CN86104992A - 可调叶片轴流式涡轮机排流环的支承结构 - Google Patents

Abstract

可调叶片轴流式涡轮机排流环的支承结构有相互连接的上半部和下半部支承部件。上半部支承部件可拆卸地与涡轮机排流环及下半部支承部件相连。排流环被分为上下两半，下半部由上半部支承部件支承，以便通过移动上半部支承部件来垂直移动排流环的上半部和下半部，也可使转子轴向移出而不与任何其它部件接触。上半部支承部件为管状，内装有减振器以减弱排流环中的振动。

Description

本发明是有关对可调叶片轴流式涡轮机排流环的支承结构所作的改进。

普通的球形轴流式涡轮机是一种可调叶片的轴流式涡轮，它包括有轴向置于水流中的且容装有发电机和主轴的球形体，和安装在球形体的末端且与主轴相连的转子，还有用以将水导入转子的环绕球形体的外壳，控制进入转子水流的可调导叶，外导叶壳以及环绕转子的排流环。转子有许多可调导叶，该叶片尖的设置应使叶片尖旋转的轨迹呈半球形，以便叶片在打开或关闭时，其叶片尖都能置于同样的半球形旋转轨道上。排流环轴向置于外导叶壳和导流管之间，以便减少水流损失，排流环有一半球形内面，其内面对着转子上的叶片尖，其间形成很小的密封空隙，其内面与半球形同心，因而紧挨转子顺流侧形成喉部。喉部的直径小于转子叶片的直径。

排流环固定在逆流端的外导叶壳上，在顺流端排流环及导流管之间留有空隙，以便于安装、拆卸排流环。空隙由活动凸缘装置密封以防水泄漏。

外导叶壳和排流环的组合体未用混凝土之类的材料加以覆盖，而是暴露在外。以各外导叶壳的逆流端点和排流环为转轴，外导叶壳和排流环由于它们自身的重量和水的重量而偏斜。这种偏斜随着涡轮机功率的增加而增大。起初，轴流式涡轮机用于低压水头，轴流式涡轮机中采用的管状结构的壳体的厚度比其它各类水轮机的要薄，因而管状结构的刚度小，结果它的弹簧常数和自然振动频率也小。当自然振动频率与由水压引起的振动频率fr相一致时，便产生了共振，因而有时便导致大的麻烦，比如结构断裂，以及转子叶片与排流环相接触。此外，当涡轮机工作于半载或超载状态时，在转子顺流侧易于产生冲击水流，而导致涡流和水压振动的产生。因此，排流环中易于引起振动。特别是由于可调叶片轴流式涡轮机的排流环未用混凝土加以覆盖（如上所述），并由于涡轮机是轴向安装的，管状结构易于弯曲，而抗弯曲刚度和弹簧常数不能足够大，因而有时产生共振和非同寻常的振动。

普通的排流环由一对支承脚和混凝土柱来支承，该混凝土柱与支承脚和混凝土台或基座相连。各支承脚安装在喉部排流环的边缘。

在垂直方向与排流环连成一体的支承脚和混凝土柱的弹簧常数Kc通常要定得比由排流环和外导叶壳构成的轴向管状结构的弯曲弹簧常数Kb值高。下面为总弹簧常数Kt的等式：

Kt＝ (Kc·Kb)/(Kb+Kc)

Kc要比Kb大得多，因此Kt差不多等于Kb。也就是说，管状结构的弹簧弯曲常数仅取决于弯曲弹簧常数。支承脚和混凝土柱一旦安装完毕就无法调整其刚度，因此一旦由总弹簧常数Kt所定的管状结构的自然振动频率等于水压振动频率fr，结构就会产生共振，便出现上述的大麻烦。

目前，在设计阶段还不足以准确地预料是否会产生共振。因此，这类麻烦就有可能相对频繁地产生。如上所述，排流环的支承脚和混凝土柱构成的支承结构不能改变刚度，因此除加固结构外无法转移由排流环和外导叶壳构成的管状结构的共振点。这种加固耗费大量时间和资金，此外还有技术上的困难，因为由加固而引起的变形必须要小。

此外，当水轮机处于开机或紧急停机这类转换操作时，瞬间便会产生大幅度的振动。

在普通结构中，振动体，也就是支承架和管状结构，不能提高减振效力。减振效力不得不仅仅依赖于由结构材料内部产生的摩擦而实现固体减振，因此，瞬间产生的大幅度振动不易消除，振动体长期处于危险状态。同时，结构可能会出现问题，使转子叶片与排流环相接触。

此外，普通的结构除了与振动有关的问题之外，从经济角度看也有缺陷。

如上所述，密封空隙形成于叶片尖和对着叶片尖的排流环之间。密封空隙呈半球形，该半球形在紧接叶片的顺流端有喉部。在喉部的排流环的半径比喉部的各叶片的直径小G1。例如在拆卸涡轮机时，通过水平移动转子而将转子移出球形体。然而，转子在喉部与排流环相碰而使转子无法从球形体中移出。因此，普通的排流环由一垂面分为两半，即左半部和右半部。在移出转子之前，排流环的左半部和右半部水平移出足以确保不与转子接触。因而，发电厂所需的厂房宽度W由下面的等式给出：

W＝2×（E+B+h）+D

这里，D：转子叶片的最大直径;

E：当左半部和右半部水平移动到足以移出转子时，厂房与排流环的一半之间的距离;

B：沿水平和垂直方向的左半部或右半部的比例，和

h：当转子移出时，转子叶片和排流环间的距离。

对于普通涡轮机来说，为安装和拆卸必须使厂房宽度足够大，因而这类涡轮机相当不经济。

此外，安装排流环的厂房处于电厂厂房的最低点。在地面上有各种设备，比如废水泵、供水泵、漏油箱、润滑油箱，等等，这些是涡轮机运转不可缺少的设备。为了避免与上述各种设备接触，这些设备必须能够移到使它们不会与水平移动的排流环接触的位置，所以，厂房必须按这个规模建造。此外，从球体上拆卸下来的排流环还要存放在发电厂的装配车间，所以除了在大修期间的其它部件外，存放排流环必须有宽敞的空间。

本发明旨在提供一种可调叶片轴流式涡轮机排流环的支承结构，该结构可减少容纳涡轮机的发电厂厂房的宽度，降低排流环的振动，从而提高涡轮机的可靠性使排流环不与转子的叶片接触。

简言之，本发明的特征是排流环由一通过其轴线的水平面分为上半部和下半部，排流环支承结构包括数个轴向连成一体的支承部件，以支承下半部排流环，其中一支承部件可拆卸地安装在另一支承部件上，这样连成一体的支承部件的高度便可调节，使得排流环的上半部和下半部可上下移动，转子便相应地可不与排流环接触而水平移动和拆卸。

根据本发明的特点，数个支承部件中的一个的刚度比另一个低，且装有减振器以减弱排流环中所产生的振动。

图1为根据本发明采用的排流环支承结构实施例的可调叶片轴流式涡轮机的侧视图;

图2为图1中加点线A所指部分放大的剖视图;

图3为图2中线B所指部分的放大的剖视图;

图4为根据本发明所设计的支承结构的部分剖视图;和

图5为可调叶片轴流式涡轮机排流环安装和拆卸的说明图。

首先，参考附图对采用本发明实施例的可调叶片轴流式涡轮机详述如下：

图1所示的为可调叶片轴流式球形涡轮机，该涡轮机是一种可调叶片轴流式涡轮机，该涡轮机轴向置于水流通道1中。涡轮机包括：球形体2，该球形体中有发电机3和与发电机相连的主轴4;一个安装在球形体2末端的转子5，以便于轴向拆卸;还有可调导叶6，固定导叶7等等。固定导叶7固定在内壳8及外壳9上，内壳8则又构成球形体2的壳。导叶6安装在外导叶壳10上，外导叶壳10的逆流端则安装在外壳9的顺流端。转子5的转子毂12上安装有数个可调节的转子叶片11，毂12包含有叶片驱动装置以驱动数个叶片彼此同步以改变叶片与转子轴的角度。转子毂12的上端安装在球形体2的末端并固定在主轴4上（如上所述）。由于叶片尖围绕转子轴旋转，叶片形成了一个半球形。装上排流环15以便在叶片周围形成密封空隙。排流环15的逆流端安装在外导叶壳10的顺流端，而其顺流端安装在导水管16上。标号13指的是舱盖。

驱动转子5转动的水在压力下通过外壳9和调整水流量的导叶6从水流通道1流入转子叶片11中。在压力下的水能转变成传送到发电机3的旋转能，发电机则将能以电的方式输出。为了最有效地利用流入叶片11的水，就必须将叶片11和导水的水流导管之间的空隙减至最小。排流环15就是用作为水流导管。一般来讲，排流环15与外导叶壳10的顺流端连在一起，外导叶壳10固定住导叶6的支承座和操作装置。在排流环15与转子叶片11间的小密封空隙受到了限定。转子叶片尖的形成要使转动的叶片尖形成一个半球形。排流环15对着叶片尖的内壁同样要形成一个半球形，并且这个半球形与转动的叶片尖所形成的半球形同心。这样一来，即使叶片11开启或关闭（即：即使叶片相对转子轴的角度改变了），排流环15的内壁与叶片尖之间的距离也不会改变。因而排流环15在球形面的顺流侧有一喉部，喉部的内径比转动的叶片尖所形成的半球形的直径小2G1。排流环15的顺流端一直延伸到导水管16的凸缘17。该部位在图3中得以详细描述。凸缘17与排流环15的末端间有一空隙G₂，以便于安装和拆卸。空隙G₂由活动凸缘装置密封，该装置有密封件18、密封块19及配套凸缘20。在排流环15的外壁与密封件18之间还留有空隙G₃。

参看图2，排流环15及支承结构进一步详述如下。

排流环15被通过排流环15轴线的一水平面分为上半部15a和下半部15b，该上半部15a与下半部15b在安装后处于互相接触状态。排流环的下半部15b有固定在其上的支承脚21。支承脚21由铁制支承柱来支承，每个支承柱有两段，上半段支承柱22和下半段支承柱23。上半段支承柱22可拆卸地安装在下半段支承柱23上，支承排流环的下半部15b。

上半段及下半段支承柱22，23安装在排流环15周缘上的两彼此间隔的位置上，至少有一个位置从轴向看远离上述两位置。最好至少在三个以上所述的位置支承该排流环15b。

当要把转子从主轴4上移出并取出排流环时，首先要松动并取出连接排流环上半部15a、下半部15b的螺栓（图中末显示），并将排流环上半部15a悬吊以使之与排流环下半部15b分离。然后取出上半段支承柱22，并将排流环下半部15b的支承脚安装在支承柱的下半段23上，如图5所示。此后，转子5便可水平移出。上半段支承柱22的高度Ho要大于下降高度H，而高度H是为了在水平轴向移动转子5使之与排流环15相分离时避免转子5与排流环15b喉部之间的接触所必需的下降高度。移出支承柱上半段22，便易于水平移出转子而不会与排流环15相互影响。此外，转子5移出时，不用同时把排流环也水平横向移出，因此无需使厂房的宽度更大，也不会影响其它各种设备，比如润滑油箱28、29，与废水池26流体相连的废水泵26，供水泵27等等。因此可以减小厂房宽度，与要把排流环横向移出所必需的厂房宽度相比，这种厂房宽度可减小15-20%。

此外，安装、拆卸时需要一个装配车间用来暂时存放排流环15，厂房的空间可减小大约15-20%，因为所需存放的仅仅是排流环的上半部15a。

在图4中，支承柱的上半段22及下半段23在它们的凸缘上用螺栓46固定在一起。支承柱的上半段22用螺栓45固定在支承脚21上。支承柱上半段22的刚度要比支承柱下半段23的小，以便当象振动这样的负荷产生时，减振器便吸收了这种振动。支承柱上半段22由通过柱23的轴线的垂直面分成两个或更多的部分，并由凸缘和螺栓（图中未显示）将之连成一体。减振器31安置于支承柱上半段22中。减振器包括缸体32，插入该缸体中的滑动活塞33，与该活塞相连的杆34以及安装在缸体32上的盖板35，从而形成储油室，该储油室中储有高粘度的油，并由活塞32将其分成上储油室36和下储油室37。两个储油室36和37通过油道38和一个小孔39流体相连。孔39的开口大小由节流阀的可调螺钉40调节。孔44用于插入调节所用的工具等等。减振器31由可调垫片41和螺栓42安装在支承柱下半段23上，并利用凸缘和螺栓43安装在支承脚21上。

当在排流环15中瞬间产生大振动时，振动传至支承柱上半段22、下半段23和减振器31。在减振器31中，振动传到活塞杆34。当活塞杆34的位移是朝下时，下贮油室37中的压力便升高，使油穿过油道38及相通孔39流入上贮油室36。高粘度油的流动由相通孔39的开口大小来控制，粘性阻力使得振动减弱。由于振动而引起的位移的速度大大减缓了，此后而引起的位移也大幅度降低了。也就是说，由于减振器利用粘性阻力来减振，减振效果就卓有成效，而且所达到的水平相当于一般刚性减振效果的几百倍。所以，减振器31能大幅度减弱瞬间产生的大振动，因而能避免在普通这类涡轮机中产生的这一问题。

此外，减振器31可用来减少当涡轮机的振动系统处于共振状态下所引起的大规模运动，从而使涡轮机处于安全操作状态。

另外，在由支承柱上半段22。下半段23所构成的支承柱2223中，刚度，即支承柱上半段22、下半段23其中之一的弹簧常数，易于改变，所以包括有排流环15和外导叶壳的整个振动系统的弹簧常数、自然振动频率可以大大改变。也就是说，几乎与Kb（Kt＝Kb）相等的总弹簧常数Kt能够变至（0.3-1.2）Kt，因而易于使振动偏离共振。

过去为使振动偏离共振所采用的方法费用昂贵，技术上也有困难，但是根据本实施例，不产生任何问题就能容易地实现，其费用可减少到使用一般技术所需费用的10%左右。

Claims (6)

1、可调叶片轴流式涡轮机排流环的支承结构，该涡轮机包括一球形体、一个转子和一个排流环，该球形体内有发电机和主轴，上述球形体按水流方向安装，转子安装到上述球形体的顺流端，该转子上有数个叶片，排流环环绕该转子的上述叶片而形成喉部，该喉部的直径小于上述叶片环绕轴线转动所形成的圆圈的最大直径，上述排流环的支承结构与上述排流环和基座相连，其特征是上述排流环的支承结构有数个垂直连成一体的支承部件，上述支承部件中至少有一个可拆卸地安装在上述排流环的下半部和另一个支承部件上，上述排流环由一水平面分为上半部和下半部，因此上述排流环的支承结构的高度是可调的。

2、如权项1所定义的排流环支承结构，其中上述数个支承部件各有上半部和下半部支承部件，上述上半部支承部件的高度大于为能使上述转子轴向移出并避免上述排流环与上述转子叶片之间相接触而降低下半部排流环的最短距离。

3、如权项2所定义的排流环支承结构，其中该排流环有数个上半部支承部件和下半部支承部件，至少有两个上述上半部和下半部支承部件安装在上述排流环下半部的同一周缘上，至少有一个上述上半部和下半部支承部件安装在上述排流环的下半部，其位置不在装有上述两个上半部和下半部支承部件的上述周缘上。

4、如权项2所定义的排流环支承结构，其中上述上半部和下半部支承部件之一的刚度要小于另一个的刚度，并在其中装有减振器。

5、如权项2所定义的排流环支承结构，其中上述上半部和下半部支承部件中至少有一个呈圆柱形，其中装有油减振器以减弱在上述排流环中产生的振动。

6、如权项5所定义的排流环支承结构，其中上述上半部支承部件为圆柱形，上述油减振器包括有固定到上述下半部支承部件上的缸体，和一个插入该缸体并将该缸体的内部分为两个贮油室的活塞，还有一根与活塞和上述排流环下半部相连的杆，和连通上述两油室的通道，以及装在该通道中用来调整从上述一个贮油室到另一贮油室油的流量的可调螺钉。

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