CN208564837U - 一种带有过速保护结构的水轮发电机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种带有过速保护结构的水轮发电机组，涉及水轮发电机稳定发电技术领域，包括壳体、定子以及转子，所述壳体设置呈圆筒状，所述转子位于壳体内部，且转子的转轴与壳体的轴线重合设置，所述转轴连接有水轮机，所述壳体的内壁转动连接一转接套，所述定子固定在转接套的内壁上，所述转接套延伸至壳体外端的一端外固定套设有一从动齿圈，壳体的外壁上固定有驱动转接套转动的调速电机和转换转接套与壳体连接方式的固定转换结构，所述调速电机的输出端同轴连接有与从动齿圈啮合的主动齿轮。本实用新型由于设置了与壳体连接方式可切换的转接套，通过转接套实现定子的运动状态转换，维持转子与定子的转速差，实现备用调速或辅助调速的作用。

Description

一种带有过速保护结构的水轮发电机组

技术领域

本实用新型涉及水轮发电机稳定发电技术领域，具体涉及一种带有过速保护结构的水轮发电机组。

背景技术

水轮发电机是利用水轮机产生的动力，使得发电机组的转子发生转动，进而切割磁感线产生电流的发电设备，其将水流动能转化为电能，是目前最为清洁的发电设备之一，故而广受人们关注。水轮发电机多建立在水流势差大的位置，譬如备受国人瞩目的三峡大坝。

利用水流势差进行发电，由于水流不稳定，故而水轮机带动发电机组的转子的转速也是不稳定的，现有技术为克服这一问题，得到持续、稳定的电流输出，通常在发电机上设置水轮发电机组调速器，依靠水轮发电机组调速器来改变水流量，进而进行转子的转速的调节，故而调速器是水轮发电机组中调节机组转速的关键部位，只有保证调速器的正常运转，才能使水轮发电机正常运行发电，从而提高水电站的生产效益与经济效益。

而在实际的使用过程中，水轮发电机的调速器却常常会出现一些故障影响到其正常运行，需要对调速器进行停机检修，由于发电机组除调速器外，并未备用调速结构可用，发电机组只能在调速器停机检修过程中随之停车，造成资源浪费以及用电户的不方便；同时由于洪涝等自然灾害，往往使得水流势差暴争，单纯依靠水轮发电机组调速器很容易造成调速器过载，造成调速失效，带来极大地安全隐患。

发明内容

本实用新型提供一种带有过速保护结构的水轮发电机组，以解决现有发电机组在对调速器进行停机检修过程中只能停车以及在洪涝等自然灾害时容易因调速失效出故障的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：

一种带有过速保护结构的水轮发电机组，包括壳体、定子以及转子，所述壳体设置呈圆筒状，所述转子位于壳体内部，且转子的转轴与壳体的轴线重合设置，所述转轴连接有水轮机，所述壳体的内壁转动连接一转接套，所述定子固定在转接套的内壁上，所述转接套延伸至壳体外端的一端外固定套设有一从动齿圈，壳体的外壁上固定有驱动转接套转动的调速电机和转换转接套与壳体连接方式的固定转换结构，所述调速电机的输出端同轴连接有与从动齿圈啮合的主动齿轮。

本实施例提供的水轮发电机组，由于设置了过速保护结构，在水轮发电机组正常工作时，转接套与壳体之间固定；一旦对调速器进行停机检修或调速器调速负载过大时，转接套与壳体之间切换为滑动连接，控制调速电机驱动转接套(定子)产生与转子同向的转动，通过控制调速电机的转速，即可调节定子与转子之间的转速差，达到调速的效果，从而在调速器进行停机检修或调速器调速负载过大时，实现备用调速或辅助调速的作用，解决了现有发电机组在对调速器进行停机检修过程中只能停车以及在洪涝等自然灾害时容易因调速失效出故障的技术问题。

发电机组能够发电，其根本原因在于线圈切割磁感线运动，在转子和定子一定的前提下，电流输出的稳定性在于保证线圈切割磁感线运动的匀速性，通常采用定子固定并控制转子的转速来实现线圈切割磁感线运动的匀速性，线圈切割磁感线运动的匀速性实质上是指转子与定子的转速差，定子固定时，转子的转速即为转子与定子的转速差；定子与转子同向转动时，转子的转速减去定子的转速即为转子与定子的转速差；定子与转子反向转动时，转子的转速加上定子的转速即为转子与定子的转速差，本实用新型中，主要是在调速器进行停机检修或调速器调速负载过大时，即调速器无法有效调节时，转子的速度不稳定，为了维持转子与定子的转速差，而改变定子的运动状态来实现。

作为优选地，所述固定转换结构包括形状与从动齿圈相配合的弧形带齿卡块，所述壳体的外壁上焊接有固定环板，所述固定环板上设有驱动弧形带齿卡块与从动齿圈卡合或远离的驱动结构以及导向结构，通过驱动结构控制弧形带齿卡块沿壳体径向移动，从而实现弧形带齿卡块与从动齿圈的卡合或远离，当弧形带齿卡块与从动齿圈卡合时，壳体与转接套固定，当弧形带齿卡块离开从动齿圈时，转接套可产生壳体相对滑动。

作为优选地，所述驱动结构为伸缩油缸，所述伸缩油缸的开关为电动开关，所述电动开关与调速电机的控制器电联，实现转接套的转动与固定的自动切换。

作为优选地，所述伸缩油缸设有多组，多组伸缩油缸沿弧形带齿卡块均匀分布，伸缩油缸固定在固定环板上，伸缩油缸的伸缩端与弧形带齿卡块连接，对弧形带齿卡块施加的压力均匀，便于弧形带齿卡块定向移动。

作为优选地，所述导向结构为内外套接的套杆，结构简单易于实现。

作为优选地，所述壳体的内壁设有环形的滑槽，所述转接套的外壁上设有与滑槽相配合的滑动凸起，保证转接套与壳体之间能够顺利的产生相对滑动。

作为优选地，所述转轴上安有转速传感器，所述转速传感器与调速电机的控制器通讯连接，自动控制调速电机的速度，以便定子与转子之间保持稳定的差速，即能控制电流的稳定输出。

相较于现有技术，本实用新型的有益效果是：

本实用新型设置的过速保护结构，由于设置了与壳体连接方式可切换的转接套，通过转接套实现定子的运动状态转换，进而在调速器无法有效调节、转子的速度不稳定时，维持转子与定子的转速差，实现备用调速或辅助调速的作用，解决了现有发电机组在对调速器进行停机检修过程中只能停车以及在洪涝等自然灾害时容易因调速失效出故障的技术问题。

附图说明

图1是本实用新型提供的调速水轮发电机组的整体结构示意图；

图2是壳体与转接套的连接关系示意图；

图3是将壳体与转接套固定的固定转换结构的结构示意图；

图中标记分别为：1、壳体；1-1、滑槽；1-2、固定环板；1-3、伸缩油缸；1-4、弧形带齿卡块；2、转接套；2-1、从动齿圈；2-2、滑动凸起；3、定子；4、转轴；5、转子；6、调速电机；6-1、主动齿轮。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

下面结合附图对本实用新型作详细说明。

实施例1

如图1所示，一种带有过速保护结构的水轮发电机组，包括壳体1、定子3以及转子5，所述壳体1设置呈圆筒状，所述转子5位于壳体1内部，且转子5的转轴4与壳体1的轴线重合设置，所述转轴4连接有水轮机，所述壳体1的内壁转动连接一转接套2，所述定子3固定在转接套2的内壁上，所述转接套2延伸至壳体1外端的一端外固定套设有一从动齿圈2-1，壳体1的外壁上固定有驱动转接套2转动的调速电机6和转换转接套2与壳体1连接方式的固定转换结构，所述调速电机6的输出端同轴连接有与从动齿圈2-1啮合的主动齿轮6-1。

本实施例过速保护结构实现过速保护的过程是：

在水轮发电机组正常工作时，调速器处于正常保护阶段，转轴4经由水轮机得到的转速稳定，此时无需额外调节，转接套2与壳体1之间固定；

在对调速器进行停机检修或调速器调速负载过大时，转接套2与壳体1之间切换为滑动连接，控制调速电机6驱动转接套2(定子)产生与转子5同向的转动，通过控制调速电机6的转速，即可调节定子3与转子5之间的转速差，达到调速的效果，从而在调速器进行停机检修或调速器调速负载过大时，实现备用调速或辅助调速的作用，解决了现有发电机组在对调速器进行停机检修过程中只能停车以及在洪涝等自然灾害时容易因调速失效出故障的技术问题。

本实施例采用的调速电机6为变频调速电机，具体型号根据发电机规格进行选择，本实施例优选型号为QABP 4KW-4P的变频调速电机，且调速电机6非本实用新型发明要点，其来源也是外购，此处不做赘述。

实施例2

如图3所示，在实施例1的基础上进一步优化，所述固定转换结构包括形状与从动齿圈2-1相配合的弧形带齿卡块1-4，所述壳体1的外壁上焊接有固定环板1-2，所述固定环板1-2上设有驱动弧形带齿卡块1-4与从动齿圈2-1卡合或远离的驱动结构以及导向结构。

本实施例中，转接套2与壳体1之间需要固定的原因在于：在转子5发生转动时，由于发生了线圈切割磁感线的运动，在磁力作用下，定子3会受到一定的扭矩，即转接套2会受到扭矩，如不设置固定结构，那么转接套2会随着转子5的转动而转动，进而影响线圈切割磁感线的运动，影响发电。本实施例通过设置可与从动齿圈2-1卡合或远离的弧形带齿卡块1-4，且弧形带齿卡块1-4经驱动结构沿壳体1的径向上下移动，进而实现弧形带齿卡块1-4与从动齿圈2-1卡合或远离操作，弧形带齿卡块1-4与从动齿圈2-1卡合时，弧形带齿卡块1-4的卡齿与从动齿圈2-1卡齿相互啮合，进而防止转接套2随着转子5的转动而转动；当弧形带齿卡块1-4远离从动齿圈2-1时，转接套2可在调速电机6的带动下运动。

需要注意的是，正因为在转接套2不固定的情况下，转接套2会随着转子5的转动而转动，故而调速电机6除了带动转接套2转动，也要控制转接套2的转速与调速电机6一直，抵抗转子5的快速转动对转接套2的影响，使得转接套2(定子3)与转子5的转速差恒定，为了克服转接套2本身受到转子5影响的扭矩，可设置多组调速电机6、主动齿轮6-1同时调节转接套2的转速。

所述驱动结构为伸缩油缸1-3，所述伸缩油缸1-3的开关为电动开关，所述电动开关与调速电机6的控制器电联，实现转接套2转动与固定的自动切换。

所述伸缩油缸1-3设有3组，3组伸缩油缸1-3沿弧形带齿卡块1-4均匀分布，伸缩油缸1-3固定在固定环板1-2上，伸缩油缸1-3的伸缩端与弧形带齿卡块1-4连接。

所述导向结构为内外套接的套杆，导向结构设置3组，均匀间歇穿插在3组伸缩油缸1-3之间，本实施例中，通过油缸控制弧形带齿卡块1-4的移动，油缸施加的压力大且稳定，便于快速制动；结合伸缩油缸1-3与导向结构，除了实现定向滑移，还能增加弧形带齿卡块1-4的扭矩抵抗能力，避免承受不住弧形带齿卡块1-4收到的扭矩，结构稳固。

实施例3

如图2所示，在实施例1的基础上进一步优化，所述壳体1的内壁设有环形的滑槽11，所述转接套2的外壁上设有与滑槽11相配合的滑动凸起2-2。本实施例的设置在于保证转接套2与壳体1之间能够顺利的产生相对滑动。

实施例4

在实施例1或2的基础上进一步优化，所述转轴4上安有转速传感器，所述转速传感器与调速电机6的控制器通讯连接。

本实施例有两个技术方案：方案1，在实施例1的基础上进一步优化，该设置能够迅速调节调速电机6工作，及时根据转轴4的实时转速，自动控制调速电机6的速度，以便定子3与转子5之间保持稳定的差速，即能控制电流的稳定输出。

方案2，在实施例2的基础上进一步优化，转速传感器与调速电机6的控制器通讯连接，调速电机6的控制器与固定转换结构中伸缩油缸1-3的电动开关电联，即根据转轴4的实时转速，转速传感器测得信号传给调速电机6的控制器，调速电机6的控制器控制转换转接套2与壳体1连接方式，再控制调速电机6的运动状况，具体情况是：正常工作状态下，转轴4处于稳定、定速输出状态，转速传感器测得信号传给调速电机6的控制器，调速电机6的控制器控制转接套2与壳体1之间固定连接，调速电机6不工作；非正常工作状态下，转轴4处于不稳定、转速不停变化的输出状态，转速传感器测得信号传给调速电机6的控制器，调速电机6的控制器控制转接套2与壳体1之间滑动连接，然后调速电机6工作，调节转接套2的速度，以便定子3与转子5之间保持稳定的差速。

如上所述即为本实用新型的实施例。本实用新型不局限于上述实施方式,任何人应该得知在本实用新型的启示下做出的结构变化,凡是与本实用新型具有相同或相近的技术方案,均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种带有过速保护结构的水轮发电机组，包括壳体(1)、定子(3)以及转子(5)，所述壳体(1)设置呈圆筒状，所述转子(5)位于壳体(1)内部，且转子(5)的转轴(4)与壳体(1)的轴线重合设置，所述转轴(4)连接有水轮机，其特征在于：所述壳体(1)的内壁转动连接一转接套(2)，所述定子(3)固定在转接套(2)的内壁上，所述转接套(2)延伸至壳体(1)外端的一端外固定套设有一从动齿圈(2-1)，壳体(1)的外壁上固定有驱动转接套(2)转动的调速电机(6)和转换转接套(2)与壳体(1)连接方式的固定转换结构，所述调速电机(6)的输出端同轴连接有与从动齿圈(2-1)啮合的主动齿轮(6-1)。

2.如权利要求1所述的一种带有过速保护结构的水轮发电机组，其特征在于：所述固定转换结构包括形状与从动齿圈(2-1)相配合的弧形带齿卡块(1-4)，所述壳体(1)的外壁上焊接有固定环板(1-2)，所述固定环板(1-2)上设有驱动弧形带齿卡块(1-4)与从动齿圈(2-1)卡合或远离的驱动结构以及导向结构。

3.如权利要求2所述的一种带有过速保护结构的水轮发电机组，其特征在于：所述驱动结构为伸缩油缸(1-3)，所述伸缩油缸(1-3)的开关为电动开关，所述电动开关与调速电机(6)的控制器电联。

4.如权利要求3所述的一种带有过速保护结构的水轮发电机组，其特征在于：所述伸缩油缸(1-3)设有多组，多组伸缩油缸(1-3)沿弧形带齿卡块(1-4)均匀分布，伸缩油缸(1-3)固定在固定环板(1-2)上，伸缩油缸(1-3)的伸缩端与弧形带齿卡块(1-4)连接。

5.如权利要求2所述的一种带有过速保护结构的水轮发电机组，其特征在于：所述导向结构为内外套接的套杆。

6.如权利要求1所述的一种带有过速保护结构的水轮发电机组，其特征在于：所述壳体(1)的内壁设有环形的滑槽(11)，所述转接套(2)的外壁上设有与滑槽(11)相配合的滑动凸起(2-2)。

7.如权利要求1或3所述的一种带有过速保护结构的水轮发电机组，其特征在于：所述转轴(4)上安有转速传感器，所述转速传感器与调速电机(6)的控制器通讯连接。