CN111425327B - 冲击式模型水轮机电机内置同轴式喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冲击式模型水轮机电机内置同轴式喷嘴，属于冲击式水轮机技术领域。包括喷嘴体、安装在喷嘴体内腔的驱动机构、力矩输出机构和喷针，驱动机构上安装有位移测量装置；力矩输出机构中的螺杆连接在驱动机构的输出端，所述喷针滑动连接在螺杆前端，螺杆上连接有一螺母，所述螺母一端固定连接在喷针尾端，螺母另一端的外圈上固定有防转挡圈，驱动机构靠近螺杆一端的端面上设有与螺杆平行的防转销，所述防转销依次插入防转挡圈和喷针上与其配合的销孔。本发明采用伺服电机配置的编码器测量电机旋转的角位移而换算出螺母的行程，防转挡圈以及防转销的设置，可防止螺母自旋转产生行程误差，从而实现喷针行程的精确测控。

Description

冲击式模型水轮机电机内置同轴式喷嘴

技术领域

本发明涉及一种冲击式水轮机喷嘴，具体涉及一种冲击式模型水轮机电机内置同轴式喷嘴。

背景技术

冲击式水轮机的工作原理及结构形式与常规反击式水轮机相比存在很大不同，是由上游水库的高压水流通过喷嘴形成射流冲击转轮带动发电机转子旋转产生电流。作为双调节型水轮机，冲击式水轮机通过设置及启闭不同数量的喷嘴，并结合喷针行程调节以实现流量调节。

在水轮机的水力开发过程中，其水力性能测试是按一定比例将真机过流部件缩小尺寸制作模型，在模型试验台上进行的。水轮机模型试验作为水力开发基础研究和验证水力设计的手段和工具，承担着验证水力设计、预测真机性能、开展基础研究、执行验收试验等功能。模型水轮机的运行原理与真机类似，不同之处在于，模型试验是通过试验台主水泵提供高压水流的，而不是上游水库。模型水轮机性能参数测量精度要求远远高于真机，对于水轮机效率的综合误差而言，模型效率测量精度约为0.25%，而真机效率测量精度低于1.0%，这就对试验设备的测控精度提出了更高要求。

目前，冲击式模型水轮机喷针行程调节主要有手轮手动调节和电-液联合驱动两种方式。

手轮手动调节方式通过人工转动手轮，驱动螺杆带动喷针前后移动，实现喷针行程调节。该结构需从喷嘴内体导流罩端伸出一根长螺杆穿出进水管，在进水管外设置支架、套管、手轮等。进水管内的螺杆在一定程度上破坏了水轮机模型与真机过流部件之间的几何相似条件（电站真机进水管内无此螺杆，而几何尺寸相似是水轮机模型与真机之间水力性能换算的基础条件之一）；同时螺杆对进入喷嘴的水流造成阻碍和扰动，形成脱流和涡流，改变了流场分布，对模型水轮机的水力性能造成不利影响，尤其是对喷嘴内水力脉动的性能测试带来严重干扰。

电-液联合驱动方式采用伺服电机和液压联合驱动，该驱动方式的喷嘴结构复杂，零部件加工及装配精度要求较高，系统较为复杂，需配置液压动力系统及相应的液压控制元件，操作过程也较为繁琐。

现有技术中公开号为CN201420642Y，公开日为2009年05月11日，名称为“一种水轮机调速装置”的中国实用新型专利，其技术方案为：一种水轮机调速装置，包括操作机构和调速装置壳体，所述的操作机构安装在调速装置壳体的一端，力矩输出机构中的输出轴的两端安装在调速装置壳体的另一端，丝杠升降机构上的梯形螺母的外圈固定在输出轴上靠近支架一端的孔内，梯形螺母的内圈与喷针的丝杠端连接，行程指示装置安装在喷针上远离丝杠端的一端，行程齿轮安装在输出轴上远离支架的一端。

上述专利的不足之处在于：所述力矩输出机构的转矩力所转化的丝杆行程无法计算，从而导致喷针的行程无法精密测控，同时喷针的丝杠端可能会因为自转而产生行程值，进一步影响了试验设备的测控精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冲击式模型水轮机电机内置同轴式喷嘴，既避免了手动调节方式和电-液联合驱动方式的缺点，又能提高试验设备的测控精度，实现喷针行程的精确调节。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

冲击式模型水轮机电机内置同轴式喷嘴，其特征在于：包括喷嘴体、驱动机构、力矩输出机构和喷针，所述驱动机构安装于喷嘴体内腔，驱动机构上安装有位移测量装置；力矩输出机构中的螺杆连接在驱动机构的输出端，所述喷针滑动连接在螺杆前端，螺杆上连接有一螺母，所述螺母一端固定连接在喷针尾端，螺杆转动带动螺母在螺杆上前后移动；螺母另一端的外圈上固定有防转挡圈，驱动机构靠近螺杆一端的端面上设有与螺杆平行的防转销，所述防转销依次插入防转挡圈和喷针上与其配合的销孔。

进一步地，所述驱动机构包括伺服电机和安装在伺服电机上的减速器，喷嘴体尾端设有导流罩，所述导流罩旋入喷嘴体内腔将伺服电机压紧。

进一步地，所述位移测量装置为编码器，所述编码器安装在伺服电机尾端。

进一步地，所述伺服电机为微型低压直流驱动型电机。

进一步地，所述喷针尾端设有螺纹孔，螺母一端旋入所述螺纹孔内与喷针固定连接。

本发明的工作原理如下：伺服电机通电后，通过减速箱带动螺杆旋转，驱动螺杆上的螺母前后移动，伺服电机轴端的编码器测量电机旋转的角位移而换算出螺母的行程；伺服电机与机座组合后置于喷嘴体内腔，并旋入导流罩将其压紧，将防转挡圈套入防转销，喷针直接与螺母旋紧，防转销插入防转挡圈和喷针上配合的销孔。这样，电机轴旋转时，螺母就只能带动喷针沿螺杆前后移动，而不发生旋转，从而实现喷针行程的精确调节。

本技术方案的有益效果如下：

1、本发明采用伺服电机配置的编码器测量喷针行程，电机通电后，通过减速箱带动螺杆旋转，驱动螺杆上的螺母前后移动，电机轴端的编码器测量电机旋转的角位移而换算出螺母的行程；防转挡圈以及防转销的设置，可保证螺母就只能沿螺杆前后移动而不发生旋转，从而实现喷针行程的精确测控；

2、本发明消除了螺杆对水流造成的阻碍和扰动，保证了水流流经配水环管和喷嘴时的流场分布，提高了模型水轮机的水力性能；实现了水轮机模型与真机之间水力通流部件几何尺寸相似，保证了水轮机模型与真机之间水力性能换算的基础条件；

3、本发明取消了液压加载系统，喷嘴结构以及操作系统大为简化，降低了系统成本，并简化了操作流程，大幅度地提高了工作效率，提高了系统的安全性。并可实现多喷嘴同步调节。

附图说明

本发明的前述和下文具体描述在结合以下附图阅读时变得更清楚，附图中：

图1是本发明一种优选方案的结构剖视示意图；

图中：

1、喷嘴体，2、螺杆，3、喷针，4、螺母，5、防转挡圈，6、电机座，7、伺服电机，8、减速箱，9、导流罩，10、编码器，11、防转销，12、喷嘴端盖。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“竖直”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，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”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

作为本发明一种优选的实施方案，本实施例公开了一种冲击式模型水轮机电机内置同轴式喷嘴，包括喷嘴体1、驱动机构、力矩输出机构和喷针3，所述驱动机构安装于喷嘴体1内腔，驱动机构上安装有位移测量装置；力矩输出机构中的螺杆2连接在驱动机构的输出端，所述喷针3滑动连接在螺杆2前端，螺杆2上连接有一螺母4，所述螺母4一端固定连接在喷针3尾端，螺杆2转动带动螺母4在螺杆2上前后移动；螺母4另一端的外圈上固定有防转挡圈5，驱动机构靠近螺杆2一端的端面上设有与螺杆2平行的防转销11，所述防转销11依次插入防转挡圈5和喷针3上与其配合的销孔。

实施例2

本实施例公开了如图1所示的一种冲击式模型水轮机电机内置同轴式喷嘴，包括喷嘴体1、驱动机构、力矩输出机构和喷针3，所述驱动机构、力矩输出机构和喷针3均安装于喷嘴体1内腔。驱动机构为集成了高精度编码器10和减速箱8的微型低压直流驱动伺服电机7，所述编码器10和减速箱8分别安装在伺服电机7两端，编码器10的行程测量精度为0.05mm以内，所述喷嘴体1尾端设有导流罩9，所述导流罩9旋入喷嘴体1内腔将伺服电机7压紧；喷嘴体1前端安装有喷嘴端盖12，在驱动机构的作用下，力矩输出机构带动喷针3在喷嘴体1内腔前后移动，从而改变喷针3与喷嘴端盖12上出口的间隙，达到调节喷嘴流量的目的。

力矩输出机构中的螺杆2连接在驱动机构的输出端，所述喷针3滑动连接在螺杆2前端，螺杆2上连接有一台阶形螺母4，所述喷针3尾端设有螺纹孔，台阶形螺母4直径较大的外圈旋入所述螺纹孔内与喷针3固定连接，螺杆2转动带动螺母4在螺杆2上前后移动；台阶形螺母4直径较小的外圈上固定有防转挡圈5，驱动机构靠近螺杆2一端的端面上设有与螺杆2平行的防转销11，所述防转销11依次插入防转挡圈5和喷针3上与其配合的销孔。

本发明的工作原理如下：伺服电机7通电后，通过减速箱8带动螺杆2旋转，驱动螺杆2上的螺母4前后移动，伺服电机7轴端的编码器10测量电机旋转的角位移而换算出螺母4的行程；伺服电机7与机座组合后置于喷嘴体1内腔，并旋入导流罩9将其压紧，将防转挡圈5套入防转销11，喷针3直接与螺母4旋紧，防转销11插入防转挡圈5和喷针3上配合的销孔。这样，电机轴旋转时，螺母4就只能带动喷针3沿螺杆2前后移动，而不发生旋转，从而实现喷针3行程的精确测控。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.冲击式模型水轮机电机内置同轴式喷嘴，其特征在于：包括喷嘴体（1）、驱动机构、力矩输出机构和喷针（3），所述驱动机构安装于喷嘴体（1）内腔，驱动机构上安装有位移测量装置；力矩输出机构中的螺杆（2）连接在驱动机构的输出端，所述喷针（3）滑动连接在螺杆（2）前端，螺杆（2）上连接有一螺母（4），所述螺母（4）一端固定连接在喷针（3）尾端，螺杆（2）转动带动螺母（4）在螺杆（2）上前后移动；螺母（4）另一端的外圈上固定有防转挡圈（5），驱动机构靠近螺杆（2）一端的端面上设有与螺杆（2）平行的防转销（11），所述防转销（11）依次插入防转挡圈（5）和喷针（3）上与其配合的销孔；所述驱动机构包括伺服电机（7）和安装在伺服电机（7）上的减速器，所述位移测量装置为编码器（10），所述编码器（10）安装在伺服电机（7）尾端，伺服电机（7）轴端的编码器（10）测量电机旋转的角位移而换算出螺母（4）的行程。

2.根据权利要求1所述的冲击式模型水轮机电机内置同轴式喷嘴，其特征在于：喷嘴体（1）尾端设有导流罩（9），所述导流罩（9）旋入喷嘴体（1）内腔将伺服电机（7）压紧。

3.根据权利要求1所述的冲击式模型水轮机电机内置同轴式喷嘴，其特征在于：所述伺服电机（7）为微型低压直流驱动型电机。

4.根据权利要求1所述的冲击式模型水轮机电机内置同轴式喷嘴，其特征在于：所述喷针（3）尾端设有螺纹孔，螺母（4）一端旋入所述螺纹孔内与喷针（3）固定连接。

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