CN1124821A - 同步齿带半潜传动全贯流水电机组 - Google Patents

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肖冠英
王琳
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Abstract

公知的全贯流式水轮机长期推广不开的要害是其转轮外缘轮环的止水密封技术最难过关。本发明的特征是反其道而行之，允许漏水，迳让外环泡在水内运行，并通过同步齿带半潜传动岸上的发电机，从而使全贯机组的结构特别简单，造价最低，而效率不降，它特适于5m以内的低水头段水电站和潮汐电站装用。

Description

同步齿带半潜传动全贯流水电机组
本发明涉及贯流式水轮机技术领域中的全贯流水轮机类。
全贯流式水轮发电机是当今低水头电站包括潮汐电站的先进机型。近年建成的加拿大国安纳波利斯潮汐电站就是用瑞士爱雪·维斯公司生产的这种机组。全贯机组有两种主要型式：一即上述的机电一体式，转轮桨叶的外缘有轮环它兼作发电机的磁轭。轭周环列着多对磁极构成旋转磁场，磁极之外包围着定子，从而构成机电一体；二是机电分立式，转轮桨叶外缘也有轮环，但环外不是发电机而是皮带轮或齿轮，通过它与岸上的发电机增速传动，是为机电分立式。因为水流驱动转轮旋转从其轮环中间穿流而过，而轮环直径大，线速度高，密封特难。故这种水轮发电机组数十年来一直推广不开。随着技术进步，近年来象瑞士公司依靠其密封专利技术生产，但造价昂贵，而且维护也很不易，故在我国这种水电机组在生产上尚属空白。
本发明的目的是提出解决高难度的转轮轮环密封的新技术方案，为升发我国潮汐能源(可利用的水头不足5m)及河川电站的低水头段提供化难为易经济高效的全贯机组崭新产品。
本发明的目的是这样实现的：在水头不足5m的特定条件下引用全贯流式水轮机，可以反其道而行之，迳让转轮轮环外表面潜没在水内运行。这样轮环两端只用非接触式密封即可。通过实践和理论分析，证明轮环外表面潜水运行，它与液体摩擦的功率损失，不会大于轮环两端与复盖组件间因接触密封所导致的摩擦功率损失。
按此设计的全贯流水电机组，转轮轮环两端含在前、后圆锥座环端部间，座环是上下剖分的。
前座环内有8～12片固定导叶支撑着中心进水锥，后座环有十字桁架支撑着泄水锥。而进、泄水锥中间架着一空心管轴。管轴中段嵌有前、后两组用水直接润滑的径向氟塑料轴瓦，两侧有碟形盘，其上镶嵌着氟塑料的扇形块浮动止推瓦。有轮环的转轮套在径向和止推瓦间游转。而转轮的轮环外表面两端车出沟道(即梳齿)与前、后座环端部卡环间作不接触密封，中间滚出直齿用同步齿形带啮合，带的上方通出水面至与装在机房上的发电机增速传动。电机轴伸端同步带齿轮外设罩，防止细雨飞溅。
前座环前方接混凝土结构的圆方锥形涵洞，洞口是卷帘闸。闸板是一块橡胶板，板中包复有扁钢纬条，下端悬垂着配重管轴，管内灌以混凝土。橡胶闸板后有一排竖棚，关闭时橡胶板紧贴着栅排，故不漏水。橡胶闸板后有两条尼龙绳绕过卷帘闸前方系至卷筒上，以减速电动机卷放之。因为卷起时只克服局部水压力故起闸力甚轻。后座环出口则与舌型尾水管相衔接。尾水管出口没入下游水面以下。
转轮轮环两端不施接触密封的全贯流水轮机是跳出前人窠臼的崭新型式。它为全贯流机组拔去技术难度特大的密封装置从而①结构特别简单，故造价特低。②保持有比接触密封的全贯流机还高的效率。③维护十分简易。④用同步齿带增速传动的常规高速电机装在离开上水面的机房上，观察检修非常方便。⑤实现无噪音高效率又容易根据不同水头增减传动比的优化传动。⑥在潮汐电站还可引用双速异步发电机，视水头高低变化自动投切至高、低速档运行，使机组在水头变幅至5倍，仍保持在高效区工况，可多发电10％。
本发明的具体结构由以下的实施例及附图1～5给出。
同步齿带半潜传动全贯流机组按转轮直径分为80、100、120、160、200和250cm等档次。图1是其组装图。1—1进(泄)水锥端盖、1—2a前座环下半部、1—2b前座环上半部、1—3反向止推瓦、1—4管轴、1—5转轮、1—6卡环、1—7径向瓦、1—8止推瓦、1—9a后座环下半部、1—9b后座环上半部。
全机除氟塑料轴瓦及紧固件外，全用铸铁制成。但如用于潮汐电站转轮改用不锈钢，前后座环某些部位嵌贴牺牲阳极以防止电化腐蚀，表面涂敷防海污油漆，以防止海生物粘附。
图2为转轮图，轮毂内孔和两端磨光毂外有三个螺桨式桨叶，叶缘带轮环，环外表面中段滚齿与同步齿形带啮合(如水头较低也可用三角带半潜传动，此时则开槽)两端车出二、三道沟，与卡环间留有小间隙，2a为同步带。
图3为管轴和径向瓦、止推瓦总成。3—1球铁管轴、3—2径向瓦、3-3止推瓦。
图4为同步齿带半潜传动全贯流水电机组的安装图。压力前池末是卷帘闸经矩形渐缩至圆形涵洞后与前座环衔接，后座环出口接尾水管，首段是直圆锥管其后管轴依次递降，断面逐渐扩大由圆形渐变至矩形。出口面积为进口之4倍，管长(5—6)D1。贯流机尽可能用正吸程安装，开机时机坑水面与前池同高，故贯流机内外者潜没在水里，为了压缩同步特长度装在机房上的电机离上水面高度亦不宜太大。同步带由氯丁橡胶制成，耐酸耐碱耐海水，具有准确同步传动，传动效率达98％，能适应半潜传动。
图5为卷帘闸简图。5—1竖栅、5—2橡胶闸板、5—3尼龙绳、5—4卷筒、5—5橡胶板大样。
表1是新设计的同步带半潜传动全贯流机的性能参数以及与常规的同容量的轴流、贯流机的重量比较。
全贯流机型号  水头Hm     流量Qm3/s    出力Pkw  电机同步转    速nr/m  重量t  水力条件相近的水轮机型     号  适用水头m  重量t 全贯机与轴流机、贯流机的重量比％
QG780-80  1～4  1.6～3.2  13～104  750/1000  0.8  ZD760-LM-80  2～6  4  20％
     100  1～4  2.5～5  20.6～165  750/1000  1.2  ZD760-LM-100  2～6  5  24％
     120  1～4  3.6～7.2  30～240  750/1000  1.9  GD004-WZ-120  2～4  11  17.3％
     160  1～4  6.4～12.8  54～432  500/750  3.9  GD004-WS-160  2～4  20  19.5％

Claims (3)

1、全贯流式水轮发电机有机电一体式和机电分立式两种类型，其长期推广不开的要害是高速旋转着的转轮外缘的轮环密封止水特别困难，本发明属机电分立式其特征是反其道而行之，允许漏水迳让轮环外面潜水运行，并以同步齿带半潜传动岸上的电机，据此设计的全贯机组其结构是一支中空球铁管轴架于前、后两座环中心进、出锥毂上，前座环有导叶，后座环有桁架各支撑着中心锥毂，管轴中段有以水直接润滑的径向轴瓦两侧有止推轴瓦，带齿轮环的转轮套在管轴上夹持于两座环间游转，环面紧贴齿带通出水面与岸上电机轴伸齿带轮啮合，前座环通入前池与卷帘闸衔接，以此节制流量和调速。
2、如权利要求1所述的同步带半潜传动全贯机组的转轮其特征是桨叶外缘有轮环，环两端部开沟道，套于前、后座环的卡环内的间隙中运行，中段滚齿与同步带啮合(如用三角带半潜传动则开三角带槽)此轮环外面是泡在明槽静水内运转的。
3、如权利要求1所述的同步齿带半潜传动全贯机组开停和调节用的卷帘闸其特征是一片橡胶平板横向内镶嵌扁钢条为纬，下端悬重管轴，此纵向柔性的橡胶闸板受前池水压力紧贴于后而竖栅上故止水不漏，它依靠左右两条尼龙绳由卷筒卷放之。
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