渐进式水轮机制造技术

一种水力发电技术领域中的渐进式全效水轮机，由出射装置和转动装置两部分组成。出射装置包括一个或数个压力引水流道及其出射口，在流道内或出射口设置的转动活门及出射口前方的折向板，以及与转动活门和折向板传动连接的操纵机构及锁定机构；转动装置包括主轴及主轴上装置的一个或数个由轮毂和其外围设置的数组分水刃两侧的凹槽形叶片或凹坑形水斗，与分水刃相连的两条进水分水刃及其进水分水板构成的转轮，并将出射装置的出射口与转动装置的分水刃及两条进水分水刃相对应。该水轮机能够按射流对凹面板的作用原理将水流压能充分转换为旋转机械能，运行性能稳定可靠、无任何污染现象，并能以单元组合形式适应于普遍以低水头大流量形式存在的水能资源环境。

Progressive turbine

【技术实现步骤摘要】
渐进式水轮机所属
本专利技术属于水力发电
中的冲击型水轮机，尤其涉及一种适应低水头大流量水能环境的渐进式全效水轮机。
技术介绍
目前，水力发电生产所使用冲击型中的水斗式水轮机，其出射装置主要由圆形喷嘴和其内装置的圆形喷针，以及喷嘴前方部位的折向板等部件组成，其转动装置主要由主轴及主轴上装置的由轮毂和其外围设置的数组分水刃两侧的凹坑形水斗构成的转轮等部件组成。为避免射流射向水斗进水部分背面，分水刃外端向外延伸并与水斗曲面和水斗背面形成两侧为两个缺口的尖锐的进水边。其存在的不足为：射流射向水斗进水面并进入运转中下一水斗的过程中，尖锐的进水边则将部分射流强行分叉并射向原水斗出水面后与其内水流相撞，刚进入下一水斗进水面的射流会沿水斗凹坑的纵向方向流动，使射流动能不能进行高效转换，并且该水斗加工制造十分困难；从喷针周围射出的高速水流向其端部中心集中时产生的对撞现象会造成射流动能损失。因此，该水轮机无法将水流压能充分转换为旋转机械能，并且只能适用于高水头小流量水能环境，无法适应普遍以低水头大流量形式存在的水能资源。在低水头大流量水能环境中普遍使用的反击型卧式混流式水轮机，主要由蜗壳、导水叶和上冠与下环间设置的曲面形叶片构成的转轮等部件组成。在运行中存在压力水流只能按水流对平面或曲面板的作用原理进行水能转换，并且部分水能以轴向水推力形式作用于转轮后不仅无法作功，还会导致推力轴承烧瓦事故；主轴密封的压力漏水随机组开度的增大而增大，会导致压力漏水进入轴承使润滑稀油溢出并混入河水的污染现象；转轮叶片间形成的流道内出现杂物卡阻现象时，机组会大幅振动出力明显下降；蜗壳及导水叶因不断改变水流方向而造成的水力损失大等诸多不足，使其综合运行效率极低。在ER2012005A2、CN101871415A和CN108350856A中公开的水轮机技术方案，其出射装置主要由一个或数个压力引水流道及其出射口，装置在流道内或出射口的转动活门，以及出射口前方部位的折向板等部件组成，其转动装置主要由主轴及主轴上装置的一个或数个由轮毂和其外围设置的数组分水刃两侧的凹槽形叶片，以及凹槽形叶片内外端设置的引流板构成的转轮等部件组成。为避免射流射向外端引流板进水部分背面，外端引流板底部必须要向叶片凹槽内延伸，与凹槽横截面形成了一定程度的夹角。其不足同样为：射流射向凹槽进水面并进入运转中下一凹槽的过程中，外端引流板进水部分内表面会将射流引向凹槽的纵向方向，从而无法按射流对凹面板的作用原理进行水能转换。当外端引流板的进水边低于凹槽形叶片的两侧边沿，并使其出水部分与进水部分表面间呈一夹角时，分水刃外端与凹槽曲面和凹槽外端断面间又形成了两侧为两个缺口的尖锐的进水边。该进水边同样会将部分射流强行分叉并射向原凹槽出水面后与其内水流相撞，其底部引流板内表面仍会将射流引向凹槽的纵向方向。当上下相邻两出射口的部分射流同时作用于同一凹槽时，由于射流在凹槽内的强行分叉及纵向流动使两部分射流在凹槽内会出现撞击现象。因此，该转轮无法将水流动能有效转换为旋转机械能，并且转动活门装置在压力引水流道内其下游面会产生汽蚀性破坏，铰装在出射口又很难设置在上下排列的每个出射口上，并会因高速水流磨损造成压力水流泄漏损失；当采用清洁气动接力器操纵时转动活门及折向板存在关闭不可靠等不足，从而使该技术方案至今无法实施。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服目前所使用水轮机及现有水轮机技术方案中存在的水能转换效率低、水力损失大、适应面小，并会产生污染现象等不足，而提供一种能够将水流压能充分转换为旋转机械能，运行性能稳定可靠、无任何污染现象，并能适应低水头大流量水能环境的渐进式全效水轮机。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：该渐进式水轮机由出射装置和转动装置两部分组成，出射装置包括压力引水室及一个或数个压力引水流道及其出射口，在流道内装置的转动活门或出射口铰装的转动活门，以及设置在出射口前方部位的折向板，与转动活门及折向板传动连接的操纵机构；转动装置包括主轴及其轴承，在主轴上装置的一个或数个由轮毂和其外围设置的数组分水刃两侧的凹槽形叶片构成的转轮，并且包括凹槽形叶片的内端引流板和外端出水部分引流板，将分水刃的外端部分分叉后形成两条与其相连的进水分水刃，并分别设置具有该进水分水刃的进水分水板，将进水分水板底部及外侧边沿与凹槽形叶片进水面外端边沿及外端出水部分引流板的内侧边沿相连，并将出射口与分水刃及其分叉后的两条进水分水刃相对应。以上所述渐进式水轮机，其分水刃两侧的凹槽形叶片也可以是凹坑形水斗。以上所述渐进式水轮机，其进水分水板内表面底部边沿与凹槽形叶片或凹坑形水斗进水面外端边沿间，可采用圆弧面过度的连接形式。以上所述渐进式水轮机，其凹槽形叶片的内端引流板和外端出水部分引流板可以是平面形的，也可以是弧面或曲面形的。以上所述渐进式水轮机，其主轴的端部可与另一台或数台与其结构相同或相近的水轮机主轴转动连接后同步联动运行。以上所述渐进式水轮机，一台或数台联动的主轴一端可以与发电机直接转动连接，也可以通过变速器与发电机间接转动连接。以上所述渐进式水轮机，一台或数台联动的主轴另一端还可以转动连接设置机械转速保护信号装置。以上所述渐进式水轮机，在流道位于其转动活门下游面的表面或其转动活门中心轴的中心部位，可开设通向转动活门下游面中心部位的阻逆式补气孔。以上所述渐进式水轮机，在引水室、流道及出射口顶部可设置强制关闭并锁定流道内装置的转动活门、出射口铰装的转动活门或设置在出射口前方部位折向板的锁定机构。该锁定机构可以是螺杆螺母机构，即在引水室或流道顶部设置由旋转手柄或电机操纵的螺杆螺母机构，螺杆伸入机壳与装置在流道或出射口顶部轨道内带动并锁定传动臂的滑动部件传动连接。当压力水流由出射口射向分水刃时，分水刃可将高速射流按横向方向顺利引向凹槽或凹坑的另一侧，射流在进入运转中下一凹槽或凹坑时，分叉后的两条进水分水刃及其进水分水板则可将射流从其外侧逐渐分入下一组凹槽或凹坑的进水面，此时射流依靠进水分水板内表面和离心力的作用下通过圆弧过度面后按横向方向顺利流向凹槽或凹坑的另一侧，而还未分入下一凹槽或凹坑的射流仍射向原凹槽或凹坑分水刃的最佳部位。从而使射流在进入凹槽或凹坑的过程中和进入凹槽或凹坑后，均能按射流对凹面板的作用原理进行充分的水流动能转换，并完全避免了射流因强行分叉和纵向流动而造成的撞击现象。射流以径向方向进入并排出凹槽或凹坑，因此不产生轴向水推力，不导致机壳内水流压力。当上下排列的相邻两出射口的部分射流同时射向同一组凹槽或凹坑进水面时，分水刃和进水分水板仍能将作用于不同部位的射流均按横向方向顺利引向凹槽或凹坑另一侧，因此同样能避免两部分射流在凹槽或凹坑内的撞击现象。流道内设置的按中心轴转动的转动活门在开启和关闭过程中或调节出射流量大小时，其下游面中心部位会产生汽蚀破坏性真空，此时阻逆式补气孔可及时向该部位补气后消除真空。当出射口及其流道内有杂物卡阻时，可打开设置在压力引水流道表面的检查清污口后清除。当水轮机需要停机时，关闭所有转动活门或折向板并锁定后可及时可靠停机。当转动活门或折向板的操纵机构出现故障时，旋转手柄或电机通过螺杆螺母机构及滑动部件可带动传动臂使转动活门或折向板处于关闭位置并锁定后仍能可靠停机。各本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种渐进式水轮机由出射装置和转动装置两部分组成，出射装置包括压力引水室(1)及一个或数个压力引水流道(2)及其出射口(4)，在流道(2)内装置的转动活门(23)或出射口(4)铰装的转动活门(7)，以及设置在出射口(4)前方部位的折向板(3)，与转动活门(23)、转动活门(7)及折向板(3)传动连接的操纵机构；转动装置包括主轴(13)及其轴承，在主轴(13)上装置的一个或数个由轮毂(19)和其外围设置的数组分水刃(26)两侧的凹槽形叶片(12)构成的转轮，并且包括凹槽形叶片(12)的内端引流板(21)和外端出水部分引流板(20)，其特征在于：将分水刃(26)的外端部分分叉后形成两条与其相连的进水分水刃(25)，并分别设置具有该进水分水刃(25)的进水分水板(24)，将进水分水板(24)底部和外侧边沿与凹槽形叶片(12)进水面外端边沿和外端出水部分引流板(20)的内侧边沿相连，并将出射口(4)与分水刃(26)及其分叉后的两条进水分水刃(25)相对应。

【技术特征摘要】
1.一种渐进式水轮机由出射装置和转动装置两部分组成，出射装置包括压力引水室(1)及一个或数个压力引水流道(2)及其出射口(4)，在流道(2)内装置的转动活门(23)或出射口(4)铰装的转动活门(7)，以及设置在出射口(4)前方部位的折向板(3)，与转动活门(23)、转动活门(7)及折向板(3)传动连接的操纵机构；转动装置包括主轴(13)及其轴承，在主轴(13)上装置的一个或数个由轮毂(19)和其外围设置的数组分水刃(26)两侧的凹槽形叶片(12)构成的转轮，并且包括凹槽形叶片(12)的内端引流板(21)和外端出水部分引流板(20)，其特征在于：将分水刃(26)的外端部分分叉后形成两条与其相连的进水分水刃(25)，并分别设置具有该进水分水刃(25)的进水分水板(24)，将进水分水板(24)底部和外侧边沿与凹槽形叶片(12)进水面外端边沿和外端出水部分引流板(20)的内侧边沿相连，并将出射口(4)与分水刃(26)及其分叉后的两条进水分水刃(25)相对应。2.根据权利要求1所述的渐进式水轮机，其特征还在于：分水刃(26)两侧的凹槽形叶片(12)也可以是凹坑形水斗(31)。3.根据权利要求1或2所述的渐进式水轮机，其特征还在于：进水分水板(24)内表面底部边沿与凹槽形叶片(12)或凹坑形水斗(31)进水面外端边沿间，可采用圆弧面过度的连接形式。4.根据权利要求1所述的渐进式水轮机，其特征还在于：凹槽形叶片(12)的内端引流板...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄国宏，
申请(专利权)人：黄国宏，
类型：发明
国别省市：青海,63