CN110056464B - 一种可以缓冲水流瞬时冲击的水轮机叶片结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可以缓冲水流瞬时冲击的水轮机叶片结构,包括叶片本体、固定配重块、配重块和叶片连接配重块,所述固定配重块、配重块和叶片连接配重块均为不锈钢圆柱结构,其中固定配重块固定连接在滑动套轴的外表面一端,所述叶片连接配重块通过轴承转动连接在滑动套轴上,叶片连接配重块和固定配重块之间的滑动套轴外表面还通过另一轴承转动连接配重块,固定配重块、配重块和叶片连接配重块之间一次通过蓄能缓冲结构实现连接,所述叶片连接配重块的外表面围绕轴心均焊接有三个叶片本体。本发明通过增加蓄能结构来增加水冲瞬时冲击能量的吸收途径,实现对叶片的保护,并使得带有能量的飞轮参与到叶片结构的发电状态中,保证转动稳定性。

Description

一种可以缓冲水流瞬时冲击的水轮机叶片结构
技术领域
本发明涉及水轮机机械结构领域,具体是一种可以缓冲水流瞬时冲击的水轮机叶片结构。
背景技术
水轮机是把水流的能量转换为旋转机械能的动力机械,它属于流体机械中的透平机械。早在公元前100年前后,中国就出现了水轮机的雏形——水轮,用于提灌和驱动粮食加工器械。现代水轮机则大多数安装在水电站内,用来驱动发电机发电。在水电站中,上游水库中的水经引水管引向水轮机,推动水轮机转轮旋转,带动发电机发电。作完功的水则通过尾水管道排向下游。水头越高、流量越大,水轮机的输出功率也就越大。
众所周知,任何机械设备都是有使用期限的,如果设备老化到一定程度,必然后出现损坏,尤其是对水轮机转轮叶片来说,其与水压发生作用与反作用力,易产生裂纹。在水轮机转轮叶片上出现的、规律性裂纹绝大多数都属于疲劳裂纹,断口呈现明显的贝壳纹。从力学及材料力学上来说,疲劳裂纹的出现就是叶片所承受的动应力超过了叶片材料疲劳强度极限的结果。也就是说叶片承受动载荷的能力不足时,将可能出现叶片裂纹。故而从缓解冲击的角度去设计叶片结构,使提高叶片使用寿命的重要途径。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过能量分流和冲击力缓冲的结构,可以缓冲水流瞬时冲击的水轮机叶片结构,以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种可以缓冲水流瞬时冲击的水轮机叶片结构,包括叶片本体、滑动套轴、固定配重块、配重块和叶片连接配重块,所述固定配重块、配重块和叶片连接配重块均为不锈钢圆柱结构,其中固定配重块固定连接在滑动套轴的外表面一端,所述叶片连接配重块通过轴承转动连接在滑动套轴上,叶片连接配重块和固定配重块之间的滑动套轴外表面还通过另一轴承转动连接配重块,固定配重块、配重块和叶片连接配重块之间依次通过蓄能缓冲结构实现连接,所述叶片连接配重块的外表面围绕轴心焊接有三个叶片本体。
作为本发明进一步的方案:所述滑动套轴的外表面一端端部焊接法兰盘,且通过法兰盘和螺栓连接滑动套轴上的固定配重块。
作为本发明进一步的方案:所述蓄能缓冲结构包括档杆、弧形滑槽、导向杆、弹簧C和弹簧D,其中叶片连接配重块相邻的两个叶片本体之间均设置有档杆,档杆与滑动套轴同轴设置,档杆的一端通过螺钉固定连接在叶片连接配重块的表面;所述配重块的外表面一体成型加工有三个圆心与配重块轴线重合的弧形滑槽,三个弧形滑槽围绕其共同的轴线等距离分布,所述叶片连接配重块连接的档杆的另一端分别对应插入设置在配重块的弧形滑槽内;所述配重块上的相邻两个弧形滑槽之间通过螺钉连接档杆的一端;所述固定配重块的外表面也一体成型加工有三个圆心与配重块轴线重合的弧形滑槽,三个弧形滑槽围绕其共同的轴线等距离分布,配重块连接的档杆的另一端分别对应插入设置在固定配重块的弧形滑槽内。
作为本发明进一步的方案:所述的弧形滑槽内均设置有导向杆,导向杆为弧形且与弧形滑槽对应的弧形线条平行设置,导向杆的两端外表面开设有螺纹且两端穿过弧形滑槽上对应开设的通孔,且导向杆均与设置在弧形滑槽外部的螺母连接,通过其两端设置的螺母实现导向杆在内部的固定;所述档杆的另一端对应的外表面均开设用于滑动连接在导向杆上的通孔,其档杆的另一端外表面到弧形滑槽的内壁两端之间分别设置有套在导向杆上的弹簧C和弹簧D。
作为本发明进一步的方案:所述固定配重块和配重块中位于转动方向一侧的弹簧D长度大于等于另一侧弹簧C长度。
作为本发明进一步的方案:所述滑动套轴的中心孔的内壁向外开设若干条沿着其轴向分布的限位凹槽,滑动套轴滑动连接在叶片轴上,叶片轴的表面成形加工有与限位凹槽配合的凸起。
作为本发明进一步的方案:所述叶片轴位于发电机仓外部的一端焊接有限位挡板,限位挡板与滑动套轴一端焊接的法兰之间设置有套在叶片轴上的弹簧A。
作为本发明进一步的方案:所述滑动套轴的另一端对应的外表面开设外螺纹并螺纹连接限位件,限位件的主体为套筒状且一端焊接端盖,而端盖的中部开设用于连接滑动套轴的螺纹孔,所述限位件和发电机仓的外壁之间设置有套在叶片轴上的弹簧B。
作为本发明再进一步的方案:所述限位件滑动连接在发电机仓外壁内凹成形的孔内,其限位件与孔壁之间设置橡胶密封。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明通过增加蓄能结构来增加水冲瞬时冲击能量的吸收途径,实现对叶片的保护,并使得带有能量的飞轮参与到叶片结构的发电状态中,保证转动稳定性。
本发明还通过配重块和弹簧的配合,以及轴向滑动的叶片结构实现瞬时冲击的能量分流,对叶片结构的保护,增加叶片的使用寿命。
附图说明
图1为可以缓冲水流瞬时冲击的水轮机叶片结构的安装示意图。
图2为可以缓冲水流瞬时冲击的水轮机叶片结构中配重块的结构示意图。
图3为可以缓冲水流瞬时冲击的水轮机叶片结构中叶片连接配重块的结构示意图。
图4为可以缓冲水流瞬时冲击的水轮机叶片结构中滑动套轴的剖面结构示意图。
图中:发电机仓1、限位件2、叶片本体3、滑动套轴4、叶片轴5、弹簧A6、限位挡板7、固定配重块8、配重块9、叶片连接配重块10、档杆11、轴承12、弹簧B13、弧形滑槽14、弹簧C15、弹簧D16、导向杆17、限位凹槽18、中心孔19。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1~4,本发明实施例中,一种可以缓冲水流瞬时冲击的水轮机叶片结构,包括发电机仓1、限位件2、叶片本体3、滑动套轴4、叶片轴5、弹簧A6、限位挡板7、固定配重块8、配重块9、叶片连接配重块10、档杆11、轴承12、弹簧B13、弧形滑槽14、弹簧C15、弹簧D16、导向杆17、限位凹槽18、中心孔19,所述固定配重块8、配重块9和叶片连接配重块10均为不锈钢圆柱结构,主要利用飞轮原理进行初期蓄能,目的是吸收一部分水流冲击能量,同时为带动发电机仓1内转子转动提供较高初始的动能,有助于发电机输出电流的稳定性,其中固定配重块8固定连接在滑动套轴4的外表面一端(具体是滑动套轴4的外表面一端端部焊接法兰盘,且通过法兰盘和螺栓连接滑动套轴4上的固定配重块8),所述叶片连接配重块10通过轴承12转动连接在滑动套轴4上,叶片连接配重块10和固定配重块8之间的滑动套轴4外表面还通过另一轴承转动连接配重块9,即通过多个由配重块结构形成的蓄能单元分散初始状态的能量累计速度并实现能量的储存,缓解瞬时的冲击,降低叶片的负荷,为转动稳定性提供基础保证。
所述叶片连接配重块10的外表面围绕轴心焊接有三个叶片本体3,而相邻的两个叶片本体3之间均设置有档杆11,档杆11与滑动套轴4同轴设置,档杆11的一端通过螺钉固定连接在叶片连接配重块10的表面;所述配重块9的外表面一体成型加工有三个圆心与配重块9轴线重合的弧形滑槽14,三个弧形滑槽14围绕其共同的轴线等距离分布,所述叶片连接配重块10连接的档杆11的另一端分别对应插入设置在配重块9的弧形滑槽14内;所述配重块9上的相邻两个弧形滑槽14之间通过螺钉连接档杆11的一端。
如图2,所述固定配重块8的外表面也一体成型加工有三个圆心与配重块9轴线重合的弧形滑槽14,三个弧形滑槽14围绕其共同的轴线等距离分布,配重块9连接的档杆11的另一端分别对应插入设置在固定配重块8的弧形滑槽14内。
所述的弧形滑槽14内均设置有导向杆17,导向杆17为弧形且与弧形滑槽14对应的弧形线条平行设置,导向杆17的两端外表面开设有螺纹且两端穿过弧形滑槽14上对应开设的通孔,且导向杆17均与设置在弧形滑槽14外部的螺母连接,通过其两端设置的螺母实现导向杆17在内部的固定;所述档杆11的另一端对应的外表面均开设用于滑动连接在导向杆17上的通孔,其档杆11的另一端外表面到弧形滑槽14的内壁两端之间分别设置有套在导向杆17上的弹簧C15和弹簧D16,其中弹簧C15的长度小于等于弹簧D16的长度,而弹簧D16位于叶片本体3正面受到水流冲击而转动的方向上(即位于转动方向一侧的弹簧D16长度大于另一侧弹簧C15长度)。
其主要原理是通过多个配重块结构分散初始启动的阻力,具体通过配重块逐步蓄能并通过提高整个叶片结构的能量等级,来缓冲定子加速过程叶片受到的冲击(冲击能量被被储存和驱动叶片转动,而传统结构加速过程中冲击能量只是相对用于推动叶片转动);另外弹簧和配重块共同在初始启动过程中吸收和储存能量,分散瞬时驱动转子而造成的叶片过大负荷,即在加速过程中叶片受到的冲击力一部分用于推动叶片转动,一部分对应叶片向水流方向平移,由于整个转动结构的固定,垂直推动叶片的力是造成叶片变形断裂的主要原因,而在叶片本体加速的过程,该力会比传统加快减小到稳定。
如图4,所述滑动套轴4的中心孔19的内壁向外开设若干条沿着其轴向分布的限位凹槽18,滑动套轴4滑动连接在叶片轴5上,该叶片轴5即为转子轴位于发电机仓1外部的一段,叶片轴5的表面成形加工有与限位凹槽18配合的凸起;所述叶片轴5位于发电机仓1外部的一端焊接有限位挡板7,限位挡板7与滑动套轴4一端焊接的法兰之间设置有套在叶片轴5上的弹簧A6,从而使得收到水流冲击后整个叶片结构能够向后平移缓冲推力,弹簧能够避免过大的冲击,本申请提到的弹簧都是根据各个水电站的水流速度选择,保证其能够在承受的范围内工作。
所述滑动套轴4的另一端对应的外表面开设外螺纹并螺纹连接限位件2,限位件2的主体为套筒状且一端焊接端盖,而端盖的中部开设用于连接滑动套轴4的螺纹孔,所述限位件2和发电机仓1的外壁之间设置有套在叶片轴上的弹簧B13,用于缓解停车后滑动套轴4复位的冲击力,而限位件2可以滑动连接在发电机仓1外壁内凹成形的孔内,其限位件2与孔壁之间设置橡胶密封。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;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。对于本领域的普通技术人员而言,可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可以缓冲水流瞬时冲击的水轮机叶片结构,包括叶片本体(3)、滑动套轴(4)、固定配重块(8)、配重块(9)和叶片连接配重块(10),其特征在于,所述固定配重块(8)、配重块(9)和叶片连接配重块(10)均为不锈钢圆柱结构,其中固定配重块(8)固定连接在滑动套轴(4)的外表面一端,所述叶片连接配重块(10)通过轴承(12)转动连接在滑动套轴(4)上,叶片连接配重块(10)和固定配重块(8)之间的滑动套轴(4)外表面还通过另一轴承转动连接配重块(9),固定配重块(8)、配重块(9)和叶片连接配重块(10)之间依次通过蓄能缓冲结构实现连接,所述叶片连接配重块(10)的外表面围绕轴心焊接有三个叶片本体(3)。
2.根据权利要求1所述的可以缓冲水流瞬时冲击的水轮机叶片结构,其特征在于,所述滑动套轴(4)的外表面一端端部焊接法兰盘,且通过法兰盘和螺栓连接滑动套轴(4)上的固定配重块(8)。
3.根据权利要求1所述的可以缓冲水流瞬时冲击的水轮机叶片结构,其特征在于,所述蓄能缓冲结构包括档杆(11)、弧形滑槽(14)、导向杆(17)、弹簧C(15)和弹簧D(16),其中叶片连接配重块(10)相邻的两个叶片本体(3)之间均设置有档杆(11),档杆(11)与滑动套轴(4)同轴设置,档杆(11)的一端通过螺钉固定连接在叶片连接配重块(10)的表面;所述配重块(9)的外表面一体成型加工有三个圆心与配重块(9)轴线重合的弧形滑槽(14),三个弧形滑槽(14)围绕其共同的轴线等距离分布,所述叶片连接配重块(10)连接的档杆(11)的另一端分别对应插入设置在配重块(9)的弧形滑槽(14)内;所述配重块(9)上的相邻两个弧形滑槽(14)之间通过螺钉连接档杆(11)的一端;所述固定配重块(8)的外表面也一体成型加工有三个圆心与配重块(9)轴线重合的弧形滑槽(14),三个弧形滑槽(14)围绕其共同的轴线等距离分布,配重块(9)连接的档杆(11)的另一端分别对应插入设置在固定配重块(8)的弧形滑槽(14)内。
4.根据权利要求3所述的可以缓冲水流瞬时冲击的水轮机叶片结构,其特征在于,所述的弧形滑槽(14)内均设置有导向杆(17),导向杆(17)为弧形且与弧形滑槽(14)对应的弧形线条平行设置,导向杆(17)的两端外表面开设有螺纹且两端穿过弧形滑槽(14)上对应开设的通孔,且导向杆(17)均与设置在弧形滑槽(14)外部的螺母连接,通过其两端设置的螺母实现导向杆(17)在内部的固定;所述档杆(11)的另一端对应的外表面均开设用于滑动连接在导向杆(17)上的通孔,其档杆(11)的另一端外表面到弧形滑槽(14)的内壁两端之间分别设置有套在导向杆(17)上的弹簧C(15)和弹簧D(16)。
5.根据权利要求4所述的可以缓冲水流瞬时冲击的水轮机叶片结构,其特征在于,所述固定配重块(8)和配重块(9)中位于转动方向一侧的弹簧D(16)长度大于等于另一侧弹簧C(15)长度。
6.根据权利要求1或2所述的可以缓冲水流瞬时冲击的水轮机叶片结构,其特征在于,所述滑动套轴(4)的中心孔(19)的内壁向外开设若干条沿着其轴向分布的限位凹槽(18),滑动套轴(4)滑动连接在叶片轴(5)上,叶片轴(5)的表面成形加工有与限位凹槽(18)配合的凸起。
7.根据权利要求6所述的可以缓冲水流瞬时冲击的水轮机叶片结构,其特征在于,所述叶片轴(5)位于发电机仓(1)外部的一端焊接有限位挡板(7),限位挡板(7)与滑动套轴(4)一端焊接的法兰之间设置有套在叶片轴(5)上的弹簧A(6)。
8.根据权利要求6所述的可以缓冲水流瞬时冲击的水轮机叶片结构,其特征在于,所述滑动套轴(4)的另一端对应的外表面开设外螺纹并螺纹连接限位件(2),限位件(2)的主体为套筒状且一端焊接端盖,而端盖的中部开设用于连接滑动套轴(4)的螺纹孔,所述限位件(2)和发电机仓(1)的外壁之间设置有套在叶片轴上的弹簧B(13)。
9.根据权利要求8所述的可以缓冲水流瞬时冲击的水轮机叶片结构,其特征在于,所述限位件(2)滑动连接在发电机仓(1)外壁内凹成形的孔内,其限位件(2)与孔壁之间设置橡胶密封。
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