CN110735760A - 一种桨叶转角的多高压油源调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种桨叶转角的多高压油源调节装置，包括桨叶接力器、旋转壳体、中心齿轮、支座、导向架，以及两组或多组受控高压油源。每组受控高压油源由电机及其齿轮、油泵及其齿轮、油路组合体和连接油管组成。各电机及其齿轮固定在同一支座上并沿圆周均布，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转动；旋转壳体内油泵与相应的油路组合体相连通。各电机齿轮经由中心齿轮与各油泵齿轮构成双向齿轮传动副。各油路组合体间相连通，另有两条油管分别与桨叶接力器的两个油腔相连通。本发明不存在授油器的漏油及其他相关问题，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的桨叶转角调节。

Description

一种桨叶转角的多高压油源调节装置

技术领域

本发明涉及水轮机调节领域，具体涉及一种桨叶转角的多高压油源调节装置。本发明适用于所有转桨式水轮机的桨叶转角调节。

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。

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多高压油源调节装置，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：一种桨叶转角的多高压油源调节装置，包括桨叶接力器、旋转壳体、中心齿轮、支座、导向架、机组主轴、桨叶推拉杆以及至少两组受控高压油源，桨叶接力器的缸筒与机组主轴的端部相连接，机组主轴内部设有用于驱动桨叶进行转动的桨叶推拉杆，桨叶接力器靠近机组主轴一侧的活塞杆与桨叶推拉杆固定连接，旋转壳体与桨叶接力器的缸筒相连接；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；受控高压油源包括电机、齿轮a、油泵、齿轮b、油路组合体和油管,各电机固定在支座上并沿其圆周均布,齿轮a固定于电机的主轴上，各油泵和油路组合体均设置在旋转壳体内，各油泵与相应的油路组合体经油管相连通，各齿轮a经由中心齿轮与各齿轮b构成齿轮传动副，使电机与油泵的旋转运动互相传递；各油路组合体间经油管相连通，另有两条油管分别与桨叶接力器的两个油腔相连通。

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，并与水电机组主轴同步转动，故不须设置授油器，不存在授油器的漏油及其他相关问题；

由于电机在导向架约束下不随机组主轴旋转，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。

设置两组或多组受控高压油源，进一步扩大了电机与油泵的功率范围，增加了设备的冗余度和可靠性，特别适用于大型和巨型转桨式水轮机。同时旋转壳体上端的空心轴颈便于引出反馈杆，便于加装桨叶开度指示及桨叶电气反馈机构。

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，中心齿轮的中心孔内布置有轴承a，轴承a的外圈与中心孔壁相固定，轴承a的内圈固定套在旋转壳体上端的空心轴颈上，以实现中心齿轮与旋转壳体的转动连接。

进一步，支座的中心孔内布置有轴承b，轴承b的外圈与中心孔壁相固定，轴承b的内圈固定套在旋转壳体上端的空心轴颈上，以实现旋转壳体与支座的转动连接；支座轴承安装于中心齿轮轴承的上方，其安装方式应保证两轴承的转动互不影响。

进一步，还包括桨叶调节器和电缆，桨叶调节器通过电缆与各电机实现电连接。

进一步，还包括反馈杆和轴承c，反馈杆通过轴承c与桨叶接力器的上活塞杆端部相联，反馈杆的上段穿过旋转壳体上端的空心轴颈；反馈杆可与桨叶接力器同步直线位移，以便在反馈杆的顶端加装桨叶开度指示及桨叶电气反馈机构。

附图说明

图1为本发明所述一种桨叶转角的多高压油源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，一种桨叶转角的多高压油源调节装置，包括桨叶接力器1、旋转壳体2、中心齿轮3、支座4、导向架5、机组主轴9、桨叶推拉杆10以及至少两组受控高压油源，桨叶接力器1的缸筒110与机组主轴9的端部相连接，机组主轴9内部设有用于驱动桨叶进行转动的桨叶推拉杆10，桨叶接力器1靠近机组主轴9一侧的活塞杆与桨叶推拉杆10固定连接，旋转壳体2与桨叶接力器1的缸筒110相连接；两个导向架5相对布置，支座4滑动布置在两个导向架5之间，并通过两个导向架5限制其进行转动；受控高压油源包括电机6、齿轮a610、油泵7、齿轮b710、油路组合体8和油管,各电机6固定在支座4上并沿其圆周均布,齿轮a610固定于电机6的主轴上，各油泵7和油路组合体8均设置在旋转壳体2内，各油泵7与相应的油路组合体8经油管相连通，各齿轮a610经由中心齿轮3与各齿轮b710构成齿轮传动副，使电机6与油泵7的旋转运动互相传递；各油路组合体8间经油管相连通，另有两条油管分别与桨叶接力器1的两个油腔相连通。支座4的中心线、旋转壳体2的中心线、桨叶接力器1的中心线均与机组主轴9的中心线共线。

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：

如图1所示，一种桨叶转角的多高压油源调节装置，其中心齿轮3的中心孔内布置有轴承a310，轴承a310的外圈与中心齿轮3的中心孔的孔壁相固定，轴承a310的内圈固定套在旋转壳体2上端的空心轴颈上，以实现中心齿轮3与旋转壳体2的转动连接。支座4的中心孔内布置有轴承b410，轴承b410的外圈与支座4的中心孔的孔壁相固定，轴承b410的内圈固定套在旋转壳体2上端的空心轴颈上，以实现旋转壳体2与支座4的转动连接。轴承b410安装于轴承a310的上方，其安装方式应保证轴承b410的转动与轴承a310的转动互不影响。

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，一种桨叶转角的多高压油源调节装置，还包括桨叶调节器11和电缆12，桨叶调节器11通过电缆12与各电机6实现电连接。

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，一种桨叶转角的多高压油源调节装置，还包括反馈杆13和轴承c14，反馈杆13通过轴承c14与桨叶接力器1的上活塞杆端部相联，反馈杆13的上段穿过旋转壳体2上端的空心轴颈。反馈杆13可与桨叶接力器1同步直线位移，便于在反馈杆13的顶端加装桨叶开度指示及桨叶电气反馈机构。

工作过程如下：

桨叶调节器11依据协联关系经控制电缆12向各电机6发出控制信号，各电机6即以预定的速度正转或反转，通过各电机齿轮610、中心齿轮3与各油泵齿轮710构成齿轮传动副，带动各油泵7以相应的速度正转或反转。各油泵7与各相应的油路组合体8共同构成高压油源。高压油源输出的控制压力油经两条输出油管连通桨叶接力器1的两个油腔，驱动活塞按要求位移，再由桨叶推拉杆10带动桨叶自转相应的角度，实现桨叶的协联动作。与此同时，桨叶接力器活塞的直线位移还经过轴承c14传递至反馈杆13的顶端，带动桨叶开度指示及桨叶电气反馈机构。

当桨叶实际开度等于给定的桨叶开度时，桨叶调节器11无信号输出，各电机6因失去电源而无转矩输出，各油泵7停止泵油，机组主轴9的转动经桨叶接力器的缸筒110、旋转壳体2、各油泵7、各油泵齿轮710、中心齿轮3及各电机齿轮610，带动电机转子空转。桨叶接力器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 (5)

1.一种桨叶转角的多高压油源调节装置，其特征在于，包括桨叶接力器(1)、旋转壳体(2)、中心齿轮(3)、支座(4)、导向架(5)、机组主轴(9)、桨叶推拉杆(10)以及至少两组受控高压油源，所述桨叶接力器(1)的缸筒(110)与所述机组主轴(9)的端部相连接，所述机组主轴(9)内部设有用于驱动桨叶进行转动的桨叶推拉杆(10)，所述桨叶接力器(1)靠近机组主轴(9)一侧的活塞杆与所述桨叶推拉杆(10)固定连接，所述旋转壳体(2)与所述桨叶接力器(1)的缸筒(110)相连接；两个所述导向架(5)相对布置，所述支座(4)滑动布置在两个所述导向架(5)之间，并通过两个所述导向架(5)限制其进行转动；受控高压油源包括电机(6)、齿轮a(610)、油泵(7)、齿轮b(710)、油路组合体(8)和油管,各电机(6)固定在所述支座(4)上并沿其圆周均布,所述齿轮a(610)固定于所述电机(6)的主轴上，各油泵(7)和油路组合体(8)均设置在旋转壳体(2)内，各油泵(7)与相应的油路组合体(8)经油管相连通，各齿轮a(610)经由中心齿轮(3)与各齿轮b(710)构成齿轮传动副，使电机(6)与油泵(7)的旋转运动互相传递；各油路组合体(8)间经油管相连通，另有两条油管分别与桨叶接力器(1)的两个油腔相连通。

2.根据权利要求1所述的一种桨叶转角的多高压油源调节装置，其特征在于，所述中心齿轮(3)的中心孔内布置有轴承a(310)，所述轴承a(310)的外圈与所述中心齿轮(3)的中心孔的孔壁相固定，所述轴承a(310)的内圈固定套在所述旋转壳体(2)上端的空心轴颈上，以实现所述中心齿轮(3)与所述旋转壳体(2)的转动连接。

3.根据权利要求1所述的一种桨叶转角的多高压油源调节装置，其特征在于，所述支座(4)的中心孔内布置有轴承b(410)，所述轴承b(410)的外圈与所述支座(4)的中心孔的孔壁相固定，所述轴承b(410)的内圈固定套在所述旋转壳体(2)上端的空心轴颈上，以实现所述旋转壳体(2)与所述支座(4)的转动连接。

4.根据权利要求1～3任一项所述的一种桨叶转角的多高压油源调节装置，其特征在于，还包括桨叶调节器(11)和电缆(12)，所述桨叶调节器(11)通过电缆(12)与所述各电机(6)实现电连接。

5.根据权利要求1～3任一项所述的一种桨叶转角的多高压油源调节装置，其特征在于，还包括反馈杆(13)和轴承c(14)，所述反馈杆(13)通过轴承c(14)与所述桨叶接力器(1)的上活塞杆端部相联，所述反馈杆(13)的上段穿过所述旋转壳体(2)上端的空心轴颈；所述反馈杆(13)可与所述桨叶接力器(1)同步直线位移，以便在所述反馈杆(13)的顶端加装桨叶开度指示及桨叶电气反馈机构。

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