CN109404201B - 一种水库用的水轮机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水库用的水轮机，它包括带有内腔的蜗壳和尾水管，所述的尾水管与蜗壳上的出水口连通以使得所述蜗壳与尾水管之间形成水流通道，所述蜗壳内设有转轮，所述转轮与蜗壳转动配合且转轮的部分位于水流通道内，其特征在于：所述转轮内设有泄水管路，所述转轮和蜗壳之间的间隙经泄水管路与水流通道连通，以使得所述转轮与蜗壳之间间隙内的积水经泄水管路回流至水流通道内。本发明提供一种水库用的水轮机，其通过引流的方式使得转轮与蜗壳之间的间隙内压力降低，从而减少了转轮转动的阻力，提高了转轮的使用寿命，减少了维修频率。

Description

一种水库用的水轮机

技术领域

本发明涉及透平机械的技术领域，具体地是一种水库用的水轮机。

背景技术

水轮机是将水流能转换成机械能的一种重要能量转换装置，它也是新能源利用中对于水利发电的重要核心机组。现有的水轮机主要包括蜗壳、尾水管、转轮、发电机以及安装于转轮上的泄水锥，流动的水流从蜗壳的进水口流入经过盘旋加速后形成高压水流冲击转轮最后经泄水锥导流后排入尾水管，在此过程中带动转轮转动，然后通过传动轴驱使发电机转动发电。由于转轮的部分伸入到蜗壳内，因此转轮与蜗壳转动过程中必然存在转动间隙，这势必会使得水流进入到转轮与蜗壳的间隙内，由此会产生一系列的技术问题：

第一、持续的高压水流会导致转轮与蜗壳之间形成高压，提高了转轮转动的摩擦阻力。

第二、水流中的杂质颗粒会被带入到转轮与蜗壳之间的间隙内，长期积累将会导致转轮与蜗壳之间的接触面磨损，影响转轮使用寿命。

第三、持续的高压水流会使得转轮与蜗壳之间始终保持一个较大的轴向推力，因此会使得转轮的轴承持续的承受较大的轴向力，这势必会导致轴承的加速磨损。

第四、泄水锥需要通过螺栓与转轮紧固，而水轮长期处于潮湿环境，因此螺栓极易锈蚀，这给维护过程中泄水锥和转轮的拆卸造成不便。

第五、泄水锥在长期使用过程中容易松脱。

当然现有技术中也有考虑过在转轮与蜗壳之间设置密封结构，但是由于水轮机的使用环境是长期处于低温、潮湿、高压环境，因此普通橡胶材质的密封圈不仅无法满足压力需求而且容易老化破损，尤其对于大型水轮机组而言其维修成本大，显然不利于实际需求，而特殊材质的密封件不仅成本高，而且对于大型水轮机组而言其需求的密封件的尺寸也较大，因此较大尺寸的密封件其产品加工精度较难保证，并且也不利于安装，甚至于安装过程中的装配精度也较难保证。

综上所述，行业内现有的水轮机仍然存在上述技术问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一：提供一种水库用的水轮机，其通过引流的方式使得转轮与蜗壳之间的间隙内压力降低，从而减少了转轮转动的阻力，提高了转轮的使用寿命，减少了维修频率。

为此，本发明的一个目的在于提出一种水库用的水轮机，它包括带有内腔的蜗壳和尾水管，所述的尾水管与蜗壳上的出水口连通以使得所述蜗壳与尾水管之间形成水流通道，所述蜗壳内设有转轮，所述转轮与蜗壳转动配合且转轮的部分位于水流通道内，其特征在于：所述转轮内设有泄水管路，所述转轮和蜗壳之间的间隙经泄水管路与水流通道连通，以使得所述转轮与蜗壳之间间隙内的积水经泄水管路回流至水流通道内。通过设置泄水管路从而可以很好的使得转轮和蜗壳之间间隙内的压力降低，并且泄压的水流又回流至水流通道内，不仅结构简单可靠，而且水流能可以充分利用。另外通过泄水管路的轴向设置可以平衡转轮所受到的轴向负载力，因此可以大大减小转轴上轴承所受到的轴向力。

所述转轮上位于水流通道内设有泄水锥，所述泄水锥上设有用于与转轮连接的连接部，所述连接部的外侧壁上设有外螺纹，所述泄水锥通过连接部与转轮螺纹连接，所述泄水锥内设有连接管，连接管的两端分别与泄水管路和水流通道连通。

所述连接管的中间部分沿水平方向弯折形成弯折部，所述连接管内水流作用于弯折部以使得泄水锥转动的方向与泄水锥上连接部的外螺纹的旋向相同。

所述泄水锥背离连接部的前端面的中心位置内凹形成第一安装槽，所述连接部的中心位置内凹形成第二安装槽，所述第一安装槽和第二安装槽之间设有一中心通孔，用于供螺栓的螺杆部分穿过，所述第一安装槽内设有一内密封盖，所述内密封盖与第一安装槽的槽内壁之间合围形成一密封的容腔，用于容置螺栓的螺头部分，所述内密封盖上设有用于抽离第一安装槽内空气的排气阀嘴，所述内密封盖的上方设有外密封盖。

根据本发明的一个示例，所述的外密封盖包括隔热层和焊接层，所述焊接层与第一安装槽的槽口焊接固定且密封所述第一安装槽，所述隔热层置于内密封盖和焊接层之间。

根据本发明的一个示例，所述前端面的横截面面积小于后端面的横截面面积，且所述前端面和后端面之间通过导流面过渡连接。

根据本发明的一个示例，所述泄水锥朝向转轮的后端面上设有凹槽，所述连接管经凹槽与转轮内的泄水管路连通。通过设置凹槽可以使得泄水锥与转轮之间螺纹拧紧的过程中使得连接管与泄水管路始终连通。

根据本发明的一个示例，所述的凹槽为环形结构。

根据本发明的一个示例，所述的凹槽为多个，且所述凹槽为圆弧形结构，全部的凹槽沿周向依序间隔设置。多个凹槽的设计在于可以使得任意泄水管路与各自的连接管对应，由此当不同的泄水管路内的水压不同时可以利用连接管位置的改变达到受力的平衡。

根据本发明的一个示例，任意相邻两个凹槽之间通过连接槽连通，所述连接槽的横截面面积小于所述凹槽的横截面面积。通过设置连接槽可以避免部分连接管堵塞后导致所对应的凹槽内的压力持续偏高，即实现局部高压的分流。

根据本发明的一个示例，所述的尾水管包括尾水主管和尾水弯管，所述的尾水主管通过尾水弯管与蜗壳的出水口连通。

根据本发明的一个示例，所述连接管的中间部分沿连接部的周向弯折形成弯折部。

根据本发明的一个示例，所述泄水锥内设有环形的震动腔，所述震动腔内设有一活动的震动球，所述震动腔的内侧壁上设有与震动球相配合的震动凸边，当震动球沿震动腔的长度方向移动时所述震动球与震动凸边碰撞以使得所述泄水锥震动，所述泄水锥内设有分别与震动腔连通的进液支管和排液支管，所述的进液支管与凹槽或连接管连通，所述排液支管远离凹槽的一端贯穿所述导流面。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：首先，通过泄水管路可以很好的使得转轮和蜗壳之间间隙内的压力降低，并且泄压的水流又回流至水流通道内，不仅结构简单可靠，而且水流能可以充分利用，其次，所述泄水管路的轴向设置可以平衡转轮所受到的轴向负载力，因此可以大大减小转轴上轴承所受到的轴向力，再其次，通过内密封盖和外密封盖配合可以使得泄水锥与转轮之间的紧固螺栓防护效果好，不易锈蚀，从而便于维护过程中的拆卸，最后，通过泄水锥上的凹槽设计可以使得泄水锥与转轮螺纹连接的过程中连接管与泄水管路可以始终保持连通，减少装配难度和零部件的精度要求。

附图说明

图1是本发明的一种水库用的水轮机的结构示意图。

图2为图1中“A”区域的局部放大示意图。

图3是本发明中泄水锥的结构示意图。

图4是本发明中泄水锥的内部结构示意图。

图5为图3中泄水锥的仰视示意图。

图6为图3中泄水锥的另一种结构的仰视示意图。

其中，1、蜗壳，1.1、前盖板，1.2、后盖板，2、尾水管，2.1、尾水主管，2.2、尾水弯管，3、出水口，4、转轮，5、泄水管路，6、传动轴，7、泄水锥，7.1、前端面，7.2、后端面，7.3、导流面，8、凹槽，9、连接管，9.1、弯折部，10、叶片，11、连接槽，12、泄压管，13、密封垫块，14、连接部，15、第一安装槽，16、第二安装槽，17、中心通孔，18、螺栓，19、内密封盖，20、排气阀嘴，21、隔热层，22、焊接层，23、震动腔，24、震动球，25、震动凸边。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图来详细描述根据本发明实施例的一种水库用的水轮机。

实施例一：

本发明提供一种水库用的水轮机，它包括如图1所示的蜗壳1和尾水管2，所述蜗壳1的外侧壁上设有进水口，蜗壳1的中心位置设有出水口3，所述尾水管2与蜗壳1的出水口3连通以使得所述蜗壳1内的管路与尾水管2连通形成水流通道，所述蜗壳1内的管路呈盘旋状，所述蜗壳1上设有转轮4，转轮4与蜗壳1转动配合，所述蜗壳1上设有用于安装转轮4的安装槽，当转轮4转动配合于安装槽内时所述转轮4的部分位于水流通道内，通过水流通道内水流的流动带动转轮4转动，从而使得蜗壳1内的水流能转换成转轮4的机械能。所述转轮4内设有泄水管路5，所述泄水管路5的进水端经转轮4和安装槽槽内壁之间的间隙与水流通道连通，泄水管路5的出水端与水流通道连通，所述水流通道位于转轮4和安装槽槽内壁之间的间隙所对应的位置的压力值大于所述水流通道位于泄水管路5的出水端所对应的位置的压力值，即泄水管路5的进水端经转轮4和安装槽槽内壁之间的间隙与水流通道的高压区连通，泄水管路5的出水端与水流通道的低压区连通。所述蜗壳1内设有一传动轴6，传动轴6的一端与转轮4固定连接，由此通过传动轴6将转轮4的动能传递至蜗壳1外，用于带动传动轴6另一端上的负载运动，即可以利用传动轴6驱动传动轴6另一端上连接的机械结构，例如带动活塞运动、带动发电机发电等。所述转轮4上设有一位于水流通道内的泄水锥7，所述泄水锥7安装于转轮4的转动轴线所对应的位置，所述泄水锥7朝向转轮4的后端面7.2上设有凹槽8，所述凹槽8优选为环形结构，所述转轮4内的泄水管路5的出水端与环形的凹槽8连通，所述泄水锥7内设有若干连接管9，各连接管9的一端与凹槽8连通，连接管9的另一端与水流通道连通。所述转轮4上位于水流通道内的部分设有若干的叶片10，全部的叶片10沿泄水锥7的周向间隔设置。

实施例二：

其基本机构与实施例一相同，区别在于：所述泄水锥7朝向转轮4的后端面7.2上设有多个圆弧形的凹槽8，全部的圆弧形凹槽8沿周向依序间隔设置，且任意相邻两个圆弧形凹槽8之间通过连接槽11连通，所述连接槽11的横截面面积小于圆弧形凹槽8的横截面面积。优选地，所述连接槽11的横截面面积等于1/4圆弧形凹槽8的横截面面积。这一设计的核心目的在于使得转轮4上单个泄压管路对应各自的一个凹槽8，从而对应各自的连接管9，而多个连接管9在转轮4内并非平行设计的，通过连接管9的错位分布以及连接管9出水端水流喷射方向与水平面之间的角度设计从而借助于不同连接管9内水压的不同调节转轮4整体的力平衡。

实施例三：

其基本机构与实施例二相同，区别在于：所述的尾水管2包括尾水主管2.1和尾水弯管2.2，所述的尾水主管2.1通过尾水弯管2.2与蜗壳1的出水口3连通。

实施例四：

其基本机构与实施例三相同，区别在于：所述的蜗壳1包括前盖板1.1和后盖板1.2，所述前盖板1.1和后盖板1.2合围形成蜗壳1。

实施例五：

其基本机构与实施例四相同，区别在于：所述蜗壳1的前盖板1.1上设有泄压管12，所述泄压管12与转轮4和安装槽槽内壁之间的间隙连通。

实施例六：

其基本机构与实施例五相同，区别在于：所述泄水锥7上设有用于与转轮4连接的连接部14，所述连接部14的外侧壁上设有外螺纹，所述泄水锥7通过连接部14与转轮4螺纹连接。

实施例七：

其基本机构与实施例六相同，区别在于：所述泄水锥7背离连接部14的前端面7.1的中心位置内凹形成第一安装槽15，所述连接部14的中心位置内凹形成第二安装槽16，所述第一安装槽15和第二安装槽16之间设有一中心通孔17，用于供螺栓18的螺杆部分穿过，所述第一安装槽15内设有一内密封盖19，所述内密封盖19与第一安装槽15的槽内壁之间合围形成一密封的容腔，用于容置螺栓18的螺头部分，所述内密封盖19上设有用于抽离第一安装槽15内空气的排气阀嘴20，所述内密封盖10的上方设有外密封盖。

实施例八：

其基本机构与实施例七相同，区别在于：所述前端面7.1的横截面面积小于后端面7.2的横截面面积，且所述前端面7.1和后端面7.2之间通过导流面7.3过渡连接。

实施例九：

其基本机构与实施例八相同，区别在于：所述的外密封盖包括隔热层21和焊接层22，所述焊接层22与第一安装槽15的槽口焊接固定且密封所述第一安装槽15，所述隔热层21置于内密封盖20和焊接层22之间。

实施例十：

其基本机构与实施例九相同，区别在于：所述连接管9的中间部分沿水平方向弯折形成弯折部9.1，所述连接管9内水流作用于弯折部9.1以使得泄水锥7转动的方向与泄水锥7上连接部14的外螺纹的旋向相同。连接管9内水流在弯折部9.1所在的位置变向因此会对弯折部9.1产生一个推力，而这一推力会传递至泄水锥7上，使得泄水锥7受到这一推力而产生周向转动作用力，当这一作用力的方向与泄水锥7拧紧时的方向相同时可以使得这一推力驱使泄水锥7朝拧紧的方向转动，即当外螺纹为正旋设计时所述的弯折部9.1对于泄水锥7的作用力的方向是顺时针方向，当外螺纹为反旋设计时所述的弯折部9.1对于泄水锥7的作用力的方向是逆时针方向。这一弯折部9.1设计的核心在于利用水流的冲击力带动泄水锥7紧固于转轮4上，由此避免了水轮机长期使用后转轮4上的泄水锥7松脱的风险。

实施例十一：

其基本机构与实施例十相同，区别在于：所述连接管9的中间部分沿连接部14的周向弯折形成弯折部9.1。

实施例十二：

其基本机构与实施例十一相同，区别在于：所述泄水锥7内设有环形的震动腔23，所述震动腔23内设有一活动的震动球24，所述震动腔23的内侧壁上设有与震动球24相配合的震动凸边25，当震动球24沿震动腔23的长度方向移动时所述震动球24与震动凸边25碰撞以使得所述泄水锥7震动，所述泄水锥7内设有分别与震动腔23连通的进液支管和排液支管，所述的进液支管与凹槽8或连接管9连通，所述排液支管远离凹槽8的一端贯穿所述导流面7.3。在现有技术中为了避免泄水锥7松脱，因此应当尽量的避免泄水锥7震动，由此使得泄水锥7上连接部14外的外螺纹与转轮4安装孔内的内螺纹可以螺纹拧紧。但是在本发明申请中由于增设了弯折部9.1，因此借助于震动球24的震动可以借助于水流的周向作用力而驱使泄水锥7与转轮4紧固，因此利用于震动球24的震动减少外螺纹与转轮4上内螺纹之间的静摩擦力，有利于泄水锥7与转轮4的紧固。

作为优选，所述进液支管和/或排液支管上可以是指阀门，通过阀门启闭实现震动球24的启停。所述的阀门可以是手动的机械阀，也可以是电磁控制的电磁阀。

其使用过程可以是将泄水锥7拧紧于转轮4上，开启水轮机后开启阀门，运行一段时间后关闭阀门，并且在下一次维护过程时重复上述过程。即每次维护完成后通过开启阀门使得泄水锥7与转轮4紧固。当然也可以利用电磁阀使得阀门定期的自动开启闭合。上述的过程中之所以启停阀门在于日常使用过程中减少长期持续震动对于转轮4的影响。

当然从附图2中可以看出所述的转轮4与蜗壳1的前盖板1.1之间设有密封垫块13，但是由于转轮4与蜗壳1之间间隙内的积水会被泄压管路泄压，因此其对于密封垫块13的精度要求相对较低，此密封垫块13的设置不仅可以通过增加密封性从而降低间隙内的进水量，从而减少泄压管路的排水压力，而且密封垫块13可以起到摩擦的作用，当磨损时只需要更换密封垫块13即可。

这里需要说明的是，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims (9)

1.一种水库用的水轮机，它包括带有内腔的蜗壳(1)和尾水管(2)，所述的尾水管(2)与蜗壳(1)上的出水口(3)连通以使得所述蜗壳(1)与尾水管(2)之间形成水流通道，所述蜗壳(1)内设有转轮(4)，所述转轮(4)与蜗壳(1)转动配合且转轮(4)的部分位于水流通道内，其特征在于：所述转轮(4)内设有泄水管路(5)，所述转轮(4)和蜗壳(1)之间的间隙经泄水管路(5)与水流通道连通，以使得所述转轮(4)与蜗壳(1)之间间隙内的积水经泄水管路(5)回流至水流通道内；

所述转轮(4)上位于水流通道内设有泄水锥(7)，所述泄水锥(7)的后端面(7.2)上设有用于与转轮(4)连接的连接部(14)，所述连接部(14)的外侧壁上设有外螺纹，所述泄水锥(7)通过连接部(14)与转轮(4)螺纹连接，所述泄水锥(7)内设有连接管(9)，连接管(9)的两端分别与泄水管路(5)和水流通道连通；

所述连接管(9)的中间部分沿水平方向弯折形成弯折部(9.1)，所述连接管(9)内水流作用于弯折部(9.1)以使得泄水锥(7)朝拧紧的方向转动；

所述泄水锥(7)背离连接部(14)的前端面(7.1)的中心位置内凹形成第一安装槽(15)，所述连接部(14)的中心位置内凹形成第二安装槽(16)，所述第一安装槽(15)和第二安装槽(16)之间设有一中心通孔(17)，用于供螺栓(18)的螺杆部分穿过，所述第一安装槽(15)内设有一内密封盖(19)，所述内密封盖(19)与第一安装槽(15)的槽内壁之间合围形成一密封的容腔，用于容置螺栓(18)的螺头部分，所述内密封盖(19)上设有用于抽离第一安装槽(15)内空气的排气阀嘴(20)，所述内密封盖(19)的上方设有外密封盖。

2.根据权利要求1所述的一种水库用的水轮机，其特征在于：所述的外密封盖包括隔热层(21)和焊接层(22)，所述焊接层(22)与第一安装槽(15)的槽口焊接固定且密封所述第一安装槽(15)，所述隔热层(21)置于内密封盖(19)和焊接层(22)之间。

3.根据权利要求2所述的一种水库用的水轮机，其特征在于：所述前端面(7.1)的横截面面积小于后端面(7.2)的横截面面积，且所述前端面(7.1)和后端面(7.2)之间通过导流面(7.3)过渡连接。

4.根据权利要求3所述的一种水库用的水轮机，其特征在于：所述泄水锥(7)朝向转轮(4)的后端面(7.2)上设有凹槽(8)，所述连接管(9)经凹槽(8)与转轮(4)内的泄水管路(5)连通。

5.根据权利要求4所述的一种水库用的水轮机，其特征在于：所述的凹槽(8)为环形结构。

6.根据权利要求4所述的一种水库用的水轮机，其特征在于：所述的凹槽为圆弧形结构，且所述的凹槽(8)为多个，全部的凹槽(8)沿周向依序间隔设置。

7.根据权利要求6所述的一种水库用的水轮机，其特征在于：任意相邻两个凹槽(8)之间通过连接槽(11)连通，所述连接槽(11)的横截面面积小于所述凹槽(8)的横截面面积。

8.根据权利要求1所述的一种水库用的水轮机，其特征在于：所述的尾水管(2)包括尾水主管(2.1)和尾水弯管(2.2)，所述的尾水主管(2.1)通过尾水弯管(2.2)与蜗壳(1)的出水口(3)连通。

9.根据权利要求1所述的一种水库用的水轮机，其特征在于：所述连接管(9)的中间部分沿连接部(14)的周向弯折形成弯折部(9.1)。

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