用于水力涡轮的转轮单元的制作方法

本发明大体涉及水力涡轮，且更具体而言，涉及水力涡轮的转轮单元。本发明也可应用于潮汐涡轮。

背景技术：

如熟知的那样，水力发电站布置成将河和/或湖以及海潮的势能和动能转化成电。涡轮壳体可包括卡普兰(kaplan)或球头转轮单元，其包括配合在其上的多个叶片，叶片被水流移动。卡普兰或球头转轮与旋转轴成整体，旋转轴与发电机协作。

双调节涡轮传统地在流量方面具有平坦的性能山丘图，尽管如此，可观察到在满负载下的显著效率下降，由于引流管的性能不良。

技术实现要素：

本发明的目标在于通过提供基本根据独立权利要求1限定的用于水力涡轮的转轮单元而解决前述技术问题。

本发明的另一个目标在于提供基本在从属权利要求8中限定的水力涡轮。

观察到，增加在叶片和转轮毂之间在叶片下游处的间隙被揭示为解决上面提到的技术问题的高效的解决方案。间隙增大可通过使最大叶片角度和因此叶片缩减量(cutback)增大到看起来达到目标满负载运行点所需要的量来执行。通过这样做，内边缘叶片和毂之间的间隙在叶片轴线的下游和上游增大。这称为“过度倾斜”。下游和上游的间隙可根据所述涡轮的可实现的性能而不同地管理。

通过这样做，在使用较发散的转轮末梢时，主要在满负载下，观察到水力效率的显著改进。但是，在最佳负载下，其可能显得需要减小这种间隙，以便至少将运行保持在高效率下。

如根据示例性和非限制性实施例的详细描述将显而易见的那样，根据本发明的转轮单元允许调节在转轮端部末梢部分和叶片的内边缘下游且在转轮端部末梢部分和叶片的内边缘之间的间隙。这个间隙取决于转轮叶片的角度位置而改变。

在高负载下，双调节涡轮的转轮端部末梢部分处于升高位置，即缩回位置，以便允许有发散的转轮末梢且因此允许在引流管圆锥部的中心部分处，在转轮下方且在引流管本身处有更好的流馈送。

在这个位置的转轮端部末梢部分还显示与通过过度倾斜传统转轮毂的叶片来获得的水力性能类似的水力性能。

对于需要较低的叶片角度值的较低的负载，转轮端部末梢部分相对于转轮本体向下游移动(根据轴向流方向)，以达到抽出位置。这种运行构造允许具有与借助于叶片的过度倾斜与传统转轮毂获得的构造类似的构造。

有利地，过度倾斜的一组叶片允许达到较高的输出，由于有较高的叶片角度值。

因此，还允许将可在一些转轮设计上观察到的功率饱和度转变到较高流量。

根据本发明的一方面，提供用于水力涡轮的转轮单元，其包括转轮本体、至少一个可旋转地安装在转轮本体上的叶片和端部末梢部分，其中端部末梢部分可相对于转轮本体在伸展运行位置和缩回运行位置之间移动。

根据本发明的优选方面，转轮单元包括设置在可旋转叶片和端部末梢部分之间的机构，该机构构造成基于叶片的旋转角度而调节端部末梢部分的位置。

根据本发明的优选方面，该机构包括活塞，其适于沿着转轮单元的轴进行往复运动，且具有联接到叶片以使其旋转的上游部分和与转轮端部末梢成整体的下游部分。

根据本发明的优选方面，端部末梢部分包括环形密封部件，其联接到活塞的下游部分。

根据本发明的优选方面，环形密封部件在端部末梢部分处于缩回运行位置时位于转轮本体的内部，且在端部末梢部分处于伸展运行位置时突伸出转轮本体。

根据本发明的优选方面，叶片借助于耳轴部分可旋转地配合在转轮本体上，耳轴部分具有联接到活塞的环形杆。

根据本发明的优选方面，环形杆包括销，其相对于环形杆的旋转轴线偏心，销容纳在连接到活塞的连杆中。

附图说明

在参照附图阅读仅为了例示的目的而给出的本发明的优选实施例的以下非限制性描述时，本发明的目标、优点和其它特征将变得更加显而易见，在附图中，类似参考标号可用来表示类似元件，且其中：

图1显示根据现有技术的转轮单元的正视截面图；

图2显示根据本发明的转轮单元的正视截面图，其中根据在本文档中在之前描述的两个不同的位置而设计转轮末梢；

图3显示根据本发明的转轮单元的正视截面图，这时端部末梢部分处于缩回运行位置；

图4显示根据本发明的转轮单元的正视截面图，这时端部末梢部分处于抽出运行位置。

现在将参照附图来描述示例性优选实施例。

具体实施方式

参照图1，显示根据现有技术的大体以参考标号100表示的转轮单元。转轮单元100包括转轮本体2，多个叶片3可旋转地配合在其上。在本文描述的示例中，转子本体2包括四个叶片，但是将理解，转子本体2可仅包括一个叶片。转轮本体2以末梢部分21结束。

转轮本体2在内部为空心的且包括大体以标号40表示的内部机构，内部机构对叶片3起作用，从而使其围绕轴线r旋转，轴线r基本布置成垂直于叶片3配合在其上的转轮本体2的外表面。但是，将理解，轴线r可相对于叶片配合在其上的转轮本体2的外表面具有任何倾斜，这取决于选择的特定设计。叶片3的桨距通过机构40来调节，这取决于运行状况，以便最大化能量转化过程的效率。

对于转轮单元100，限定存在于叶片3的内边缘31和端部末梢部分21之间的间隙，且间隙取决于转轮单元100的选定几何结构。

现在参照下一个图2，显示根据本发明的转轮单元1的正视截面图。转轮单元1包括转轮本体2，多个叶片3可旋转地配合在转轮本体2上且可围绕轴线r旋转。

如对于前面的情况，在本非限制性示例中的转轮本体2包括四个叶片，但是将理解，其可包括一个或多个叶片。

转轮本体2以端部末梢部分21终止。

沿着转轮单元1的水流使通常通过栓接而与轴11成整体的转轮本体2围绕中心轴线z旋转，以便发电。

根据本发明，端部末梢部分21可相对于转子本体2和轴11在伸展或下侧运行位置和缩回或内侧运行位置之间移动。特别地，图2在同一截面上显示两个不同的位置：在右侧，端部末梢部分21被抽出且向下突伸，而在左侧，显示转轮单元1，其使端部末梢部分21处于完全缩回位置。

对于根据本发明的转轮单元1，可有利地调节在叶片3的内边缘31和端部末梢部分21之间的现有间隙，这取决于运行流状况，以最大化效率。

根据优选和非限制性实施例，转轮单元1包括内部机构4，其设置在可旋转叶片3和端部末梢部分21之间。更具体而言，机构4构造成对叶片起作用且使其围绕轴线r旋转。优选地，机构4也可与端部末梢部分21相关联，如下面将描述的那样，且构造成基于叶片3的旋转角度调节端部末梢部分21的位置。

转到下一个图3，显示转轮单元1处于缩回运行位置。

为了清楚的原因，现在显示叶片3的正视图。

机构4包括活塞41(在图2中可见)，其适于沿着转轮单元1的轴11进行往复运动。活塞41的运动可借助于油型驱动器(未显示)实现。活塞41包括联接到叶片3以使其旋转的上游部分411，以及与端部末梢部分21成整体的下游部分412。

叶片3借助于包括杆32的耳轴部分可旋转地配合在转轮本体2上。杆32包括销321，其布置成相对于叶片旋转轴线r(在这个优选实施例中，其基本垂直于图的截面平面且因而不可见)偏心，销321又借助于连杆部件322连接到活塞41。活塞41的沿着轴11的运动使杆32围绕叶片轴线r旋转且因而这种旋转传递给叶片3。

端部末梢部分21包括环形密封部件211，其联接到活塞41的下游部分412。在端部末梢部分21处于缩回运行位置时，如图3中显示，环形密封部件211位于转轮本体2的内部。实际上，在这个构造中，叶片3的桨距使得活塞41处于上侧位置。

现在参照最后的图4，显示转轮单元1，其中端部末梢部分21处于抽出运行位置。抽出的端部末梢部分21与叶片在顺时针方向上的旋转相关联。随着活塞41向下移动，叶片3在顺时针方向上旋转且环形密封部件211突伸出转轮本体2。照这个方式，端部末梢部分21可相对于转轮本体2移动，以便调节端部末梢部分21和叶片3的内边缘之间的间隙。

在本文描述的示例性实施例中，参照与叶片3相关联的机构4，但是要理解，机构4还以类似的方式与所有配合到转子本体2上的所有叶片相关联。因此，活塞41的运动将导致所有叶片同步旋转。

还要理解，端部末梢部分21的运动可利用分开的伺服马达实现，伺服马达不直接连结到与叶片的旋转相关联的机构。

虽然结合仅有限数量的实施例来详细描述本发明，但是应当容易理解，本发明不限于这种公开的实施例。相反，本发明可修改，以结合此前未描述的但是与本发明的精神和范围相一致的任何数量的变型、改变、替代或等效布置。另外，虽然描述了本发明的多个实施例，但是要理解，本发明的各方面可包括仅一些所描述的实施例。因此，本发明不应当看作由前述描述限制，而是仅由所附权利要求的范围限制。