮环套6焊接为一个整体，因此转轮叶片5不存在叶顶间隙，也不会遭受叶顶间隙空化空蚀的破坏。转轮叶片5转动时带动齿轮环套6一起旋转，然后齿轮环套6与扭矩输出齿轮17之间通过外啮合的方式将转轮叶片5受到的扭矩传递给扭矩输出齿轮17，扭矩输出齿轮17再通过键连接将扭矩传递给扭矩输出轴16进行扭矩的输出，扭矩输出轴16可直接连接发电机发电，或者再连接一级增速箱进行增速发电。
本发明一种采用齿轮传动的定桨贯流式水轮机的特点为：本装置采用齿轮传动的方式将转轮的扭矩进行输出，摒弃了采用传动轴将水轮机转轮与发电机转子直接连接的方法，使得整个机组的轴向尺寸大为减少，简化了水轮机的结构，非常适合应用于农村小水电站或微型水电站的水能开发。

Claims (8)

1.一种采用齿轮传动的定桨贯流式水轮机，其特征在于：包括同轴设置在进水管(1)内部的导叶轮毂体(2)，沿导叶轮毂体(2)的周向均匀分布有固定导叶(3)，导叶轮毂体(2)的外伸轴上同轴套装有转轮轮毂体(4)，沿转轮轮毂体(4)的周向均匀分布有一圈转轮叶片(5)，转轮叶片(5)的轮缘外同轴设有环形的齿轮环套(6)，齿轮环套(6)的外表面加工有齿圈，所述齿轮环套(6)上的齿圈与输出机构配合，导叶轮毂体(2)的外伸轴端部设有泄水锥(7)，泄水锥(7)位于尾水管(8)内部，进水管(1)与尾水管(8)同轴设置在齿轮环套(6)的相对两侧。
2.根据权利要求1所述的一种采用齿轮传动的定桨贯流式水轮机，其特征在于：所述固定导叶(3)分别与进水管(1)和导叶轮毂体(2)固接成为一体。
3.根据权利要求1所述的一种采用齿轮传动的定桨贯流式水轮机，其特征在于：所述导叶轮毂体(2)的外伸轴的两端分别设有对转轮轮毂体(4)起支撑作用的深沟球轴承(9)，深沟球轴承(9)与导叶轮毂体(2)的外伸轴同轴。
4.根据权利要求1所述的一种采用齿轮传动的定桨贯流式水轮机，其特征在于：所述转轮叶片(5)分别与转轮轮毂体(4)、齿轮环套(6)固接为一体。
5.根据权利要求1所述的一种采用齿轮传动的定桨贯流式水轮机，其特征在于：所述齿轮环套(6)与进水管(1)的接合处设有角接触球轴承a(10)，角接触球轴承a(10)的外圈通过弹性挡圈a(11)定位，弹性挡圈a(11)嵌在进水管(1)内壁上，角接触球轴承a(10)的内圈采用紧配合安装在齿轮环套(6)的一侧，齿轮环套(6)的一侧还同轴套装有金属骨架唇形密封a(12)，金属骨架唇形密封a(12)安装在角接触球轴承a(10)的外侧且位于进水管(1)与齿轮环套(6)之间；
所述角接触球轴承a(10)、弹性挡圈a(11)、金属骨架唇形密封a(12)均与进水管(1)同轴设置。
6.根据权利要求1所述的一种采用齿轮传动的定桨贯流式水轮机，其特征在于：所述齿轮环套(6)与尾水管(8)的结合处设有角接触球轴承b(13)，角接触球轴承b(13)的外圈通过弹性挡圈b(14)定位，弹性挡圈b(14)嵌在尾水管(8)的内壁上，角接触球轴承b(13)的内圈采用紧配合安装在齿轮环套(6)的另一侧，齿轮环套(6)的另一侧还同轴套装有金属骨架唇形密封b(15)，金属骨架唇形密封b(15)安装在角接触球轴承b(13)的外侧且位于尾水管(8)与齿轮环套(6)之间；
所述角接触球轴承b(13)、弹性挡圈b(14)、金属骨架唇形密封b(15)均与尾水管(8)同轴设置。
7.根据权利要求1所述的一种采用齿轮传动的定桨贯流式水轮机，其特征在于：所述泄水锥(7)的中心处同轴开设有螺纹孔，所述导叶轮毂体(2)的外伸轴的端部加工有外螺纹，所述导叶轮毂体(2)的外伸轴端部与泄水锥(7)通过螺纹连接。
8.根据权利要求1所述的一种采用齿轮传动的定桨贯流式水轮机，其特征在于：所述输出机构包括扭矩输出轴(16)，扭矩输出轴(16)上套装有扭矩输出齿轮(17)，扭矩输出齿轮(17)与所述齿轮环套(6)上的齿圈啮合。
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