一种水轮发电机转轮高效制动结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种水轮发电机转轮高效制动结构，包括机坑、可转动地设置在机坑内的转轮，转轮包括与转子同轴连接的轴体、设置在轴体上的叶片，机坑上设有与进水管连通的进水口、与出水管连通的出水口，在进水管上设有进水阀门，在出水管上设有出水阀门，所述进水管上设有变向机构，从而使进水管的进水口流出的水流可在第一方向、第二方向之间切换，当进水管的进水口流出的水流处于第一方向时，进水管的进水口流出的水流正对叶片的迎水面；当进水管的进水口流出的水流处于第二方向时，进水管的进水口流出的水流正对叶片的背水面。本实用新型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】
一种水轮发电机转轮高效制动结构
本技术涉及水轮发电机
，具体涉及一种水轮发电机转轮高效制动结构。
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（俗称水斗），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后关闭轴承润滑系统、机组冷却系统和保护系统等辅助系统，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，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，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，提供一种水轮发电机转轮高效制动结构，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，本技术采用以下技术方案：一种水轮发电机转轮高效制动结构，包括机坑、可转动地设置在机坑内的转轮，转轮包括与转子传动连接的轴体、设置在轴体上的叶片，机坑上设有与进水管连通的进水口、与出水管连通的出水口，在进水管上设有进水阀门，在出水管上设有出水阀门，所述进水管上设有变向机构，从而使进水管的进水口流出的水流可在第一方向、第二方向之间切换，当进水管的进水口流出的水流处于第一方向时，进水管的进水口流出的水流正对叶片的迎水面；当进水管的进水口流出的水流处于第二方向时，进水管的进水口流出的水流正对叶片的背水面。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，本技术创造性地在进水管上设置变向机构，从而使进水管的进水口流出的水流可在第一方向、第二方向之间切换。当正常发电时，进水管的进水口流出的水流处于第一方向，此时进水口流出的水流正对叶片的迎水面，从而可驱动转轮转动，进而带动转子转动而发电。在需要制动转轮以停机检修时，则可通过变向机构使进水管的进水口流出的水流由第一方向改变为第二方向，此时进水口流出的水流正对叶片的背水面，从而可对转轮的叶片产生柔缓和巨大的制动阻力，有效地阻止转轮的转动。可以理解的是，此时的转轮仍然会继续转动一定的时间和角度，因此，进水口流出的水流可对不同的叶片背水面进行冲击，一方面可对转轮形成连续的制动，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。可以理解的是，当转轮停止转动时，我们只需关闭进水阀门，即可开始对水轮机组进行检修维护。作为优选，所述变向机构包括设置在进水口处的换向罩，所述换向罩与一转向机构相关联，从而使换向罩可由第一位置转变至第二位置，当换向罩处于第一位置时，进水管的进水口流出的水流正对叶片的迎水面；当换向罩处于第二位置时，进水管的进水口流出的水流正对叶片的背水面。在本方案中，我们通过在进水口处设置换向罩，从而可方便快捷地改变进水口流出的水流方向，并且有利于简化变向机构的整体结构和制造成本。作为优选，所述换向罩包括对接在进水口处的对接管、与对接管并联连接成Y形的发电水管和制动水管，所述发电水管的开口朝向叶片的迎水面设置，所述制动水管的开口朝向叶片的背水面设置，在发电水管和制动水管内分别设有转动阀板，转动阀板的中间位置设有与管壁转动连接的转动轴，从而使转动阀板具有一个阻止水流通过的封堵位置、一个容许水流通过的导通位置，发电水管和制动水管内的转动轴穿出管壁的一端分别设有联动齿轮，两个联动齿轮相互啮合，当发电水管内的转动阀板处于封堵位置时，制动水管内的转动阀板处于导通位置，至少一根转动轴与一个可自锁的驱动机构相关联。在本方案中，换向罩是一个由对接管、发电水管和制动水管连接成Y形的三通接头状结构，其中的对接管连接在进水管的进水口处，并且在发电水管和制动水管内分别设有转动阀板。这样，正常发电时，发电水管内的转动阀板处于导通位置，而制动水管内的转动阀板处于封堵位置，进水管内的水流即可通过发电水管流出而作用在叶片的迎水面上，进而驱动转轮转动并发电。当需要制动转轮时，则可通过驱动机构驱动与其相连的转动轴转动，从而带动相应的转动阀板转动。由于发电水管和制动水管内的转动轴穿出管壁的一端分别设有联动齿轮，并且两个联动齿轮相互啮合。因此，发电水管和制动水管内的转动轴以及相应的转动阀板可以相反的方向转动相同的角度。当发电水管内的转动阀板由导通位置转动至封堵位置时，制动水管内的转动阀板则由封堵位置转动至导通位置。此时进水管内的水流即可通过制动水管流出而作用在叶片的背水面上，进而对转轮形成制动作用而使转轮快速地停止转动。需要说明的是，当转动阀板处于封堵位置时，转动阀板与发电水管或制动水管的轴线相垂直，并且转动阀板的形状与发电水管或制动水管的横截面相适配；当转动阀板处于导通位置时，转动阀板与发电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水轮发电机转轮高效制动结构，包括机坑、可转动地设置在机坑内的转轮，转轮包括与转子传动连接的轴体、设置在轴体上的叶片，机坑上设有与进水管连通的进水口、与出水管连通的出水口，在进水管上设有进水阀门，在出水管上设有出水阀门，其特征是，所述进水管上设有变向机构，从而使进水管的进水口流出的水流可在第一方向、第二方向之间切换，当进水管的进水口流出的水流处于第一方向时，进水管的进水口流出的水流正对叶片的迎水面；当进水管的进水口流出的水流处于第二方向时，进水管的进水口流出的水流正对叶片的背水面。/n

【技术特征摘要】
1.一种水轮发电机转轮高效制动结构，包括机坑、可转动地设置在机坑内的转轮，转轮包括与转子传动连接的轴体、设置在轴体上的叶片，机坑上设有与进水管连通的进水口、与出水管连通的出水口，在进水管上设有进水阀门，在出水管上设有出水阀门，其特征是，所述进水管上设有变向机构，从而使进水管的进水口流出的水流可在第一方向、第二方向之间切换，当进水管的进水口流出的水流处于第一方向时，进水管的进水口流出的水流正对叶片的迎水面；当进水管的进水口流出的水流处于第二方向时，进水管的进水口流出的水流正对叶片的背水面。


2.根据权利要求1所述的一种水轮发电机转轮高效制动结构，其特征是，所述变向机构包括设置在进水口处的换向罩，所述换向罩与一转向机构相关联，从而使换向罩可由第一位置转变至第二位置，当换向罩处于第一位置时，进水管的进水口流出的水流正对叶片的迎水面；当换向罩处于第二位置时，进水管的进水口流出的水流正对叶片的背水面。


3.根据权利要求2所述的一种水轮发电机转轮高效制动结构，其特征是，所述换向罩包括对接在进水口处的对接管、与对接管并联连接成Y形的发电水管和制动水管，所述发电水管的开口朝向叶片的迎水面设置，所述制动水管的开口朝向叶片的背水面设置，在发电水管和制动水管内分别设有转动阀板，转动阀板的中间位置设有与管壁转动连接的转动轴，从而使转动阀板具有一个阻止水流通过的封堵位置、一个容许水流通过的导通位置，发电水管和制动水管内的转动轴穿出管壁的一端分别设有联动齿轮，两个联动齿轮相互啮合，当发电水管内的转动阀板处于封堵位置时，制动水管内的转动阀板处于导通位置，至少一根转动轴与一个可自锁的驱动机构相关联。


4.根据权利要求3所述的一种水轮发电机转轮高效制动结构，其特征是，所述驱动机构包括设置在一根转动轴上的蜗轮、与蜗轮啮合的蜗杆，所述蜗杆上设有从动链轮，机坑上设有...

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