CN114542355A - 一种新型可变桨圆盘涡轮式水轮装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新型可变桨圆盘涡轮式水轮装置，其设置在位于水轮机的尾水管的扩散段的两侧的容置仓内，包括能量回收装置和变桨机构；所述能量回收装置包括底座、轮毂、转轴以及桨叶；圆盘形的所述底座水平设置；内部中空的所述轮毂竖直设置；所述底座同轴固定在所述轮毂中部外周；竖直的所述转轴与所述轮毂同轴固定；所述转轴的上下两端分别穿出所述轮毂，转动设置在所述容置仓内壁上；多对所述桨叶沿所述底座圆周方向均匀间隔设置，所述桨叶转动设置在所述底座上；同对的两所述桨叶关于所述转轴的轴线中心对称设置；所述桨叶呈弧形结构；所述变桨机构设置在所述轮毂上；所述变桨机构与所述桨叶铰接。

Description

一种新型可变桨圆盘涡轮式水轮装置
技术领域
本发明涉及一种新型可变桨圆盘涡轮式水轮装置，属于流体机械技术领域。
背景技术
水轮发电机的发电效率比较高，通过改善水轮机的工作性能和水轮机结构，特别是水轮机的转子和定子的方法来提高水轮机组的发电效率是十分困难的。
尾水管作为水轮发电机的重要组成部分，是水轮机能量回收的重要过流部件，在水轮机运行时，尾水管有大量能量未被利用。
授权公告号为CN109931200B的中国发明专利“一种垂直轴三流线型自动开合式水轮机”，其提供了一种垂直轴三流线型自动开合式水轮机，包括主轴、轮毂、叶片转轴、叶片组和限位装置。本发明的叶片组同时具备三个流线型特征：一、叶片组闭合时整个叶片组外型轮廓形成对称式流线型；二、叶片组的上、下叶片横截面为翼型；三、叶片组的上、下叶片纵截面为上翘的流线型；由此构成了本自动开合式水轮机的三流线型特征。该水轮机借助独特的叶片结构与转动限位结构，在水流作用下叶片组可自动张合，并在张开叶片与闭合的对称流线型叶片之间形成作用力矩推动叶轮旋转。
但是，该垂直轴三流线型自动开合式水轮机的结构较为复杂，且动能利用率低。同时，复杂的结构也导致了其使用成本高，不易维护。
发明内容
为了克服上述问题，本发明提供一种新型可变桨圆盘涡轮式水轮装置，该新型可变桨圆盘涡轮式水轮装置可以用来提高水轮机的发电效率。当水流流出转轮进入尾水管，流经可变桨圆盘涡轮式水轮装置，带动该装置旋转，能够进一步将水能转换成旋转机械能发电。
本发明的技术方案如下：
一种新型可变桨圆盘涡轮式水轮装置，其设置在位于水轮机的尾水管的扩散段的两侧的容置仓内，包括能量回收装置和变桨机构；所述能量回收装置包括底座、轮毂、转轴以及桨叶；圆盘形的所述底座水平设置；内部中空的所述轮毂竖直设置；所述底座同轴固定在所述轮毂中部外周；竖直的所述转轴与所述轮毂同轴固定；所述转轴的上下两端分别穿出所述轮毂，转动设置在所述容置仓内壁上；多对所述桨叶沿所述底座圆周方向均匀间隔设置，所述桨叶转动设置在所述底座上；同对的两所述桨叶关于所述转轴的轴线中心对称设置；所述桨叶呈弧形结构；所述变桨机构设置在所述轮毂上；所述变桨机构与所述桨叶铰接。
进一步的，所述变桨机构包括电机、转盘、驱动杆、连杆、立杆以及推盘；所述驱动杆、所述连杆、所述立杆以及所述推盘均与所述桨叶数量相同；所述电机设置在所述轮毂内，且所述电机的输出轴与所述转轴同轴固定；所述转盘末端固定有所述转盘；所述转盘位于所述轮毂与所述容置仓内壁之间；所述转盘外周沿径向延伸设置有多个所述驱动杆；所述驱动杆末端铰接有所述连杆的一端；所述连杆另一端与所述立杆铰接；所述推盘转动设置在所述底座上；所述桨叶与所述推盘固定；竖直的所述立杆与所述推盘固定。
进一步的，所述变桨机构设置有两组，两组所述变桨机构分别设置在所述底座的上下两侧；上下对应设置的两所述桨叶的外侧通过一竖直的支撑杆固定。
进一步的，还包括流量监控系统；所述流量监控系统包括流量监控仪；所述流量监控仪的流量传感器设置在所述水轮机的进水口处和所述尾水管的扩散段处。
进一步的，还包括控制机构；所述控制机构设置在所述尾水管外侧；所述控制机构分别与所述电机、所述流量传感器电信号连接。
进一步的，所述桨叶设置有六片。
进一步的，所述桨叶的弧形凹处朝向所述扩散段前端设置。
进一步的，所述底座位于所述扩散段的中轴线所在的水平面上。
进一步的，所述扩散段两侧的所述容置仓相互交错设置。
进一步的，所述容置仓朝向所述扩散段外侧突出设置。
本发明具有如下有益效果：
1、该新型可变桨圆盘涡轮式水轮装置可以用来提高水轮机的发电效率。当水流流出转轮进入尾水管，流经可变桨圆盘涡轮式水轮装置，带动该装置旋转，能够进一步将水能转换成旋转机械能发电。
2、该新型可变桨圆盘涡轮式水轮装置可以将尾水管中损失的能量充分利用起来，提高了水轮机的发电效率。
3、该新型可变桨圆盘涡轮式水轮装置能够通过变桨装置，在机组运行时快速打开叶片发电；机组停机时，合上叶片不发电。其智能化性能高，应用范围广。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为尾水管的内部结构示意图。
图3为能量回收装置张开时的结构示意图。
图4为图3的俯视图。
图5为变桨机构的结构示意图。
图6为轮毂的内部结构示意图。
图7为能量回收装置闭合时的结构示意图。
图8为图7的俯视图。
图中附图标记表示为：
1、尾水管；11、扩散段；12、容置仓；2、能量回收装置；21、底座；22、轮毂；23、转轴；24、桨叶；25、避让槽；26、支撑杆；3、变桨机构；31、电机；32、转盘；33、驱动杆；34、连杆；35、立杆；36、推盘。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。
参见图1-8，一种新型可变桨圆盘涡轮式水轮装置，其设置在位于水轮机的尾水管1的扩散段11的两侧的容置仓12内，包括能量回收装置2和变桨机构3；所述能量回收装置2包括底座21、轮毂22、转轴23以及桨叶24；圆盘形的所述底座21水平设置；内部中空的所述轮毂22竖直设置；所述底座21同轴固定在所述轮毂22中部外周；竖直的所述转轴23与所述轮毂22同轴固定；所述转轴23的上下两端分别穿出所述轮毂22，转动设置在所述容置仓12内壁上；多对所述桨叶24沿所述底座21圆周方向均匀间隔设置，所述桨叶24转动设置在所述底座21上；同对的两所述桨叶24关于所述转轴23的轴线中心对称设置；所述桨叶24呈弧形结构；所述变桨机构3设置在所述轮毂22上；所述变桨机构3与所述桨叶24铰接。
根据上述描述，该新型可变桨圆盘涡轮式水轮装置设置在水轮机的尾水管1的扩散段11的两侧的容置仓12内，包括能量回收装置2和变桨机构3。能量回收装置2包括底座21、轮毂22、转轴23以及桨叶24；底座21水平设置，中空的轮毂22固定在底座21中部，转轴23又固定在轮毂22的中部，且转轴23上下两端均转动设置在容置仓12内；多对桨叶24设置在底座21上，且桨叶24呈弧形结构；变桨机构3设置在轮毂22，且变桨机构3与桨叶24铰接，则通过变桨机构3的转动，即可开合桨叶24。在桨叶24打开时，桨叶24在尾水管1的扩散段11内受推，该新型可变桨圆盘涡轮式水轮装置即可发电；在桨叶24合起时，该新型可变桨圆盘涡轮式水轮装置即停止发电。
进一步的，所述变桨机构3包括电机31、转盘32、驱动杆33、连杆34、立杆35以及推盘36；所述驱动杆33、所述连杆34、所述立杆35以及所述推盘36均与所述桨叶24数量相同；所述电机31设置在所述轮毂22内，且所述电机31的输出轴与所述转轴23同轴固定；所述转盘32末端固定有所述转盘32；所述转盘32位于所述轮毂22与所述容置仓12内壁之间；所述转盘32外周沿径向延伸设置有多个所述驱动杆33；所述驱动杆33末端铰接有所述连杆34的一端；所述连杆34另一端与所述立杆35铰接；所述推盘36转动设置在所述底座21上；所述桨叶24与所述推盘36固定；竖直的所述立杆35与所述推盘36固定。
根据上述描述，变桨机构3包括电机31、转盘32、驱动杆33、连杆34、立杆35以及推盘36。此外，桨叶24、驱动杆33、连杆34、立杆35以及推盘36，是配套设置的。电机31设置在轮毂22内，为变桨机构3提供动力；驱动杆33沿转盘32沿径向延伸设置；转盘32转动设置在底座21，其上固定有桨叶24和立杆35；连杆34两端分别与驱动杆33和立杆35铰接。具体的，电机31驱动转盘32转动，驱动杆33转动之后，牵引连杆34引动，再通过立杆35带动推盘36转动，以此实现桨叶24的转动，使得桨叶24能够变换角度，从而实现变桨的目的。
特别的，桨叶24与推盘36的固定点、立杆35与推盘36的固定点以及推盘36的轴心，三者互不同轴。
进一步的，所述变桨机构3设置有两组，两组所述变桨机构3分别设置在所述底座21的上下两侧；上下对应设置的两所述桨叶24的外侧通过一竖直的支撑杆26固定。
根据上述描述，为进一步提升该新型可变桨圆盘涡轮式水轮装置的发电效率，变桨机构3可以设置两组，分置于底座21的上下两侧。同时，上下对应设置的两桨叶24通过外侧的支撑杆26固定，以保持同步。此外，在收缩时，支撑杆26贴合收纳在底座21外侧。
特别的，上下对应设置的两桨叶24可以是一体式的，只需在桨叶24中部开挖用于避让底座21的避让槽25即可。
进一步的，还包括流量监控系统；所述流量监控系统包括流量监控仪；所述流量监控仪的流量传感器设置在所述水轮机的进水口处和所述尾水管1的扩散段11处。
根据上述描述，流量监控系统主要用于检测水轮机的进水口和尾水管1的扩散段11的水流量，根据流量的大小，来控制该新型可变桨圆盘涡轮式水轮装置的启停。
进一步的，还包括控制机构；所述控制机构设置在所述尾水管1外侧；所述控制机构分别与所述电机31、所述流量传感器电信号连接。
根据上述描述，控制机构与电机31和流量传感器电信号连接，通过流量传感器检测到的流量数据，来控制该新型可变桨圆盘涡轮式水轮装置的启停。具体的，当水轮机启动，有水流经过尾水管1时，流量传感器传输信号至控制机构，通过控制机构来驱动电机31开始工作，使得变桨机构3推动桨叶24张开，桨叶24受推带动整个可变桨圆盘涡轮式水轮装置转动，开始发电；当水轮机停机之后，尾水管1内无水流动，流量传感器传输信号至控制机构，则驱动电机31反转，使得桨叶24收缩并收纳在底座21外侧，整个可变桨圆盘涡轮式水轮装置即不再转动，同时停止发电。
进一步的，所述桨叶24设置有六片。
进一步的，所述桨叶24的弧形凹处朝向所述扩散段11前端设置。
进一步的，所述底座21位于所述扩散段11的中轴线所在的水平面上。
进一步的，所述扩散段11两侧的所述容置仓12相互交错设置。容置仓12交错设置，有利于最大程度上利用好流经尾水管1的水流，既不会浪费能量，又不会因新型可变桨圆盘涡轮式水轮装置设置的太过密集而导致的装置的浪费。
进一步的，所述容置仓12朝向所述扩散段11外侧突出设置。
特别的，转轴23靠近容置仓12与扩散段11连接处所在的竖直平面。这样，每次启动时，该新型可变桨圆盘涡轮式水轮装置的一半均位于尾水管1内，有利于达到能源利用的最大化。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种新型可变桨圆盘涡轮式水轮装置，其特征在于：其设置在位于水轮机的尾水管(1)的扩散段(11)的两侧的容置仓(12)内，包括能量回收装置(2)和变桨机构(3)；所述能量回收装置(2)包括底座(21)、轮毂(22)、转轴(23)以及桨叶(24)；圆盘形的所述底座(21)水平设置；内部中空的所述轮毂(22)竖直设置；所述底座(21)同轴固定在所述轮毂(22)中部外周；竖直的所述转轴(23)与所述轮毂(22)同轴固定；所述转轴(23)的上下两端分别穿出所述轮毂(22)，转动设置在所述容置仓(12)内壁上；多对所述桨叶(24)沿所述底座(21)圆周方向均匀间隔设置，所述桨叶(24)转动设置在所述底座(21)上；同对的两所述桨叶(24)关于所述转轴(23)的轴线中心对称设置；所述桨叶(24)呈弧形结构；所述变桨机构(3)设置在所述轮毂(22)上；所述变桨机构(3)与所述桨叶(24)铰接。
2.根据权利要求1所述新型可变桨圆盘涡轮式水轮装置，其特征在于：所述变桨机构(3)包括电机(31)、转盘(32)、驱动杆(33)、连杆(34)、立杆(35)以及推盘(36)；所述驱动杆(33)、所述连杆(34)、所述立杆(35)以及所述推盘(36)均与所述桨叶(24)数量相同；所述电机(31)设置在所述轮毂(22)内，且所述电机(31)的输出轴与所述转轴(23)同轴固定；所述转盘(32)末端固定有所述转盘(32)；所述转盘(32)位于所述轮毂(22)与所述容置仓(12)内壁之间；所述转盘(32)外周沿径向延伸设置有多个所述驱动杆(33)；所述驱动杆(33)末端铰接有所述连杆(34)的一端；所述连杆(34)另一端与所述立杆(35)铰接；所述推盘(36)转动设置在所述底座(21)上；所述桨叶(24)与所述推盘(36)固定；竖直的所述立杆(35)与所述推盘(36)固定。
3.根据权利要求1所述新型可变桨圆盘涡轮式水轮装置，其特征在于：所述变桨机构(3)设置有两组，两组所述变桨机构(3)分别设置在所述底座(21)的上下两侧；上下对应设置的两所述桨叶(24)的外侧通过一竖直的支撑杆(26)固定。
4.根据权利要求2所述新型可变桨圆盘涡轮式水轮装置，其特征在于：还包括流量监控系统；所述流量监控系统包括流量监控仪；所述流量监控仪的流量传感器设置在所述水轮机的进水口处和所述尾水管(1)的扩散段(11)处。
5.根据权利要求4所述新型可变桨圆盘涡轮式水轮装置，其特征在于：还包括控制机构；所述控制机构设置在所述尾水管(1)外侧；所述控制机构分别与所述电机(31)、所述流量传感器电信号连接。
6.根据权利要求1所述新型可变桨圆盘涡轮式水轮装置，其特征在于：所述桨叶(24)设置有六片。
7.根据权利要求1所述新型可变桨圆盘涡轮式水轮装置，其特征在于：所述桨叶(24)的弧形凹处朝向所述扩散段(11)前端设置。
8.根据权利要求1所述新型可变桨圆盘涡轮式水轮装置，其特征在于：所述底座(21)位于所述扩散段(11)的中轴线所在的水平面上。
9.根据权利要求1所述新型可变桨圆盘涡轮式水轮装置，其特征在于：所述扩散段(11)两侧的所述容置仓(12)相互交错设置。
10.根据权利要求1所述新型可变桨圆盘涡轮式水轮装置，其特征在于：所述容置仓(12)朝向所述扩散段(11)外侧突出设置。
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