CN113090435B - 一种水轮机 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及液力机械发动机领域，公开了一种水轮机，包括发电机、主轴、水导轴承与动力机构，其特征在于：所述动力机构包括可拆卸的混流式动力机构与可拆卸的冲击式动力机构，所述混流式动力机构与冲击式动力机构能相互替换，并在水轮机内部单独使用。适用于水流变化在20%~100%的河流，提高了发电效率。

Description

一种水轮机
技术领域
本发明涉及液力机械发动机领域，具体涉及一种水轮机。
背景技术
目前，水头在150~300m范围内的径流式水电站多采用立式混流式水轮机，如公开号为CN201526404U的专利，公开了一种立式混流式水轮机，包括金属蜗壳、导水机构、轴承箱、水封、转动机构、水轮机主轴和发电机主轴，导水机构前端外壳连接在金属蜗壳上，水轮机主轴中下端通过固定在导水机构的轴承箱和水封与转动机构相连，水轮机主轴的上端以半联轴器的方式与发电机主轴刚性连接在垂直方向上。高水头，小流量的水电站采用冲击式水轮机，如专利号为CN204212904U的专利，公开了一种新型的整装立轴冲击式水轮机组的安装结构。
一年中水流量大小会根据雨季和旱季来变化，变化大小在20%~100%幅度之间，且枯水期时间长达数月。由于径流式水电站是无库容的水电站，因此无法通过水库调节水流大小，若发电站安装混流式水轮机，当枯水期时发电量急剧下降至50%，且水流量变小，导致混流式水轮机偏离最佳工位，容易产生转轮叶道涡（混流式水轮机偏离最优工况时，在叶片靠上冠进口处出现的脱流旋涡，涡流从叶道间下泄流入尾水管），影响机组安全稳定性；若选用立式冲击式水轮机，可以适用于低水流量的情况，而在额定水头、大流量下情况下，只能通过增大设备的方式提高发电效率，其成本高昂，冲击式水轮机比转速还是比混流式水轮机比转速低，那么冲击式水轮机的机组额定转速就低，因此冲击式水轮机的水力效率相比混流式要低3、4个点，所以混流式水轮机和冲击式水轮机都无法解决水轮机在不同水流时期的发电效率低的问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种水轮机，以解决水轮机在不同水流时期的发电效率低的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下所述技术方案。
一种水轮机，包括发电机、主轴、水导轴承与动力机构，其特征在于：所述动力机构包括可拆卸的混流式动力机构与可拆卸的冲击式动力机构，所述混流式动力机构与冲击式动力机构能相互替换，并在水轮机内部单独使用。
所述混流式动力机构包括导水机构、检修密封环、主轴密封环、止漏环、上基础环、下基础环、底环和混流式转轮，所述主轴下端可拆卸连接所述混流式转轮，所述主轴上套装有可拆卸的主轴密封环，所述主轴密封环下端可拆卸连接所述检修密封环，所述检修密封环套装在所述主轴上，所述检修密封环可拆卸连接在所述导水机构上，所述导水机构可拆卸连接在所述上基础环，所述导水机构上端可拆卸连接在所述水导轴承上。
所述冲击式动力机构包括喷嘴、支架联合体、偏流器接力器、主轴密封件和冲击式转轮，所述喷嘴底部固定连接在所述下基础环上，所述喷嘴上部固定连接在所述支架联合体上，所述支架联合体上端可拆卸连接在所述水导轴承上，所述支架联合体可拆卸连接在上基础环上，所述支架联合体可拆卸连接在所述主轴密封件上，所述支架联合体一侧设置所述偏流器接力器，所述下基础环相对高程向下调，使所述喷嘴中线与所述冲击式转轮中线位于同一位置，所述冲击式转轮可拆卸连接在所述主轴底部。
所述主轴与冲击式转轮之间设置有可拆卸的辅助法兰，所述冲击式转轮尺寸与主轴法兰面尺寸不契合，所以设计所述辅助法兰进行过渡，所述辅助法兰上端连接所述主轴，所述辅助法兰下端连接所述冲击式转轮。
所述冲击式转轮水平中心线与导叶水平中心线（当所述混流式转轮7安装后正常运行时导叶的水平中心线的位置）之间的距离为h2，所述主轴与辅助法兰接触面至导叶水平中心线之间的距离h1，要求h1大于h2。转轮水平中心线越接近导叶水平中心线，那么进入所述喷嘴的流态就越好，提高水力效率。
所述下基础环上设置6个所述喷嘴，6个所述喷嘴环状分布并围住所述冲击式转轮，增大空间利用率的同时提高了水力效率。
为了减小空间占比，所述喷嘴内部采用活塞结构，缩短喷嘴整体长度，所述喷嘴的折向器端部与冲击式转轮之间形成空腔，不影响冲击式转轮运行的同时有利于喷嘴安装与拆卸。
有益效果：发电站地理位置与空间受限，水流变化大的河流，只能安装一个发电机时，若安装混流式水轮机，枯水期发电效率低，甚至无法正常工作。若安装冲击式水轮机比转速较混流式要低，想要在汛期提高发电量，需通过增大发电机尺寸、增加配水环管、扩大厂房等手段，而冲击式水轮机的水力效率还是要相比混流式要低3、4个点，且建造成本高昂。使用本发明可以大大降低成本的同时保证发电量，在汛期和平水期时，拆卸冲击式动力机构，安装并运行混流式动力机构，安全稳定运行的同时高效率发电：枯水期时，拆卸混流式动力机构，安装并运行冲击式动力机构，水力利用率最高能达到90％，很好的解决了不同水流时期，水流量变化大带来的安全运行稳定以及发电效益差问题。
附图说明
图1是实施例中的安装混流式机构时的水轮机结构示意图；
图2是实施例中的安装冲击式机构时的水轮机结构示意图；
图3是图2中冲击式转轮与喷嘴的结构示意图；
图4是实施例中的喷嘴结构示意图；
图5是实施例中的水轮机局部结构示意图。
附图标记：1、导水机构；2、主轴密封环；3、检修密封环；4、止漏环；5、上基础环；6、下基础环；7、混流式转轮；8、底环；9、水导轴承；10、主轴；11、支架联合体；12、喷嘴；13、偏流器接力器；14、主轴密封件；15、冲击式转轮；16、辅助法兰；17、折向器；18、中拆结构；19、发电机；20、导叶。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施基本精神上的改进或替代，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。
实施例：如图1所示，一种水轮机，包括发电机19、主轴10、水导轴承9与动力机构，所述动力机构包括可拆卸的混流式动力机构与可拆卸的冲击式动力机构，所述混流式动力机构与冲击式动力机构能相互替换，并在水轮机内部单独使用。
在汛期或平水期时，水轮机安装所述混流式动力机构，所述混流式动力机构包括导水机构1、检修密封环3、主轴密封环2、止漏环4、上基础环5、下基础环6、底环8和混流式转轮7，所述主轴10下端螺栓连接所述混流式转轮7，所述主轴10上套装有所述主轴密封环2，所述主轴密封环2可拆卸连接在所述主轴10，所述主轴密封环2下端螺栓连接有所述检修密封环3，所述检修密封环3套装在所述主轴10上，所述检修密封环3可拆卸连接在所述主轴10，所述检修密封环3螺栓连接在所述导水机构1上，所述导水机构1螺栓连接在所述上基础环5，所述导水机构1上端螺栓连接在所述水导轴承9上。零部件通过机室的入门通道吊进或吊出，先拆除所述主轴10中的中拆结构18，再依次安装所述止漏环4、混流式转轮7、检修密封环3、主轴密封环2和导水机构1，最后安装上所述中拆结构18，上游流水经引水管引向水轮机，推动混流式转轮7旋转，带动发电机19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。
如图2所示，在枯水期时，水轮机安装所述冲击式动力机构，所述冲击式动力机构包括喷嘴12、支架联合体11、偏流器接力器13、主轴密封件10和冲击式转轮15，所述喷嘴12底部固定连接在所述下基础环6上，所述喷嘴12上部固定连接在所述支架联合体11上，所述支架联合体11上端螺栓连接在所述水导轴承9上，所述支架联合体11下端螺栓连接在上基础环5上，所述支架联合体11螺栓连接在所述主轴密封件10上，所述支架联合体11一侧设置有所述偏流器接力器13，所述下基础环6相对高程向下调，使所述喷嘴12中线与所述冲击式转轮15中线位于同一位置，所述冲击式转轮15可拆卸连接在所述主轴10底部。零部件通过机室的入门通道吊进或吊出，先拆除所述主轴10中的所述中拆结构18，再依次安装所述冲击式转轮15、喷嘴12、主轴密封件10、支架联合体11和偏流器接力器13，最后安装上所述中拆结构18，水流从蜗壳入口进来，经蜗壳螺旋流入固定导叶，经固定导叶流进空腔区域，再流进喷嘴12，水流从喷嘴12中以射流形式射出，能把水流能量高效率地转变为高速射流的动能，带动转轮旋转发电。
所述主轴10与冲击式转轮15之间设置有可拆卸的辅助法兰16，所述冲击式转轮15尺寸比主轴10法兰面尺寸不契合，所以设计所述辅助法兰进行过渡，所述辅助法兰上端连接所述主轴，所述辅助法兰下端连接所述冲击式转轮。
为了提高水力效率，所述冲击式转轮15的水平中心线与导叶水平中心线（当所述混流式转轮7安装后正常运行时导叶20的水平中心线的位置）间距离h2，所述主轴10与辅助法兰16接触面至导叶水平中心线间距离h1，要求h1大于h2。冲击式转轮15水平中心线越接近导叶水平中心线，那么进入所述喷嘴12的流态就越好，水流动能利用率越高。
如图3所示，为了提高水力效率，所述下基础环6上设置6个所述喷嘴12，6个所述喷嘴12环状分布并围住所述冲击式转轮15。
如图4 所示，由于空间的限制，为了保证喷嘴12正常安装，所述喷嘴12内部采用活塞结构，所述喷嘴12的折向器17端部与冲击式转轮15之间形成空腔，不影响冲击式转轮15运行的同时有利于喷嘴12安装与拆卸。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (7)

1.一种水轮机，包括发电机、主轴（10）、水导轴承（9）与动力机构，其特征在于：所述动力机构包括可拆卸的混流式动力机构与可拆卸的冲击式动力机构，所述混流式动力机构与冲击式动力机构能相互替换，并在水轮机内部单独使用。
2.根据权利要求1所述的水轮机，其特征在于：所述混流式动力机构包括导水机构（1）、主轴密封环（2）、检修密封环（3）、止漏环（4）、上基础环（5）、下基础环（6）、底环（8）和混流式转轮（7），所述主轴（10）下端可拆卸连接所述混流式转轮（7），所述主轴（10）上套装有可拆卸的主轴密封环（2），所述主轴密封环（2）下端可拆卸连接所述检修密封环（3），所述检修密封环（3）套装在所述主轴（10）上，所述检修密封环（3）可拆卸连接在所述导水机构（1）上，所述导水机构（1）可拆卸连接在所述上基础环（5），所述导水机构（1）上端可拆卸连接在所述水导轴承（9）上。
3.根据权利要求2所述的水轮机，其特征在于：所述冲击式动力机构包括喷嘴（12）、支架联合体（11）、偏流器接力器（13）、主轴密封件（14）和冲击式转轮（15），所述喷嘴（12）底部固定连接在所述下基础环（6）上，所述喷嘴（12）上部固定连接在所述支架联合体（11）上，所述支架联合体（11）上端可拆卸连接在所述水导轴承（9）上，所述支架联合体（11）下端可拆卸连接在上基础环（5）上，所述支架联合体（11）可拆卸连接在所述主轴密封件（14）上，所述支架联合体一侧设置有所述偏流器接力器（13），所述下基础环（6）相对高程向下调，使所述喷嘴（12）中线与所述冲击式转轮（15）中线位于同一位置，所述冲击式转轮（15）可拆卸连接在所述主轴（10）底部。
4.根据权利要求3所述的水轮机，其特征在于：所述主轴（10）与冲击式转轮（15）之间设置有可拆卸的辅助法兰（16）。
5.根据权利要求3或4所述的水轮机，其特征在于：所述冲击式转轮（15）水平中心线与导叶水平中心线之间距离h2，所述主轴与辅助法兰（16）接触面至导叶水平中心线之间距离h1，要求h1大于h2。
6.根据权利要求5所述的水轮机，其特征在于：所述下基础环（6）上设置6个所述喷嘴（12），6个所述喷嘴（12）环状分布并围住所述冲击式转轮（15）。
7.根据权利要求6所述的水轮机，其特征在于：所述喷嘴（12）内部采用活塞结构，所述喷嘴（12）的折向器（17）端部与冲击式转轮（15）之间形成空腔。
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