CN203271999U

CN203271999U - 一种反冲离心式水轮机

Info

Publication number: CN203271999U
Application number: CN2013203056194U
Authority: CN
Inventors: 杨绍明
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-05-30
Filing date: 2013-05-30
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2023-05-30

Abstract

本实用新型是一种反冲离心式水轮机。包括机壳及其内的转轮、水轮机主轴、平衡飞轮、引水锥、进水管，转轮圆盘边缘均布有六个导向长方形喷嘴，喷嘴内设置有十字导水棚，转轮中间为引水室，引水室内设置有引水锥、导水涡轮叶片，机壳内壁上均布有射流动力反弹S型阻力器，引水锥下部连接进水管，进水管弯道处设置多流道两级控制阀和十字轴支架，多流道两级控制阀一端连接油缸接力器的活塞杆，在机壳上部的平衡飞轮下面装有由碟式制动盘及碟式制动盘座体构成的碟刹制动器。本实用新型用于中高水头，过流量大、转速高、体积小、重量轻、结构紧凑简单、效率变化平缓、造价低、保养维修方便，是可替代现有冲击式水轮机的新一代首选新型设备。

Description

一种反冲离心式水轮机

技术领域

本实用新型涉及机械设备技术领域，具体地说是一种反冲离心式水轮机。

背景技术

人们对水流在水轮机内的运动规律作了很多研究，获得了不少的成就，但水流在转轮内的运动工况十分复杂，到目前为止，尚没有完全掌握这种规律。

目前国内根据转轮转换水流能量方式的不同水轮机可分为两大类：

（一）反击式水轮机和冲击式水轮机，反击式水轮机包括混流式、轴流式、斜流式和贯流式水轮机。

（二）冲击式水轮机分为水斗式、斜击式和双击式水轮机。

以上两类水轮机在运行工况中还存在不足之处。针对混流式水轮机来说：由于转轮叶片位于径向，故转轮尺寸大，涡壳盘大，导向机构复杂，导叶和转轮流速大，磨损势必增加，难以解决的问题是转轮会受到空化和空蚀，在制造过程中转轮涡壳导水机构技术工艺复杂，设备笨重，在建设电站时开挖工程量大，造价增高。

针对冲击式水轮机来说：由于工作转轮仅部分过水，部分水斗工作，故水流过流量小，因而在一定水头和工作轮直径条件下，冲击式水轮机的出力比较小，另外冲击式水轮机的转速相对较低，这是由于转轮进口绝对速度大，圆周速度变小出力小，导致了较低比转速。本发明人在先申请的实用新型专利，名称为“一种反冲离心式水轮机”（专利号ZL2010205901942）还存在不足之处，在水轮机转轮内设置的调速机构如：喷嘴内的喷针、链轮、离合器组件、拨叉、压力臂、滑套、推力轴承、回位弹簧等机构有些复杂。调节流量功率系统不太完善。设置在机壳内与喷嘴垂直最近距离接触的水斗瓦其形状只是一个半圆弧凹槽只能反弹射流水柱，而不能折流和分散水流，会造成射流水柱碰撞现象。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有水轮机动能未得到充分利用的不足，提供一种反冲离心式水轮机，利用反作用力和离心力引出具有增压动能的射流，能获得高效的工作性能。

本实用新型的技术方案为：反冲离心式水轮机包括机壳及其内的转轮、水轮机主轴、平衡飞轮、引水锥、进水管，其特征在于转轮圆盘边缘均布有六个导向长方形喷嘴，喷嘴内设置有十字导水棚，转轮中间为引水室，引水室内设置有引水锥、导水涡轮叶片，涡轮导水叶片设置在转轮中心引水锥底座上，机壳内壁上均布有射流动力反弹S型阻力器，引水锥下部连接进水管，进水管弯道处设置多流道两级控制阀和十字轴支架，多流道两级控制阀一端连接油缸接力器的活塞杆，多流道两级控制阀阀芯是两圆锥体组成，内设有四个流水道圆孔，一个中心轴孔，在机壳上部的平衡飞轮下面装有由碟式制动盘及碟式制动盘座体构成的碟刹制动器。

碟刹制动器和多流道两级控制阀可调节流量和功率，当机组负荷骤减或甩负荷时机组转速上升过高时，可在第一时间迅速做出先制动控制水轮机转速，同时油缸接力器慢慢移动多流道两级阀心调节流量与新负荷相适应的新位置后，制动控制器回零，机组又可恢复恒定运转。

本实新型的反冲离心式水轮机的核心部分由六个导向长方型喷嘴和引水锥、涡轮导水叶片、十字导水棚组合的新型转轮，该转轮应用新的作功方式反作用力加离心力和多喷嘴，不仅能增加转轮的作功次数和大的过流量，而且能在转轮内设置主要部件，有效地利用作功力矩和离心力，使转轮表现出良好的机械性能和能量特性。离心力与转轮转速的平方成正比（如圆周速度增加2倍，离心力则增加4倍），运转过程中离心力是很大的，这种特征能成倍增加水推力和功率。

本实用新型的有益效果：转轮的结构采用新的水流动规律和新的作功方式。水动能的形态是由反冲作功方式交换成机械能。设置若干个导向喷嘴能使转轮受力趋于合理，增加作功次数和离心力的应用能量得到充分利用。两套创新设计的碟刹制动器和多流道两极控制阀系统，有效地控制和双重调节水轮机组的运行工况变化，采用两创新机构可替代国内冲击式水轮机固定式四喷头和六喷头（内控式和外控式喷针、接力器、偏流折向器）。用一套多流道两级控制阀和碟刹制动器可节省五套喷针接力器和五套偏流折向器，最大限度地节约制造成本和减化设备部件。

创新改进的S型阻力器和长方形喷嘴更能有效地使长方形射流水柱与S形半圆体凹槽面接触，有规律性反弹折向分流水柱，得到充分利用。

改进后一项反冲离心式水轮机比前一项反冲离心式水轮机结构更简单，转速更高。根据本人制作的反冲离心式水轮模型机试验数据：当水压力在800kpa（8kgf/cm²）时，水轮机转速达3500r/mi以上，可以说它是目前转速最高的水轮机，体积小、重量轻、过流量大、结构紧凑简单、效率变化平缓、造价低、保养维修方便、适用于中高水头，是可替代现有冲击式水轮机的新一代首先新型设备。

附图说明

图1是本实用新型反冲离心式水轮机的结构示意图。

图2是图1中的B-B剖视图。

图3是本实用新型的反冲离心式水轮机喷嘴射流与S型阻力器局部立体示意图。

图4是本实用新型的反冲离心式水轮机喷嘴射流与S型阻力器的射流折向局部示意图。

图5是本实用新型的反冲离心式水轮机多流道两级控制阀局部结构示意图。

图6是图5中的A-A断面（流道开关）示意图。

图中：1-转轮，2-涡轮导水叶片，3-十字导水棚，4- S型阻力器，5-引水锥，6-长方形喷嘴，7-隔水板，8-双密封静环，9-油缸接力器，10-多流道流量两级控制阀，11-十字轴支架，12-碟式制动盘，13-碟式制动座体，14-水轮机主轴，15-平衡飞轮，16-通气孔，17-机壳，18-进水管。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的反冲离心式水轮机包括机壳17及其内的转轮1、水轮机主轴14、平衡飞轮15、引水锥5、进水管18等，转轮圆盘边缘有六个等分布置在圆盘最大半径处的均布的六个导向长方形喷嘴6，喷嘴内设置有十字导水棚3（它用来整流和消除弯道管中水流的旋流），如图3、图4所示。转轮中间为引水室，引水室内设置有引水锥5、导水涡轮叶片2，引水锥的底部由螺栓丝套压紧并固定转轮，使水流有规律地形成扇形进入流道，并消除旋转水流的撞击损失。涡轮叶片2设置在转轮中心进水室与引水锥底座形成六等分并为60⁰角弧形倾斜形成涡轮叶片统一顺时针方向（就像一个水泵叶轮）可将水流分割进各个流道内（能起增压作用）。机壳内壁上均布有射流动力反弹S型阻力器4，在机壳内壁上设置有隔水板7，并与S型阻力器4水平垂直连接。引水锥下部连接进水管18，进水管弯道处设置多流道两级控制阀10和十字轴支架11，多流道两级控制阀一端连接油缸接力器9的活塞杆，如图5所示，多流道两级控制阀10设置在主水管弯道处，多流道两级控制阀阀芯是两圆锥体组成，内设有四个流水道圆孔，一个中心轴孔，一圆锥体是可在轴上横向移动45⁰角，另一圆锥体是固定在轴上不会移动，如图6所示，主轴可左右旋转45⁰角，形成四等分流道圆孔错开截止关闭四个流道，采用油缸接力器前后移动多流道两级控制阀阀芯，可作缓慢调节流量，配合左右旋转截止四个流道，就可形成两级控制阀，可彻底关闭主水管水流，迅速停机，而引水管内不会产生过大的水锤压力上升（它可替代六个固定式六喷嘴冲击式水轮机和反冲离心式水轮机的六套偏流折向器和六套喷针接力器油缸调速机构），最大限度地节约制造成本和减化设备部件。

在机壳上部的平衡飞轮15下面装有由碟式制动盘12及碟式制动盘座体13构成的碟刹制动器。碟式制动座体13是设置在机壳顶部轴承座体上，由螺栓固定，采用液压油缸自动控制碟刹摩擦片制动，灵敏度高。当机组突然降低负荷或甩负荷时，整套制动系统在1-2秒钟内迅速启动作出动作，将水轮机转速控制调节在新负荷相适应的位置，同时可缓慢地移动多流道阀芯，待流量稳定在新的运转位置后，自动控制制动碟刹又回到零制动力位置，并准备下一次动作。

碟刹控制器和多流道两级控制阀，其作用是控制调节，当机组负荷骤减或甩负荷时，机组转速会上升过高失控飞逸，必须由碟刹制动器迅速地将机组转速控制下来，同时缓慢地将多流道阀芯调节到与新负荷相适应的位置，以避免在很长的压力管道内引起压力急剧增高。当然，碟刹制动器和多流道两级控制阀的行程是保持协联关系的，在机组失控飞逸事故时，可紧急制动再慢慢关闭多流道两级控制阀，因为机组被制动停止后，长方形喷嘴里面的射流是在正常喷射的，所以不会使机组和管道水压产生水锤压力震动。

机壳尺寸在一定程度上影响着水轮机的工作过程，它应有足够的空间，使机壳内的压力与大气相当，还必须使转轮水流畅通，不与射流干扰，机壳还用来支承整个水轮机。

本实用新型的反冲离心式水轮机的形状构造特征是属立轴形水轮机，机壳是全钢板制成，呈圆柱形，上圆柱略大、下圆柱略小，上顶是胎胞形，用于支承和安装转轮主轴、轴承、平衡飞轮、碟式制动器总成，机壳是上下法兰连接可拆卸成两半。转轮固定在主轴头上和布置在机壳内部，S型阻力器是垂直平衡于喷嘴之间。上组合连接转轮可选用丝牙和法兰连接，下进水管口处有动环密封环和静环密封环来完成密封。机壳内径与转轮喷嘴和S型阻力器保持最小距离。在运行工况时反冲离心式水轮机的喷嘴射流直至离开S型阻力器的整个过程始终是在大气中运行，位于各部分的水流压力保持不变（均等于大气压力）。反冲离心式水轮机喷嘴之间不会发生紊乱现象，S型阻力器与机壳垂直布置，倾水非常顺利。

本实用新型的反冲离心式水轮机工作原理是：转轮始终处于大气中工作，来自压力管道的高压水流由进水管进入转轮轴向中心的引水室，通过涡轮导水叶片被分割进入到六个流道的十字导水棚（整流），并在离心力的作用下，从喷嘴喷射出自由射流加离心力的高压长方形射流水柱，该射流水柱以最近距离冲击在固定机壳里的S型阻力器（具有抗矩、反弹、回收、折向水流功能）上，当转轮扭矩阻力无法抗拒射流冲击能量时，阻力就被反作用力顺着转轮导向喷嘴形状改变了速度和方向，而产生出能量来推动水轮发电机组旋转作功（固称之为反冲离心式水轮发动机）。

Claims

1.一种反冲离心式水轮机，包括机壳及其内的转轮、水轮机主轴、平衡飞轮、引水锥、进水管，其特征在于转轮圆盘边缘均布有六个导向长方形喷嘴，喷嘴内设置有十字导水棚，转轮中间为引水室，引水室内设置有引水锥、导水涡轮叶片，涡轮导水叶片设置在转轮中心引水锥底座上，机壳内壁上均布有射流动力反弹S型阻力器，引水锥下部连接进水管，进水管弯道处设置多流道两级控制阀和十字轴支架，多流道两级控制阀一端连接油缸接力器的活塞杆，多流道两级控制阀阀芯是两圆锥体组成，内设有四个流水道圆孔，一个中心轴孔，在机壳上部的平衡飞轮下面装有由碟式制动盘及碟式制动盘座体构成的碟刹制动器。

2.根据权利要求1所述的反冲离心式水轮机，其特征在于涡轮叶片为60⁰角弧形倾斜，为引水锥底座上六等分布置。

3.根据权利要求1所述的反冲离心式水轮机，其特征在于在机壳内壁上设置有隔水板，并与S型阻力器连接。