CN116448304A - 一种模型水轮机折向器静态力矩测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于冲击式水轮机领域，旨在解决模型水轮机折向器静态力矩测量问题。本发明公开一种模型水轮机折向器静态力矩测量装置，由喷嘴罩、折向器、轴承、螺钉、压板、转轴、键、销钉、支架、分度盘和力矩仪组成。折向器使用转轴与力矩仪测试端相连接，力矩仪利用销钉与分度盘、支架固定连接，利用轴承降低折向器转动中的摩擦，通过调节分度盘上对应折向器不同转角的销孔，实现折向器静态力矩的测量；本测量装置操作简单、测量精度高、测量间隔可调整，能实现任意转角下力矩的精确测量，经换算到原型机后，合理确定操作机构驱动力矩，减小设备尺寸、降低成本。

Description

一种模型水轮机折向器静态力矩测量装置

技术领域

本发明涉及冲击式水轮机领域，尤其涉及一种模型水轮机折向器静态力矩测量装置。

背景技术

冲击式水轮机是借助直流喷管喷射的高速自由射流推动转轮水斗旋转做功，将水能转换为机械能。折向器是冲击式水轮机中偏折射流使其改变方向的重要部件。当负荷突然大幅度减小时，折向器需要切入射流并保持在某个固定位置上，使部分以至全部射流不再冲到水斗上，避免水轮机发生飞逸，同时喷针缓慢关闭避免管道内产生水锤现象。此外，针对有些冲击式水轮机需要折向器保持在任意转角下偏折部分射流，调节进入转轮水斗内的流量，以此来调节水轮机出力来适应电网功率的变化。目前折向器的操作通过液压或电动机构驱动，而对液压或电动机构操作力矩的选择缺乏试验数据，往往根据模型机的仿真计算结果换算到原型机，但为保证足够的操作力矩需留有很大的余量。这直接导致操作设备力矩过大、尺寸过大、投资成本过高。因此，迫切需要一种模型水轮机折向器静态力矩测量装置，来准确的测量折向器不同转角下的静态力矩值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模型水轮机折向器静态力矩测量装置。本发明的技术方案具体描述如下：一种模型水轮机折向器静态力矩测量装置由喷嘴罩、折向器、第一轴承、压板、转轴、键、第二销钉、支架、分度盘、力矩仪、第二轴承和第一销钉组成。

所述折向器是由折向器上板、折向器下板和折向器分水板组成一个整体，折向器上板上端面处于水平安装位置。

所述喷嘴罩外侧弧面上有装配端，装配端与喷嘴罩本体成为一个整体，装配端插入折向器上板和折向器下板之间。

所述第一轴承、第二轴承分别位于装配端的下部沉孔和上部沉孔内，转轴穿过折向器上板、第二轴承、装配端、第一轴承和折向器下板。

所述键位于转轴的键槽内。

所述压板通过第一螺钉压紧到折向器下板的下端面上。

所述支架由支架上法兰、支架下法兰和圆筒组成，支架下法兰通过第三螺钉固定到装配端的上端面上。在支架上法兰上画穿过圆心的水平基准线X，定义水平基准线X右侧为+X方向，在支架上法兰上半径为R的分度圆上开设若干个与第一销钉的直径相同的销孔。

所述第一销钉的直径和第二销钉的直径相同。

在所述分度盘上开设若干个与第一销钉的直径相同的销孔，销孔位于分度盘上半径为R的分度圆上，通过第一销钉和第二销钉使分度盘与支架上法兰不能相对转动。在所述分度盘上画穿过圆心的水平基准线X，定义水平基准线X右侧为+X方向。

所述力矩仪的方轴插入转轴的上端面方孔内，通过第二螺钉将力矩仪的法兰与分度盘固定连接。

在上述模型水轮机折向器静态力矩测量装置中，所述折向器上板的轴孔与折向器下板的轴孔同轴，折向器上板的轴孔中心线与折向器上板的上端面垂直，折向器上板的轴孔中心线与转轴的中心线、第一轴承的转动中心线、第二轴承的转动中心线、力矩仪的中心线、支架的中心线、分度盘的中心线同轴。

在上述模型水轮机折向器静态力矩测量装置中，所述支架下法兰开设V形豁口，满足：

D＞S

式中，D为支架下法兰V形豁口角度，单位度；

S为折向器从全关位置到全开位置所覆盖的角度，单位度。

在上述模型水轮机折向器静态力矩测量装置中，所述支架的销孔以基准线X的+X方向为起始位置顺时针方向，按个数N均布，满足：

q=Q/N

式中，q为支架上法兰上相邻两个销孔的圆心与支架上法兰的圆心连线的夹角，单位度；

Q为折向器从全关位置到全开位置转动的角度，单位度；

N为折向器从全关位置到全开位置转动角度均分的个数。

在上述模型水轮机折向器静态力矩测量装置中，所述分度盘的销孔以基准线X的+X方向为起始位置顺时针方向，按个数N均布，满足：

g=Q/N

式中，g为分度盘上相邻两个销孔的圆心与分度盘的圆心连线的夹角，单位度；

Q为折向器从全关位置到全开位置转动的角度，单位度；

N为折向器从全关位置到全开位置转动角度均分的个数。

本发明的有益技术效果是：

1.实现模型水轮机折向器静态力矩的测量：当折向器受到高速射流冲击后将产生旋转力矩，由于支架、分度盘、销钉、力矩仪与喷嘴罩装配端固定连接，折向器的力矩将全部传递给力矩仪，通过力矩仪便可测量出折向器所受的静态冲击力矩。

2.折向器转角范围内静态力矩测量精度高、测量间隔可调：测量装置中轴承可消除折向器运动部件间的摩擦，分度盘可对折向器转角精细划分，保证测量间隔精细，实现折向器任意转角下力矩的精确测量，换算到原型机后，可合理确定操作机构驱动力矩，减小设备尺寸、降低投资成本。

附图说明

图1为喷嘴罩结构图；

图2为模型水轮机折向器静态力矩测量装置俯视图；

图3为图2的A-A剖视图；

图4为支架结构图；

图5为图4中支架的P向视图；

图6为图4中支架的M向视图；

图7为分度盘俯视图；

图8为折向器结构图。

图中部件标记说明：1-喷嘴罩、2-折向器、3-第一轴承、4-第一螺钉、5-压板、6-转轴、7-键、8-第二销钉、9-支架、10-分度盘、11-第二螺钉、12-力矩仪、13-第二轴承、14-第三螺钉、15-第一销钉、16-折向器上板、17-折向器下板、18-折向器分水板、19-装配端。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

如图2、图3所示，一种模型水轮机折向器静态力矩测量装置由喷嘴罩1、折向器2、第一轴承3、压板5、转轴6、键7、第二销钉8、支架9、分度盘10、力矩仪12、第二轴承13和第一销钉15组成。所述折向器2由折向器上板16、折向器下板17和折向器分水板18组成一个整体，折向器上板16上端面处于水平安装位置。如图1所示，所述喷嘴罩1外侧弧面上有装配端19，装配端19与喷嘴罩1本体成为一个整体，装配端19插入折向器上板16和折向器下板17之间。所述第一轴承3、第二轴承13分别位于装配端19的下部沉孔和上部沉孔内，转轴6穿过折向器上板16、第二轴承13、装配端19、第一轴承3和折向器下板17。所述键7位于转轴6的键槽内。所述压板5通过第一螺钉4压紧到折向器下板17的下端面上。所述支架9由支架上法兰、支架下法兰和圆筒组成，支架下法兰通过第三螺钉14固定到装配端19的上端面上；在所述支架上法兰上画穿过圆心的水平基准线X，定义水平基准线X右侧为+X方向，在支架上法兰上半径为R的分度圆上开设若干个与第一销钉15的直径相同的销孔。所述第一销钉15的直径和第二销钉8的直径相同。在所述分度盘10上开设若干个与第一销钉15的直径相同的销孔，销孔位于分度盘10上半径为R的分度圆上，通过第一销钉15和第二销钉8使分度盘10与支架上法兰不能相对转动。在所述分度盘10上画穿过圆心的水平基准线X，定义水平基准线X右侧为+X方向。所述力矩仪12的方轴插入转轴6的上端面方孔内，通过第二螺钉11将力矩仪12的法兰与分度盘10固定连接。

本实施方式中通过转轴、键、支架、分度盘、销钉将折向器与力矩仪固定连接，可将折向器的力矩直接传递给力矩仪测力矩方轴，实现静态力矩的测量；并利用轴承消除折向器各部件间摩擦，保证测量精度。

如图3所示，所述折向器上板16的轴孔与折向器下板17的轴孔同轴，折向器上板16的轴孔中心线与折向器上板16的上端面垂直，折向器上板16的轴孔中心线与转轴6的中心线、第一轴承3的转动中心线、第二轴承13的转动中心线、力矩仪12的中心线、支架9的中心线、分度盘10的中心线同轴。如图4至图6所示，所述支架下法兰开设V形豁口，满足：

D＞S

式中，D为支架下法兰V形豁口角度，单位度；

S为折向器2从全关位置到全开位置所覆盖的角度，单位度。

支架9的销孔以基准线X的+X方向为起始位置顺时针方向，按个数N均布，满足：

q=Q/N

式中，q为支架上法兰上相邻两个销孔的圆心与支架上法兰的圆心连线的夹角，单位度；

Q为折向器2从全关位置到全开位置转动的角度，单位度；

N为折向器2从全关位置到全开位置转动角度均分的个数。

分度盘10的销孔以基准线X的+X方向为起始位置顺时针方向，按个数N均布，满足：

g=Q/N

式中，g为分度盘10上相邻两个销孔的圆心与分度盘10的圆心连线的夹角，单位度；

Q为折向器2从全关位置到全开位置转动的角度，单位度；

N为折向器2从全关位置到全开位置转动角度均分的个数。

本实施方式中利用支架上法兰和分度盘上相对应的销孔，实现对折向器转角精细划分。如图2所示，实线折向器表示处于全关位置，此时射流不经过折向器直接冲向转轮；双点划线折向器表示处于全开位置，此时射流被全部偏折。第一销钉和第二销钉插入分度盘与支架上法兰的任意两个销孔，保证分度盘与支架上法兰不能相对转动。折向器处于全关位置，两个销钉插入支架上法兰和分度盘的任意两个销孔中，作为折向器基准位置；然后拔出销钉，顺时针转动分度盘q度并将两个销钉插入支架上法兰和分度盘的任意两个销孔中对折向器定位，测量q角度下折向器力矩；然后拔出销钉，再顺时针转动分度盘q度并将两个销钉插入支架上法兰和分度盘的任意两个销孔中对折向器定位，测量2q角度下折向器力矩；以此类推完成折向器从全关位置到全开位置Q角度范围内力矩的测量。经换算后得到原型机操作机构的真实力矩，待保留一定安全系数后确定操作机构力矩，减小操作机构尺寸和成本。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种模型水轮机折向器静态力矩测量装置，其特征在于：由喷嘴罩（1）、折向器（2）、第一轴承（3）、压板（5）、转轴（6）、键（7）、第二销钉（8）、支架（9）、分度盘（10）、力矩仪（12）、第二轴承（13）和第一销钉（15）组成；

所述折向器（2）由折向器上板（16）、折向器下板（17）和折向器分水板（18）组成一个整体，折向器上板（16）上端面处于水平安装位置；

所述喷嘴罩（1）外侧弧面上有装配端（19），装配端（19）与喷嘴罩（1）本体成为一个整体，装配端（19）插入折向器上板（16）和折向器下板（17）之间；

所述第一轴承（3）、第二轴承（13）分别位于装配端（19）的下部沉孔和上部沉孔内，转轴（6）穿过折向器上板（16）、第二轴承（13）、装配端（19）、第一轴承（3）和折向器下板（17）；

所述键（7）位于转轴（6）的键槽内；

所述压板（5）通过第一螺钉（4）压紧到折向器下板（17）的下端面上；

所述支架（9）由支架上法兰、支架下法兰和圆筒组成，支架下法兰通过第三螺钉（14）固定到装配端（19）的上端面上；在所述支架上法兰上画穿过圆心的水平基准线X，定义水平基准线X右侧为+X方向，在支架上法兰上半径为R的分度圆上开设若干个与第一销钉（15）的直径相同的销孔；

所述第一销钉（15）的直径和第二销钉（8）的直径相同；

在所述分度盘（10）上开设若干个与第一销钉（15）的直径相同的销孔，销孔位于分度盘（10）上半径为R的分度圆上，通过第一销钉（15）和第二销钉（8）使分度盘（10）与支架上法兰不能相对转动；在所述分度盘（10）上画穿过圆心的水平基准线X，定义水平基准线X右侧为+X方向；

所述力矩仪（12）的方轴插入转轴（6）的上端面方孔内，通过第二螺钉（11）将力矩仪（12）的法兰与分度盘（10）固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种模型水轮机折向器静态力矩测量装置，其特征是：所述折向器上板（16）的轴孔与折向器下板（17）的轴孔同轴，折向器上板（16）的轴孔中心线与折向器上板（16）的上端面垂直，折向器上板（16）的轴孔中心线与转轴（6）的中心线、第一轴承（3）的转动中心线、第二轴承（13）的转动中心线、力矩仪（12）的中心线、支架（9）的中心线、分度盘（10）的中心线同轴。

3.根据权利要求1所述的一种模型水轮机折向器静态力矩测量装置，其特征是：所述支架下法兰开设V形豁口，满足：

D＞S

式中，D为支架下法兰V形豁口角度，单位度；

S为折向器（2）从全关位置到全开位置所覆盖的角度，单位度。

4.根据权利要求1所述的一种模型水轮机折向器静态力矩测量装置，其特征是：所述支架（9）的销孔以基准线X的+X方向为起始位置顺时针方向，按个数N均布，满足：

q=Q/N

式中，q为支架上法兰上相邻两个销孔的圆心与支架上法兰的圆心连线的夹角，单位度；

Q为折向器（2）从全关位置到全开位置转动的角度，单位度；

N为折向器（2）从全关位置到全开位置转动角度均分的个数。

5.根据权利要求1所述的一种模型水轮机折向器静态力矩测量装置，其特征是：所述分度盘（10）的销孔以基准线X的+X方向为起始位置顺时针方向，按个数N均布，满足

g=Q/N

式中，g为分度盘（10）上相邻两个销孔的圆心与分度盘（10）的圆心连线的夹角，单位度；

Q为折向器（2）从全关位置到全开位置转动的角度，单位度；

N为折向器（2）从全关位置到全开位置转动角度均分的个数。