CN108468613B - 一种水轮机、水轮机离合传动装置以及冷却塔水冷方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水轮机，包括水轮机和辅助动力装置，辅助动力装置与水轮机的主轴之间设有第一传动部件，第二传动部件和卡舌；第二转动件设有沿径向设置的滑槽，在第二转动件与第一传动部件同向转动且第二转动件转速大于第一传动部件时，卡舌伸出滑槽外且卡舌外端能顶推在离合槽上推动第一传动部件加速旋转，否则，卡舌反向滑入滑槽内，使得卡舌从离合槽内脱离。本发明在水轮机主轴上安装了辅助动力装置，通过离合传动原理，使在水动力不足时第一传动部件与第二传动部件结合联动，利用外部动力带动主轴旋转，第一传动部件与第二传动部件分离时停止使用外部动力，动力互补在最节能最高效情况下，达到始终保持最佳的散热效果。
Description
技术领域
本发明涉及水轮机领域，特别涉及一种水轮机、水轮机离合传动装置以及冷却塔水冷方法。
背景技术
实用新型专利公告号CN202883214，其公开了一种新型免电冷却塔及水轮机。
发明内容
水轮机包括带进水口和出水口的机壳、主轴、轴承座以及安置在主轴上的水轮，在主轴与轴承座之间还设置有能同时承受主轴径向载荷、轴向载荷的轴承；水轮机有一个进水口和一个出水口，进水口与出水口垂直设置；进水口设置有法兰接头，出水口设置有法兰接头或螺纹接头。
如图1所示，一种新型免电冷却塔，包括积水盆3和塔壳4，塔壳4 上、下贯通以形成气流通道，塔壳4通过多个支撑柱41立置在积水盆3 上方，塔壳4内从上往下依次有风叶2、水轮机1、布水器5、用于水气热交换的填料层6，填料层6可为蜂窝网或层叠的网筛；水轮机1通过支架7与塔壳4内壁固定相连，水轮机1的进水口11进热水，热水推动水轮机1上的主轴15转动以带动风叶2散热，风叶2转动使得塔壳4 上排出热气且下进冷空气；布水器5与水轮机1的出水口相连以将流过水轮机1的热水喷洒在塔壳4内，热水在自重作用下落下经填料层6后回落在积水盆3中，热水在回落积水盆3过程中与进入塔壳4内的冷空气进行热交换而冷却。其中，布水器5上的喷头51可为旋转喷头或带多个喷水口的水管喷头或喷雾咀等，可以依据实际情况及整塔造价自行选择不同的布水器喷头。
由于冷却塔实际使用时在不同季节、不同时间和工作环境下有不同的使用要求。现有冷却塔以及水轮机只能单一依靠水压或者单一依靠电机来驱动，单一靠水压或电机来推动风叶存在如下不足：水压过低时难以满足冷却塔不同环境下的多用使用要求，水压过高时则造成浪费，运行不稳定；而采用电机来驱动时，如果电机正常工作，则需要较多电能，在天气凉爽的冬季或炎热的夏季电机都需启动工作，存在电力浪费的情况。为此，本申请人在现有水轮机和冷却塔基础上发明创造了本专利申请技术。
本发明为了克服现有技术水轮机仅利用水动力不稳定造成散热效果差的不足，提供了一种水轮机、水轮机离合传动装置以及冷却塔水冷方法，通过在水轮机主轴上安装了辅助动力装置，通过离合传动，使在水动力不足时第一传动部件与第二传动部件结合联动，利用外部动力带动主轴旋转，第一传动部件与第二传动部件分离时停止使用外部动力，动力互补在最节能最高效情况下，达到始终保持最佳的散热效果。
为实现以上效果，本发明提出下述技术方案：
一种水轮机，包括水轮机，水轮机上有由水轮带动的主轴以及引导水流驱动水轮转动的水流通道，其特征在于：还包括有辅助动力装置，所述主轴与辅助动力装置之间设置有能通过主轴转速的高低来自动控制主轴与辅助动力装置离合传动的离合传动装置。
如上所述一种水轮机，其特征在于：所述离合传动装置包括第一传动部件，第二传动部件和卡舌；
所述第一传动部件与所述主轴同轴设置并固定安装在主轴上；
所述第二传动部件与所述主轴同轴设置并通过轴承转动连接在主轴上；
所述第二传动部件设有沿径向设置的滑槽，滑槽远离旋转中心的一端沿径向延伸形成径向开口，所述卡舌置于与所述滑槽内滑动，卡舌在所述第二传动部件旋转离心力作用下经所述径向开口伸出滑槽外；
所述第一传动部件设有围绕在所述滑槽外围的一圈边沿，边沿内壁设有能与所述卡舌离合配合的离合槽；
所述离合槽由多个径向截面呈“∠”状的槽体沿所述边沿内壁首位顺次连接而成的棘齿圈结构，每个径向截面呈“∠”状的槽体的一侧槽壁径向设置，每个径向截面呈“∠”状的槽体的另一侧槽壁为能顶推所述卡舌径向回移的倾斜槽壁；
在所述第二传动部件与所述第一传动部件同向转动且第二传动部件转速大于第一传动部件时，所述卡舌伸出滑槽外且卡舌外端能顶推在所述离合槽一侧槽壁上推动第一传动部件加速旋转；
在所述第二传动部件与所述第一传动部件同向转动且第二传动部件转速小于第一传动部件时，伸出滑槽外的卡舌外端相对所述离合槽另一侧倾斜槽壁反向滑动，在离合槽该另一侧倾斜槽壁推动下，所述卡舌反向滑入所述滑槽内，使得卡舌从离合槽内脱离。
如上所述的水轮机，其特征在于，所述卡舌外端设有能与所述径向截面呈“∠”状的槽体离合配合的端头，该端头一侧为能与所述倾斜槽壁滑动配合的倾斜舌面。
如上所述的水轮机，其特征在于，所述第一传动部件为飞轮，所述边沿沿飞轮外边缘设置并与飞轮一体成型。
如上所述的水轮机，其特征在于，所述第二传动部件为皮带轮，所述辅助动力装置为电机，电机与皮带轮之间皮带传动，皮带轮中部设有一凸台，凸台凸入所述边沿内，凸台外圆周方向均布有多个径向设置的所述滑槽，滑槽在凸台外圆周表面形成所述径向开口。
如上所述的水轮机，其特征在于，所述飞轮与所述主轴螺栓或螺钉锁紧或键连接。
一种水轮机的离合传动装置，其特征在于，包括第一传动部件，第二传动部件、主轴和卡舌；
所述第一传动部件与所述主轴同轴设置并固定安装在所述主轴上；
所述第二传动部件与所述主轴同轴设置并通过轴承转动连接在所述主轴上；
所述第二传动部件设有沿径向设置的滑槽，滑槽远离旋转中心的一端沿径向延伸形成径向开口，所述卡舌置于与所述滑槽内滑动，卡舌在所述第二传动部件旋转离心力作用下经所述径向开口伸出滑槽外；
所述第一传动部件设有围绕在所述滑槽外围的一圈边沿，边沿内壁设有能与所述卡舌离合配合的离合槽，所述离合槽由多个径向截面呈“∠”状的槽体沿所述边沿内壁首位顺次连接而成的棘齿圈结构，每个径向截面呈“∠”状的槽体的一侧槽壁径向设置，每个径向截面呈“∠”状的槽体的另一侧槽壁为能顶推所述卡舌径向回移的倾斜槽壁；
所述卡舌外端设有能与所述径向截面呈“∠”状的槽体离合配合的端头，该端头一侧为能与所述倾斜槽壁滑动配合的倾斜舌面；
在所述第二传动部件与所述第一传动部件同向转动且第二传动部件转速大于第一传动部件时，所述卡舌伸出滑槽外且卡舌外端能顶推在所述离合槽一侧槽壁上推动第一传动部件加速旋转；
在所述第二传动部件与所述第一传动部件同向转动且第二传动部件转速小于第一传动部件时，伸出滑槽外的卡舌外端相对所述离合槽另一侧倾斜槽壁反向滑动，在离合槽该另一侧倾斜槽壁推动下，所述卡舌反向滑入所述滑槽内，使得卡舌从离合槽内脱离。
一种采用如上所述水轮机的冷却塔进行水冷方法，其特征在于，在冷却塔上方设置水轮机和辅助动力装置，辅助动力装置位于水轮机一侧；
所述冷却塔包括积水盆和塔壳，塔壳内从上往下依次有水轮机、布水器、用于水气热交换的填料层；水轮机进水口进热水，布水器与水轮机出水口相连以将流过水轮机的热水喷洒在塔壳内，热水在自重作用下落下经填料层后回落在积水盆中，热水在回落积水盆过程中与进入塔壳内的冷空气进行热交换；
在辅助动力装置与水轮机的主轴之间设置一个离合传动装置，通过一个温度传感器检测进入冷却塔的水温；
当进入冷却塔的水温高于设定温度时，温度传感器发送信号至控制器，控制器控制辅助动力装置开启，辅助动力装置带动离合传动装置上的第二传动部件加速旋转，在所述第二传动部件与所述第一传动部件同向转动且第二传动部件转速大于第一传动部件时，所述卡舌伸出滑槽外且卡舌外端能顶推在所述离合槽一侧槽壁上推动第一传动部件加速旋转，从而带动水轮机的主轴加速旋转，水轮机主轴上的风叶加速旋转散热；
当冷却塔导出的水温低于或等于设定温度时，温度传感器发送信号至控制器，控制器控制辅助动力装置停止，此时辅助动力装置作为负载连接在离合传动装置上，使得离合传动装置上的第二传动部件转速变慢，离合传动装置上的卡舌与第一传动部件脱离，此时水轮机的主轴以及水轮在进水口的水流作用下旋转，通过主轴上的风叶旋转散热。
本发明的有益效果是：通过机械动力和水动力的互补，可以保证在最节能最高效的情况下，始终保持最佳散热效果。在水动力不足时通过皮带轮高速旋转和固定在主轴上的飞轮结合带动主轴、风叶旋转从而达到最佳的散热效果；而当水动力充足时，带动主轴及主轴上飞轮旋转的速度大于皮带轮速度时皮带轮与飞轮分离，停止使用外来动力，从而达到水动力和外力机械动力互补的情况下，既最大限度的节省能源又始终保持了最佳的散热效果。
附图说明
图1是现有冷却塔内部结构示意图。
图2是本发明实施例中的水轮机主视结构示意图。
图3是本发明实施例中的飞轮俯视结构示意图。
图4是本发明实施例中的飞轮、皮带轮与卡舌传动结构俯视示意图。
图5是本发明实施例中的卡舌与皮带轮上滑槽配合结构俯视示意图。
实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
如图2、图3、图4和图5所示，一种水轮机，包括水轮机1和辅助动力装置(图中未示出)。水轮机1上有由水轮(图中未示出)带动的主轴8以及引导水流驱动水轮转动的水流通道，主轴8外端固定安装有风叶，主轴8与辅助动力装置之间设置有能通过主轴8转速的高低来自动控制主轴8与辅助动力装置离合传动的离合传动装置。
本申请实施例中，如图2所示，水轮机包括带进水口11和出水口12的机壳100、主轴8、轴承座101以及安置在主轴上的水轮，主轴下端穿过轴承座101伸入机壳100内，水轮设置在进水口处，主轴8上端穿出轴承座101与风叶键连接，在主轴8与轴承座101之间还设置有能同时承受主轴径向载荷、轴向载荷的轴承，该轴承包括能承受主轴径向载荷的两向心滚动轴承和能承受主轴径向载荷的一个平面推力轴承。主轴8水平设置，进水管水平设置，出水管垂直设置；进水口11 设置有法兰接头，出水口12设置有法兰接头。
本申请实施例中，离合传动装置包括第一传动部件，第二传动部件和卡舌30。第一传动部件与主轴8同轴设置并固定安装在主轴8 上；第二传动部件与主轴8同轴设置并通过轴承50转动连接在主轴8 上。第二传动部件为皮带轮10，第二传动部件设有沿径向设置的滑槽 40，滑槽40远离旋转中心的一端沿径向延伸形成径向开口，卡舌30 置于与滑槽40内滑动，卡舌30在第二传动部件旋转离心力作用下经径向开口伸出滑槽40外；第一传动部件为飞轮20，第一传动部件呈帽状或盘状结构，第一传动部件设有围绕在滑槽外围的一圈边沿21，边沿21内壁设有能与卡舌30离合配合的离合槽22。
本发明工作原理：当第一传动部件速度大于同向转动的第二传动部件时，第一传动部件与第二传动部件通过离合传动装置结合联动，利用外部动力带动主轴8旋转；当第一传动部件速度小于同向转动的第二传动部件或停止旋转时，第一传动部件与第二传动部件分离，停止使用外部动力。
本申请实施例中，卡舌30呈方条状，滑槽40为横截面为方形的滑槽，飞轮20与主轴8采用螺栓60锁紧连接。边沿21为沿飞轮20外边缘设置并与飞轮20一体成型。辅助动力装置为伺服电机，伺服电机与皮带轮10之间皮带传动，皮带轮10中部设有一凸台110，凸台110凸入边沿21内，凸台110外圆周方向均布有多个径向设置的滑槽40，滑槽40 在凸台110外圆周表面形成径向开口。
为使得离合装置平稳运行，本申请实施例中，皮带轮10中部平均分布六个大小一致的滑槽40，各个滑槽40内都有一个卡舌30，该结构设计有利于当卡舌30被甩出时，能牢固的卡住飞轮20，使联动稳固，皮带轮10上相应分布了六个大小相同的蚕豆形状的洞，有利于减轻皮带轮10的重量和保持旋转时的平衡及转速，有利于转轴8 在高速旋转时平稳运行，使得主轴8匀速旋转。
本申请实施例中，离合槽22由多个径向截面呈“∠”状的槽体200 沿边沿21内壁首位顺次连接而成的棘齿圈结构，每个径向截面呈“∠”状的槽体200的一侧槽壁201径向设置，每个径向截面呈“∠”状的槽体200的另一侧槽壁为能顶推卡舌30径向回移的倾斜槽壁202。卡舌30 外端设有能与径向截面呈“∠”状的槽体离合配合的端头，该端头一侧为能与倾斜槽壁202滑动配合的倾斜舌面31。
工作时，在第二传动部件与第一传动部件同向转动且第二传动部件转速大于第一传动部件时，卡舌30伸出滑槽40外且卡舌30外端能顶推在离合槽一侧槽壁201上推动第一传动部件加速旋转；在第二传动部件与第一传动部件同向转动且第二传动部件转速小于第一传动部件时，伸出滑槽40外的卡舌30外端相对离合槽另一侧倾斜槽壁202反向滑动，在离合槽22该另一侧倾斜槽壁202推动下，卡舌30反向滑入滑槽40内，使得卡舌30从离合槽22内脱离。
进一步改进：水轮机1进水口11设置有可调节进水量大小的调节阀13，这样在风叶旋转过快时，可以调节调节阀减小到原进水量得百分之九十，从而控制水轮机1上的主轴8带动风叶平稳旋转。所述的进水口11与出水口12垂直设置。
一种冷却塔进行冷却的方法，在塔壳内从上往下依次有水轮机1、布水器、用于水气热交换的填料层，在水轮机1一侧设置有电机；在电机与水轮机的主轴8之间设置一个离合传动装置，通过一个温度传感器检测进入冷却塔的水温。
当进入冷却塔的水温高于设定温度时，温度传感器发送信号至控制器，控制器控制电机开启，电机带动皮带轮10加速旋转，卡舌30 被甩出滑槽40外，在皮带轮10与飞轮20同向转动且皮带轮10转速大于飞轮20时，卡舌30外端能顶推在离合槽22一侧槽壁201上推动飞轮20 加速旋转，从而带动水轮机1的主轴8加速旋转，水轮机1的主轴8上的风叶加速旋转散热；
当冷却塔导出的水温低于或等于设定温度时，温度传感器发送信号至控制器，控制器控制电机停止，此时辅电机作为负载连接在离合传动装置上，使得离合传动装置上的皮带轮10转速变慢，离合传动装置上的卡舌沿离合槽22的倾斜槽壁202反向旋转并被推入滑槽40，实现与飞轮20脱离，此时水轮机1的主轴8以及水轮在进水口的水流作用下旋转，通过主轴8上的风叶旋转散热。
本发明中，皮带轮10转速高于飞轮20时，皮带轮10离心力将卡舌 30从滑槽甩出卡住飞轮20，使飞轮20和皮带轮10联动；皮带轮转速低于飞轮20或停止旋转时，卡舌30被压回滑槽40，飞轮20与皮带轮10 分离。从而达到水动力和外力机械动力互补的情况下，既最大限度的节省能源又始终保持了最佳的散热效果。
Claims (7)
1.一种水轮机，包括水轮机，水轮机上有由水轮带动的主轴以及引导水流驱动水轮转动的水流通道，其特征在于：还包括有辅助动力装置，所述主轴与辅助动力装置之间设置有能通过主轴转速的高低来自动控制主轴与辅助动力装置离合传动的离合传动装置；所述离合传动装置包括第一传动部件，第二传动部件和卡舌；所述第一传动部件与所述主轴同轴设置并固定安装在主轴上；所述第二传动部件与所述主轴同轴设置并通过轴承转动连接在主轴上；所述第二传动部件设有沿径向设置的滑槽，滑槽远离旋转中心的一端沿径向延伸形成径向开口，所述卡舌置于与所述滑槽内滑动，卡舌在所述第二传动部件旋转离心力作用下经所述径向开口伸出滑槽外；所述第一传动部件设有围绕在所述滑槽外围的一圈边沿，边沿内壁设有能与所述卡舌离合配合的离合槽，所述离合槽由多个径向截面呈“∠”状的槽体沿所述边沿内壁首位顺次连接而成的棘齿圈结构，每个径向截面呈“∠”状的槽体的一侧槽壁径向设置，每个径向截面呈“∠”状的槽体的另一侧槽壁为能顶推所述卡舌径向回移的倾斜槽壁；在所述第二传动部件与所述第一传动部件同向转动且第二传动部件转速大于第一传动部件时，所述卡舌伸出滑槽外且卡舌外端能顶推在所述离合槽一侧槽壁上推动第一传动部件加速旋转；在所述第二传动部件与所述第一传动部件同向转动且第二传动部件转速小于第一传动部件时，伸出滑槽外的卡舌外端相对所述离合槽另一侧倾斜槽壁反向滑动，在离合槽该另一侧倾斜槽壁推动下，所述卡舌反向滑入所述滑槽内，使得卡舌从离合槽内脱离。
2.根据权利要求 1 所述的一种水轮机，其特征在于，所述卡舌外端设有能与所述径向截面呈“∠”状的槽体离合配合的端头，该端头一侧为能与所述倾斜槽壁滑动配合的倾斜舌面。
3.根据权利要求 1 所述的一种水轮机，其特征在于，所述第一传动部件为飞轮，所述边沿沿飞轮外边缘设置并与飞轮一体成型。
4.根据权利要求 3 所述的一种水轮机，其特征在于，所述第二传动部件为皮带轮，所述辅助动力装置为电机，电机与皮带轮之间皮带传动，皮带轮中部设有一凸台，凸台凸入所述边沿内，凸台外圆周方向均布有多个径向设置的所述滑槽，滑槽在凸台外圆周表面形成所述径向开口。
5.根据权利要求 4 所述的一种水轮机，其特征在于，所述飞轮与所述主轴螺栓或螺钉或键连接。
6.一种水轮机的离合传动装置，其特征在于，包括第一传动部件，第二传动部件、主轴和卡舌；所述第一传动部件与所述主轴同轴设置并固定安装在所述主轴上；所述第二传动部件与所述主轴同轴设置并通过轴承转动连接在所述主轴上；所述第二传动部件设有沿径向设置的滑槽，滑槽远离旋转中心的一端沿径向延伸形成径向开口，所述卡舌置于与所述滑槽内滑动，卡舌在所述第二传动部件旋转离心力作用下经所述径向开口伸出滑槽外；所述第一传动部件设有围绕在所述滑槽外围的一圈边沿，边沿内壁设有能与所述卡舌离合配合的离合槽，所述离合槽由多个径向截面呈“∠”状的槽体沿所述边沿内壁首位顺次连接而成的棘齿圈结构，每个径向截面呈“∠”状的槽体的一侧槽壁径向设置，每个径向截面呈“∠”状的槽体的另一侧槽壁为能顶推所述卡舌径向回移的倾斜槽壁；所述卡舌外端设有能与所述径向截面呈“∠”状的槽体离合配合的端头，该端头一侧为能与所述倾斜槽壁滑动配合的倾斜舌面；在所述第二传动部件与所述第一传动部件同向转动且第二传动部件转速大于第一传动部件时，所述卡舌伸出滑槽外且卡舌外端能顶推在所述离合槽一侧槽壁上推动第一传动部件加速旋转；在所述第二传动部件与所述第一传动部件同向转动且第二传动部件转速小于第一传动部件时，伸出滑槽外的卡舌外端相对所述离合槽另一侧倾斜槽壁反向滑动，在离合槽该另一侧倾斜槽壁推动下，所述卡舌反向滑入所述滑槽内，使得卡舌从离合槽内脱离。
7.一种采用权利要求 1 所述水轮机的冷却塔进行水冷方法，其特征在于，在冷却塔上方设置水轮机和辅助动力装置，辅助动力装置位于水轮机一侧；所述冷却塔包括积水盆和塔壳，塔壳内从上往下依次有水轮机、布水器、用于水气热交换的填料层；水轮机进水口进热水，布水器与水轮机出水口相连以将流过水轮机的热水喷洒在塔壳内，热水在自重作用下落下经填料层后回落在积水盆中，热水在回落积水盆过程中与进入塔壳内的冷空气进行热交换；在辅助动力装置与水轮机的主轴之间设置一个离合传动装置，通过一个温度传感器检测进入冷却塔的水温；当进入冷却塔的水温高于设定温度时，温度传感器发送信号至控制器，控制器控制辅助动力装置开启，辅助动力装置带动离合传动装置上的第二传动部件加速旋转，在所述第二传动部件与所述第一传动部件同向转动且第二传动部件转速大于第一传动部件时，所述卡舌伸出滑槽外且卡舌外端能顶推在所述离合槽一侧槽壁上推动第一传动部件加速旋转，从而带动水轮机的主轴加速旋转，水轮机主轴上的风叶加速旋转散热；当冷却塔导出的水温低于或等于设定温度时，温度传感器发送信号至控制器，控制器控制辅助动力装置停止，此时辅助动力装置作为负载连接在离合传动装置上，使得离合传动装置上的第二传动部件转速变慢，离合传动装置上的卡舌与第一传动部件脱离，此时水轮机的主轴以及水轮在进水口的水流作用下旋转，通过主轴上的风叶旋转散热。
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