CN110700984A - 一种桨叶转角的伸缩式高油压调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种桨叶转角的伸缩式高油压调节装置，包括电机、导向架、支座、旋转壳体、油泵、油路组合体和桨叶接力器。桨叶接力器的缸筒与机组主轴的端部固定连接；桨叶接力器的活塞杆的两端分别与主轴内的桨叶推拉杆和旋转壳体连接；旋转壳体内的油路组合体与油泵相连通，同时还与桨叶接力器的两个油腔相连通；支座滑动布置在两个导向架之间，仅可随桨叶接力器活塞杆伸缩滑动而不能转动；电机固定设置在支座上，电机的输出轴与油泵的输入轴连接。支座上可方便地设置桨叶开度指示及电气反馈装置。本发明不存在授油器的漏油等问题，不存在碳刷和集电环固有的缺点，适用于所有转桨式水轮机和转桨式水泵的桨叶转角调节。

Description

一种桨叶转角的伸缩式高油压调节装置

技术领域

本发明涉及水轮机调节及水泵调节领域，具体涉及一种桨叶转角的伸缩式高油压调节装置。本发明适用于所有转桨式水轮机和转桨式水泵的桨叶转角调节。

背景技术

转桨式水轮机运行时的转速为每分钟数十转至数百转，安装在转轮上的数个桨叶也将以同样的转速围绕机组主轴旋转。当水头及导叶开度改变时，为使转桨式水轮机具有较高的效率、较小的震动及较长的工作寿命，其桨叶还须依循确定的协联曲线，围绕自身轴线转动相应的角度。对于不同功率的转桨式水轮机，为了驱动其桨叶自转，需要数十吨、数百吨甚至更大的操作力。

各类转桨式水轮机问世已数十年至百余年，但其桨叶调节装置并无实质性进步，始终沿用最初的方案，即：

由桨叶调节器输出控制桨叶的液压油(油压2.5MPa-6.3MPa)，经授油器(亦称受油器)及水轮发电机组主轴内的油管，进入水轮机转轮内部的桨叶接力器(即油缸)，由桨叶接力器驱动桨叶转动。

由于授油器仅靠配合间隙实现液压油的旋转密封和滑动密封，制造比较困难；加之控制桨叶的油流较大，故该液压系统漏油量很大，且漏油量随着授油器的磨损加速增大，漏油不仅消耗能量、影响设备寿命，而且会污染河流、导致设备故障。授油器的漏油、制造维修难度及高故障率始终是各类转桨式水轮机的一大痛点，也是转桨式水泵的痛点。

2000年以来，各类水轮机调速系统的工作油压逐步提高到16MPa，且有进一步提高的趋势，但对于转桨式水轮机和转桨式水泵来说，传统授油器的缺陷严重阻碍了桨叶调节系统工作油压的提高。

现有发明专利一，其专利号为201410124510.X，其公开了一种高油压控制水轮机的桨叶电液调节方法及装置，如其权利5所述，该发明“采用标准的旋转接头”，但其本质上仍是一个依靠配合间隙实现液压油旋转密封的授油器，耐压及密封性能虽有改善，但不能完全消除授油器的固有缺点；此外标准旋转接头还存在对油质要求太高，以及其额定流量难以满足大型水电机组需求等问题。

现有发明专利二，其专利号为200810048916.9，其公开了一种水轮机、水泵叶片角度液压同步调速器。该发明取消了授油器，采用内供油液压系统进行桨叶角度调节，该系统主要由储油箱及箱内的高压微型液压站构成，储油箱安装于机组主轴上端并随之同步转动，其动力电源及控制信号均经由储油箱外的集电环和碳刷输入。该发明虽避开了授油器的缺点，却引入了集电环和碳刷的固有缺点：输入电压及功率受限，碳刷须经常维护更换等，特别是微型液压站的功率难以增大，无法满足各型转桨式水轮机对桨叶操作力和调节时间的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种桨叶转角的伸缩式高油压调节装置，以克服上述现有技术中的不足。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种桨叶转角的伸缩式高油压调节装置，包括电机、导向架、支座、旋转壳体、油泵、油路组合体和桨叶接力器，两个导向架相对布置，支座滑动布置在两个导向架之间，并通过两个导向架限制其进行转动，支座在两个导向架之间的滑动方向与桨叶接力器中活塞杆的移动方向相同；桨叶接力器的缸筒与机组主轴的端部固定连接；机组主轴内部设有用于驱动桨叶进行转动的桨叶推拉杆，桨叶接力器的活塞杆的两端分别与桨叶推拉杆和旋转壳体固定连接；油泵和油路组合体均设置在旋转壳体内，油路组合体与油泵经油管相连通，另有两条油路均经由活塞杆的内部分别与桨叶接力器的两个油腔相连通；电机固定设置在支座上，电机的输出轴与油泵的输入轴固定连接。

本发明的有益效果是：

由于油泵与油路组合体安装在旋转壳体内，并与机组主轴同步转动，故不须设置授油器，不存在授油器的漏油及其他相关问题；

由于电机和支座在导向架约束下仅可直线滑动而不随机组主轴旋转，故桨叶调节器发出的控制信号可直接经由电缆接入电机，不存在碳刷和集电环固有的缺点；

电机和油泵的功率范围足够大，可满足各型转桨式水轮机和转桨式水泵对桨叶操作力和调节时间的要求，彻底解决了桨叶转角调节的技术难题。

由于旋转壳体固定连接在桨叶接力器的活塞杆上，安装于旋转壳体之上的电机、支座，都将随桨叶接力器活塞杆的伸缩而伸缩，加之电机和支座在导向架约束下不随机组主轴旋转，因而从电机或支座上可方便地引出桨叶接力器位移，用作桨叶开度指示，并带动桨叶的电气反馈装置。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，旋转壳体远离桨叶接力器的一端与支座转动连接，电机固定设置在支座远离旋转壳体的一侧，电机的输出轴穿过支座后穿入至旋转壳体内，且与旋转壳体内的油泵的输入轴相连接。

进一步，支座上设有安装孔，在安装孔内布置有轴承，轴承的外圈与安装孔的孔壁相固定，轴承的内圈套设在旋转壳体上，且与旋转壳体相固定，以实现旋转壳体与支座转动连接。

进一步，还包括联轴器，联轴器布置在旋转壳体内，电机的输出轴与油泵的输入轴通过联轴器相连接。

进一步，还包括桨叶调节器和电缆，桨叶调节器通过电缆与电机实现电连接。

进一步，电机、支座随桨叶接力器的活塞杆的伸缩而伸缩，从支座上可方便地引出桨叶接力器位移，用作桨叶开度指示，并带动桨叶的电气反馈装置。

附图说明

图1为本发明所述一种桨叶转角的伸缩式高油压调节装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1，如图1所示，一种桨叶转角的伸缩式高油压调节装置，包括电机1、导向架2、支座3、旋转壳体4、油泵5、油路组合体6和桨叶接力器7，两个导向架2相对布置，支座3滑动布置在两个导向架2之间，并通过两个导向架2限制其进行转动，支座3在两个导向架2之间的滑动方向与桨叶接力器7中活塞杆的移动方向相同；桨叶接力器7的缸筒710与机组主轴8的端部固定连接；机组主轴8内部设有用于驱动桨叶进行转动的桨叶推拉杆12，桨叶接力器7的活塞杆的两端分别与桨叶推拉杆12和旋转壳体4固定连接；油泵5和油路组合体6均设置在旋转壳体4内，油路组合体6与油泵5经油管相连通，油路组合体6另有两条油路均经由活塞杆的内部分别与桨叶接力器7的两个油腔相连通；电机1固定设置在支座3上，电机1的输出轴伸入至旋转壳体4内后与油泵5的输入轴固定连接，电机1输出轴的中心线、桨叶接力器7的中心线均与机组主轴8的中心线共线，油泵5通过油路组合体6向桨叶接力器7进行供油和吸油，以驱使桨叶接力器7经桨叶推拉杆12带动桨叶自转相应的角度，实现桨叶的协联动作。

实施例2，本实施例为在实施例1的基础上所进行的进一步改进，其具体如下：

旋转壳体4远离桨叶接力器7的一端与支座3转动连接，电机1固定设置在支座3远离旋转壳体4的一侧，电机1的输出轴穿过支座3后穿入至旋转壳体4内，且与旋转壳体4内的油泵5的输入轴相连接。

支座3上设有安装孔310，在安装孔310内布置有轴承320，轴承320的外圈与安装孔310的孔壁相固定，轴承320的内圈套设在旋转壳体4上，且与旋转壳体4相固定，以实现旋转壳体4与支座3转动连接。

实施例3，本实施例为在实施例1或2的基础上所进行的进一步改进，其具体如下：

如图1所示，一种桨叶转角的伸缩式高油压调节装置，还包括联轴器9，联轴器9布置在旋转壳体4内，电机1的输出轴与油泵5的输入轴通过联轴器9相连接。

实施例4，本实施例为在实施例1或2或3的基础上所进行的进一步改进，其具体如下：

如图1所示，一种桨叶转角的伸缩式高油压调节装置，还包括桨叶调节器10和电缆11，桨叶调节器10通过电缆11与电机1实现电连接。

工作过程如下：

桨叶调节器10依据协联关系经控制电缆11向电机1发出控制信号，电机1即以预定的速度正转或反转，通过联轴器9带动油泵5以相应的速度正转或反转，油泵5与油路组合体6共同构成可控的高压油源。高压油源输出的控制压力油经活塞杆内的油路联通桨叶接力器7的两个油腔，驱动活塞按要求位移，再经桨叶推拉杆12带动桨叶自转相应的角度，实现桨叶的协联动作。

与此同时，桨叶接力器活塞杆的伸缩还带动了旋转壳体、支座3及电机1等同步伸缩，由于支座3及电机1在导向架2约束下仅可直线滑动而不能旋转，故支座3及电机1的伸缩可方便的用于桨叶的开度指示及桨叶接力器位移的电气反馈。

当桨叶实际开度等于给定的桨叶开度时，桨叶调节器10无信号输出，电机1因失去电源而无转矩输出，油泵5停止泵油，机组主轴8的转动经桨叶接力器7的上活塞杆、旋转壳体4和油泵5带动电机转子同步空转，桨叶接力器7及桨叶稳定在给定的桨叶开度，实现了桨叶的高油压调节。

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。

Claims (6)

1.一种桨叶转角的伸缩式高油压调节装置，其特征在于，包括电机(1)、导向架(2)、支座(3)、旋转壳体(4)、油泵(5)、油路组合体(6)和桨叶接力器(7)，两个所述导向架(2)相对布置，所述支座(3)滑动布置在两个所述导向架(2)之间，并通过两个所述导向架(2)限制其进行转动，所述支座(3)在两个所述导向架(2)之间的滑动方向与所述桨叶接力器(7)中活塞杆的移动方向相同；所述桨叶接力器(7)的缸筒(710)与机组主轴(8)的端部固定连接；所述机组主轴(8)内部设有用于驱动桨叶进行转动的桨叶推拉杆(12)，所述桨叶接力器(7)的活塞杆的两端分别与所述桨叶推拉杆(12)和所述旋转壳体(4)固定连接；所述油泵(5)和所述油路组合体(6)均设置在所述旋转壳体(4)内，所述油路组合体(6)与所述油泵(5)经油管相连通，所述油路组合体(6)另有两条油路均经由活塞杆的内部并分别与所述桨叶接力器(7)的两个油腔相连通；所述电机(1)固定设置在所述支座(3)上，所述电机(1)的输出轴与所述油泵(5)的输入轴固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种桨叶转角的伸缩式高油压调节装置，其特征在于，所述旋转壳体(4)远离桨叶接力器(7)的一端与所述支座(3)转动连接，所述电机(1)固定设置在所述支座(3)远离旋转壳体(4)的一侧，所述电机(1)的输出轴穿过支座(3)后穿入至旋转壳体(4)内，且与旋转壳体(4)内的油泵(5)的输入轴相连接。

3.根据权利要求2所述的一种桨叶转角的伸缩式高油压调节装置，其特征在于，所述支座(3)上设有安装孔(310)，在所述安装孔(310)内布置有轴承(320)，所述轴承(320)的外圈与所述安装孔(310)的孔壁相固定，所述轴承(320)的内圈套设在所述旋转壳体(4)上，且与所述旋转壳体(4)相固定，以实现所述旋转壳体(4)与所述支座(3)转动连接。

4.根据权利要求1～3任一项所述的一种桨叶转角的伸缩式高油压调节装置，其特征在于，还包括联轴器(9)，所述联轴器(9)布置在所述旋转壳体(4)内，所述电机(1)的输出轴与所述油泵(5)的输入轴通过联轴器(9)相连接。

5.根据权利要求1～3任一项所述的一种桨叶转角的伸缩式高油压调节装置，其特征在于，还包括桨叶调节器(10)和电缆(11)，所述桨叶调节器(10)通过电缆(11)与所述电机(1)实现电连接。

6.根据权利要求1所述的一种桨叶转角的伸缩式高油压调节装置，其特征在于，所述电机(1)、支座(3)随桨叶接力器(7)的活塞杆的伸缩而伸缩，从支座(3)上可方便地引出桨叶接力器(7)位移，用作桨叶开度指示，并带动桨叶的电气反馈装置。