整装冲击立式高效水轮发电机组的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及水力发电设备领域，尤其涉及一种整装冲击立式高效水轮发电机组。
【背景技术】
[0002]目前的冲击式水轮发电机组通常为卧式分散型(如图1至图4所示)，即水轮机与发电机均为独立设备，安装时卧置在厂房地面上，水轮机主轴中间装配转轮部件，两端有密封结构及轴承支点，通过弹性联轴器连接发电机主轴。由于卧式分散型水轮机的转轮高度较为低矮，为了保证水流能够以合适的角度喷射水轮机转轮，现有的引水方式均为在厂房地面以下开挖进水机坑，安装引水压力管、阀门、进水弯管和喷水弯管，水流先经过90°或45°的进水弯管，再经90°或45°喷水弯管，水流进入喷嘴机构。
[0003]卧式分散型水轮发电机组存在以下问题:(I)结构复杂，零部件多，制造成本高；
(2)卧式布置占地面积大；(3)部件多而散，无法整装整机出厂，需现场安装调试，安装、检修繁琐、复杂，就位安装时间长，各类风险及成本增加；(4)固定机组地脚螺栓面广点多，夕卜加机坑开挖与镶砌，土建投资加大；(5)引水水流转弯角度大，压力损失大，影响水力性能，从而降低转化效率与发电效率；(6)传动部件多，影响传动效率，增加后续运行维护、检修成本。
【发明内容】
[0004]本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种结构紧凑、安装检修方便、效率高、进水管路布局简单的整装冲击立式高效水轮发电机组。
[0005]本实用新型是这样实现的:整装冲击立式高效水轮发电机组包括冲击式水轮机、发电机、进水管阀和尾水机坑，发电机和冲击式水轮机在垂直方向上布置，冲击式水轮机位于发电机之下和尾水机坑之上，进水管阀由喷嘴机构与冲击式水轮机连通，喷嘴机构位于冲击式水轮机转轮一侧，并且喷嘴机构的流体喷射方向朝向冲击式水轮机转轮水斗，发电机的主轴延伸入冲击式水轮机机体中并作为冲击式水轮机转轮主轴与转轮装配结合联动。采用以上设计，一方面，由于垂直方向布置发电机组取消了弹性联轴器，直接由发电机主轴延伸入冲击式水轮机机体中并作为冲击式水轮机转轮主轴与转轮装配结合联动，使得发电机与冲击式水轮机由传统上的分离连接变为紧凑连接，从而减少传动部件，提高传动效率，同时，由于结构简单，使得水轮发电机组的后续运行维护以及检修成本大幅度减少。当然，发电机、冲击式水轮机和尾水机坑的连接可以是可拆卸的，方便维护与维修。另一方面，冲击式水轮机、发电机和尾水机坑均处于垂直方向上，且只有尾水机坑布置在地面下，冲击式水轮机和发电机均在尾水机坑上方，不会占用地面，这样，使得发电机组的占地面积至少缩小二分之一以上。此外，冲击式水轮机、发电机和尾水机坑垂直方向紧凑连接，减少了中间传动环节，有效的减少了易损件的使用，使得发电机组可在工厂内整体装配、调试完成后，直接运至电站厂房定位安装便可投入使用，省工省力省钱。另外，由于易损件使用量较少，使得后续设备维护要求降低、费用减少。喷嘴机构位于冲击式水轮机转轮的一侧，并且流体喷射方向朝向冲击式水轮机带分瓣的转轮水斗，这样，在使用的时候，流体冲击转轮水斗后，向两边折射而出，并在重力的作用下，流体能够迅速流入尾水机坑，不会残留在冲击式水轮机上。为了保证能够达到最好的发电效果，喷嘴机构的方向可以根据冲击式水轮机转轮或其他因素进行调整，当然，喷嘴机构喷射流体的射程和喷射量也是可以根据实际情况需要进行调整。发电机的主轴延伸入冲击式水轮机机体中并作为冲击式水轮机转轮主轴与转轮装配结合联动，即冲击式水轮机与发电机共用一个主轴，不存在中间联轴器传动环节。这样，使得发电机组结构紧凑简单，布置合理，能够有效减少发电机组的占地面积，极大的降低了厂房投资成本。
[0006]本实用新型的进水管阀包括喷水弯管和进水管路，喷水弯管的出水口通过喷嘴机构与冲击式水轮机连通，喷水弯管的进水口与进水管路连通，喷水弯管出水口的出水方向与进水口的进水方向之间夹角小于45°。最佳的，本实用新型的喷水弯管出水口的出水方向与进水口的进水方向之间夹角为22.5°。目前市场上的水轮发电机组多采用90°或45°的喷水弯管，但对于高速水流来说，喷水弯管的角度会直接影响水压大小以及射程远近(水高速流动时，水的动能克服管壁的阻力做功，消耗水的动能，从而对水压造成损失)，喷水弯管角度越大，对水压的损失会越大。本实用新型中，不使用传统的90°或45°的喷水弯管，而采用出水口的出水方向与进水口的进水方向之间夹角小于45°，采用这种设计，避免了在喷水弯管和进水管路中使用大角度的弯头设计，能够有效的减少高速水流至少75%的弯头损失，提高了水能利用效率。此外，传统的进水管阀在进入厂房后的进水管路中需经至少90°或45°进水弯管，再经至少90°或45°喷水弯管后到达喷嘴机构，中间需要通过伸缩节连接或法兰连接将两个管道形成一个整体，其密封性和抗冲击能力容易受环境的影响。而本实用新型由于只需要一个喷水弯管，且弯管夹角小于45°，该喷水弯管可以一体成型，避免了通过伸缩节连接或法兰连接的喷水弯道在高水压高流速的冲击下，连接处发生变形或渗漏的情况，有效的保证了喷水弯道的密封性和寿命。
[0007]本实用新型的喷水弯管的进水口的进水方向为水平进水，喷水弯管的出水口的出水方向与喷嘴机构朝向冲击式水轮机转轮的喷射方向一致。采用最简单的喷水弯管进出水，既能够引导水流，调节流量，还最有效的保证水能的利用效率，最关键的是不会对高速水流造成损失；喷水弯管的出水口的出水方向与喷嘴机构朝向冲击式水轮机转轮的喷射方向一致，这样，在使用的时候，可以通过调整喷水弯管的方向实现控制喷嘴机构的方向。此夕卜，本实用新型的转轮上，每个斗叶的外缘均有一个缺口，缺口的作用是使在其后的斗叶不进入先前喷射的区域，并且不防碍先前的水流。优选的，水轮机组可以是装配组合式转轮、整铸转轮或铸焊转轮。
[0008]本实用新型的喷水弯管和进水管路均位于安装冲击式水轮机的地基水平面之上。这样，喷水弯管和进水管路布局简单、限制小，使得整机在厂房内的装机位置点有多种选择，而且当需要移动时，无需对进水管路坑道进行开挖与镶砌，减少土建投资；此外，管路不在机坑内，方便装拆、检修、维护。
[0009]本实用新型的进水管路为直管，进水管路的轴线与喷水弯管进水口截面轴心重合。一方面，轴心重合使得管壁的阻力最小，高速水流在管内流动时，动能损失最小，最有效的保证水能的利用效率；另一方面，进水管路与喷水弯管的轴心重合，便于连接，不易变形，而且密封性和抗冲击能力最好。进水管路与喷水弯管的连接可以采用法兰连接或伸缩节连接。
[0010]本实用新型的喷嘴机构的流体喷射方向朝向水平设置的冲击式水轮机带分瓣的转轮水斗，流体经过转轮水斗后向两边折射而出。这样，在使用的时候，喷嘴机构喷射的流体冲击带分瓣的转轮水斗后，流体经过转轮水斗后向两边折射而出，并在重力的作用下，流体能够从转轮迅速流入尾水机坑，不会残留在冲击式水轮机上对其造成损坏，也不会给冲击式水轮机的转动带来负担，相反的，在冲击式水轮机的转动下，能够会加速流体的出液。喷嘴机构的断面尺寸自进口至出口逐渐减小呈收缩状，能够将水流的压力势能转换为喷射动能。当然，喷嘴机构还可以配备外调节机构(折向器或分流器)，用来控制已离开喷嘴机构后流体的喷射速度和方向。本实用新型发电机的主轴上设有用于承受沿主轴向下轴向力的支承结构。支承结构可以设置一个或者多个。优选的，支承结构可以是导轴承，在使用的时候，导轴承可以承受发电机和冲击式水轮机主轴的径向力，使主轴稳定保持在中心位置。本实用新型的水轮发电机组主轴上承受的沿主轴向下轴向力包括主轴的重力，和/或冲击式转轮的重力，和/或发电机相关零件(如转子等)的重力，和/或水流冲击冲击式转轮产生的向下轴向冲击力。
[0011]本实用新型的支承结构包括设置在发电机壳体内的上支承结构，上支承结构与发电机的上支架联接。所述的支承结构还包括设置在发电机壳体内的下支承结构，下支承结构与发电机的下端盖联接。采用以上设计，可以限制发电机的位置，使得发电机稳