一种冲击式水轮发电机转轮制动方法技术

本发明专利技术公开了一种冲击式水轮发电机转轮制动方法，先控制机坑下部出水管的出水阀门、以及机坑进水管的进水阀门，使机坑内的蓄水至少占机坑容积的80%；依靠惯性转动的转轮的叶片背水面搅动机坑内的蓄水，转轮将能量传递给机坑内的蓄水，使蓄水形成与转轮的转动方向一致的流动；流动的蓄水驱动机坑内靠近侧壁处的若干辅助制动涡轮转动，从而降低蓄水的流动速度，并使机坑内的蓄水形成紊流，直至转轮停止转动，此时开启出水阀门将机坑内的蓄水排空；检修结束后，开启进水阀门，进水管的水流冲击转轮，从而使转轮转动，进而带动转子转动而发电。本发明专利技术可显著地缩短转轮的制动时间，从而提高检修维护效率，有利于电网的正常运行。

【技术实现步骤摘要】
一种冲击式水轮发电机转轮制动方法
本专利技术涉及水轮发电机
，具体涉及一种冲击式水轮发电机转轮制动方法。
技术介绍
随着人们节能环保意识的增强，作为绿色能源的水力发电正在大力发展，在水力发电领域，水轮机组是关键的部分，其通常包括定子、可转动地设置在定子内的转子、可驱动转子转动的转轮，其中的转轮被设置在一个机坑内，转轮包括中间的轴体、设置在轴体上的若干叶片，叶片的正面为迎水面，叶片的背面为背水面，机坑的一侧设有开口对准叶片迎水面的进水管，机坑的下部设有出水管。当水库内具有高水位差的水流通过进水管形成高速水流并冲击转轮的叶片迎水面时，即可使转轮转动并带动转子转动，进而生成电能。冲击完转轮的水流通过机坑下部的出水管向外流出。由于水库的水位差（俗称水头）越来越大，相应地，转轮的尺寸、重量也越来越大，转轮的转速越来越高，因此，转轮在工作时所形成的转动惯量也越来越大。当水轮机组出现故障、或者其它原因导致需要停机检修或维护时，我们需要切断进水管的进水，同时等待转轮以及转子逐渐减速直至停机，以便检修维护人员进入机坑内进行检修或维护工作。可以理解的是，在正常情况下，具有极大转动惯量的转轮以及转子需要较长时间（可能是30-40分钟）才能完全停机，从而会造影响检修或维护的速度和效率。虽然现有技术中有很多可使转动体制动的技术方案，例如，汽车的制动系统等。但是和现有的制动系统的适用场景不同的是，转轮以及与其相关联的转子具有极大的转动惯量和惯性，而转轮上的叶片是用不锈钢锻造成型并与轴体焊接的薄壳件，难以承受很大的制动力，并且转轮的造价极高，一旦叶片出现损坏，将造成严重的损失。因此，现有的一些紧急制动系统不适合用于转轮的制动，而转子由于设置在定子内，也无法设置相应的制动结构进行制动。更多的时候人们只能耐心地等待转轮以及转子在与自身转动轴的摩擦力作用下自己停机，因而不利于提高检修和维护的效率。尤其是，停机时间长，造成机组辅助系统安全风险，特别是轴承供油系统一旦中断就会出现轴承烧毁严重事故，即意味着减少发电时间和发电量，因而影响电网的正常运行。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有的水轮发电机转轮制动方式所存在的制动时间长、安全风险大、效率低、影响电网正常运行的问题，提供一种冲击式水轮发电机转轮制动方法，可显著地缩短转轮的制动时间，提高机组安全性和可靠性，同时提高检修维护效率，有利于电网的正常运行。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种冲击式水轮发电机转轮制动方法，包括如下步骤：a.先控制容置转轮的机坑下部出水管的出水阀门、以及机坑进水管的进水阀门，使机坑内的蓄水至少占机坑容积的80%；b.依靠惯性转动的转轮与机坑内的蓄水形成速度差，转轮的叶片背水面搅动机坑内的蓄水，转轮将能量传递给机坑内的蓄水，使蓄水形成与转轮的转动方向一致的流动；c.流动的蓄水驱动机坑内靠近侧壁处的若干辅助制动涡轮转动，从而降低蓄水的流动速度，并使机坑内的蓄水形成紊流，直至转轮停止转动，此时开启出水阀门将机坑内的蓄水排空；d.检修结束后，开启进水阀门，进水管的水流冲击转轮，从而使转轮转动，进而带动转子转动而发电。我们知道，现有的转动机构的制动系统通常是给转动件（主要是转动轴）施加一个制动力矩，但是，大型水轮机组的转轮以及转子的质量大、转速高，相应地，其转动惯量极大，而如果对转轮的轴体施加制动力矩，由于其半径较小，因此，在一定的制动摩擦力下，其整体的制动力矩有限，难以快速地制动转轮和转子。另外，转轮的叶片为不锈钢锻造成型的薄壳件，其迎水面内凹，背水面向外鼓凸，俗称水斗。水斗在加工成型后通过焊接工艺与中间的轴体相连接，需要发电时，高速的大流量水流从进水管流出而依次冲击各叶片的迎水面，从而带动转轮高速转动。也就是说，水流施加给转轮的工作扭矩是依靠水流均匀地施加在各叶片的迎水面上的，因此，虽然其总体的工作扭矩巨大，但是转轮各叶片承受的作用力比较平缓。也就是说，如果在制动时，我们在短时间内直接在叶片上施加很大的制动力，会造成叶片的损坏。为此，在需要制动转轮以停机检修时，本专利技术创造性地通过控制出水管的出水阀门、进水管的进水阀门，使得机坑内的蓄水迅速上升至不少于机坑容积的80%。此时，依靠惯性继续转动的转子整个被“埋”在蓄水中，体量巨大的蓄水对转轮的叶片产生柔缓和巨大的制动阻力以释放能量。尤其是，此时所有的叶片均在同一时间内受到制动阻力，一方面可极大地提升制动扭矩，使转轮在最短的时间内停止转动，另一方面最大限度地使叶片受力均匀，避免因叶片的受力集中或过大而导致叶片的损坏。进一步地，本专利技术在机坑内靠近侧壁处设有若干辅助制动涡轮。当转轮搅动机坑内的蓄水，从而使蓄水形成与转轮的转动方向一致、但流速低于转轮的流动时，流动的蓄水一方面驱动机坑内的辅助制动涡轮转动，从而将蓄水的动能释放并传递给涡轮，另一方面，各涡轮转动时，会使机坑内原本向着一个方向流动的蓄水形成局部的原地转动，进而使机坑内的蓄水形成高度的紊流，以最大限度地消耗由转轮传递给蓄水的能量。可以理解的是，当转轮停止转动时，我们只需打开出水阀门排空机坑内的蓄水，即可开始对水轮机组进行检修维护。另外，当机坑内的蓄水至少占机坑容积的80%时，既可确保转轮被“埋”在蓄水里面，有效地避免进水管的水流直接冲击转轮的叶片，又可确保机坑内有足够的水量，以充分地吸收转轮的能量。作为优选，在进水管与机坑连接的喷水口处设置可改变进水管水流的流向的换向罩，在步骤a中，先关闭出水管的出水阀门，当机坑内的蓄水占机坑容积的70%-80%时，关小进水管的进水阀门，然后通过换向罩改变进水管的水流方向，使进水管的水流朝向叶片的背水面，接着部分开启出水管的出水阀门，使机坑内蓄水至少占机坑容积的80%。本专利技术在进水管的出口处设置可改变进水管水流的流向的换向罩，这样，需要发电时，换向罩使进水管流出的水流冲击叶片的迎水面，从而通过转轮带动转子转动以发电。而需要停机检修时，先关闭出水管的出水阀门，以便使机坑内的蓄水迅速地上升到机坑容积的70%-80%，从而对转轮的转动形成巨大的阻力。然后通过换向罩改变进水管的水流方向，使进水管的水流朝向叶片的背水面，从而利用进水管水流的冲击力对转轮产生制动阻力。可以理解的是，由于进水管的水流朝向叶片的背水面时，机坑内的蓄水已经上升到机坑容积的70%-80%，也就是说，此时的转子已经被“埋”在蓄水中，因此，进水管的水流不会直接冲击在叶片的背水面上，而是冲击在跟随转轮转动的蓄水上，一方面可极大地缓冲叶片所受到的冲击力，另一方面可极大地减缓蓄水的流速，增大蓄水与转轮之间的流速差，使蓄水成为转轮转动的制动阻力，有利于转轮的快速制动停机。需要说明的是，本专利技术在通过换向罩改变进水管的水流方向前，会先关小进水管的进水阀门，以便减小进水管的水流量，有利于换向罩的调节。特别是，本专利技术在通过换向罩改变进水管的水流方向后，会部分开启出水管的出水阀门，以便将机坑内跟随转轮转动的部分蓄水及时的排出，并通过合理地控制进水阀门和出水阀门的启闭大小，使机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种冲击式水轮发电机转轮制动方法，其特征是，包括如下步骤：/na. 先控制容置转轮的机坑下部出水管的出水阀门、以及机坑进水管的进水阀门，使机坑内的蓄水至少占机坑容积的80%；/nb. 依靠惯性转动的转轮与机坑内的蓄水形成速度差，转轮的叶片背水面搅动机坑内的蓄水，转轮将能量传递给机坑内的蓄水，使蓄水形成与转轮的转动方向一致的流动；/nc. 流动的蓄水驱动机坑内靠近侧壁处的若干辅助制动涡轮转动，从而降低蓄水的流动速度，并使机坑内的蓄水形成紊流，直至转轮停止转动，此时关闭进水阀门，开启出水阀门将机坑内的蓄水排空；/nd. 检修结束后，开启进水阀门，进水管的水流冲击转轮，从而使转轮转动，进而带动转子转动而发电。/n

【技术特征摘要】
1.一种冲击式水轮发电机转轮制动方法，其特征是，包括如下步骤：
a.先控制容置转轮的机坑下部出水管的出水阀门、以及机坑进水管的进水阀门，使机坑内的蓄水至少占机坑容积的80%；
b.依靠惯性转动的转轮与机坑内的蓄水形成速度差，转轮的叶片背水面搅动机坑内的蓄水，转轮将能量传递给机坑内的蓄水，使蓄水形成与转轮的转动方向一致的流动；
c.流动的蓄水驱动机坑内靠近侧壁处的若干辅助制动涡轮转动，从而降低蓄水的流动速度，并使机坑内的蓄水形成紊流，直至转轮停止转动，此时关闭进水阀门，开启出水阀门将机坑内的蓄水排空；
d.检修结束后，开启进水阀门，进水管的水流冲击转轮，从而使转轮转动，进而带动转子转动而发电。


2.根据权利要求1所述的一种冲击式水轮发电机转轮制动方法，其特征是，在进水管与机坑连接的喷水口处设置可改变进水管水流的流向的换向罩，在步骤a中，先关闭出水管的出水阀门，当机坑内的蓄水占机坑容积的70%-80%时，关小进水管的进水阀门，然后通过换向罩改变进水管的水流方向，使进水管的水流朝向叶片的背水面，接着部分开启出水管的出水阀门，使机坑内蓄水至少占机坑容积的80%。


3.根据权利要求2所述的一种冲击式水轮发电机转轮制动方法，其特征是，在机坑的上部设置溢水孔，当机坑内蓄水的水位到达溢水孔位置时，即可通过溢水孔向外排出。


4.根据权利要求1所述的一种冲击式水轮发电机转轮制动方法，其特征是，在机坑内设有环形导水壁，环形导水壁围成中心制动水域，在导水壁和机坑内侧壁之间形成环形制动水域，所述转轮的轴线竖直地位于...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘思靓，马建峰，施旭明，
申请(专利权)人：浙江富春江水电设备有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33