一种水轮机流量调节机构

本发明属于水利工程水轮机领域，具体涉及一种水轮机流量调节机构。

背景技术：

1、近年来，能源产业不断向绿色低碳转型。除了实施节能措施，大力发展新能源和水电能源也是关键所在。考虑到新能源分布范围广、总量大、绿色环保等优势，长久以来国家大力支持风能、光能、潮汐能、地热能等新能源的发展与建设，大大减小了对煤炭资源的依赖。与水力发电不同，其他新能源都是间断式供应、波动性大、不可调节性，大规模并网将对电网造成冲击；而水力发电可以作为一种调峰手段，在用电高峰时，可以加大发电量，在用电低峰时，可以减小发电量，可以有效减小电网的波动，为其他新型能源的安全并网提供了条件。这种调节方式得益于水轮机的流量控制机构，当负荷较小时，水轮机流量调节机构就会减小流量的进入，使发电减小。反之，则增大流量，发电量增加。

2、现有的流量调节机构，利用活动导叶来调节流量，这种方式不能在流量改变的同时保持最佳入流角。另外，原有的流量调节机构复杂，故障率高，影响机组的安全稳定运行。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种水轮机流量调节机构，通过齿轮启闭装置，使环状节流板上下移动，进而调节水轮机的流量大小。

2、实现本发明目的的技术解决方案为：

3、一种水轮机流量调节机构，包括一级固定导叶，设置在一级固定导叶内侧的二级固定导叶，环状节流板，与环状节流板同心且设置在环状节流板外的环状支撑壁，齿轮启闭装置，止水设施，导叶上下支撑环和横截面呈“s”型的止水环状支撑壁；

4、所述一级固定导叶通过座环和涡轮连接，导叶上下支撑环设置在一级固定导叶上，二级固定导叶设置在导叶上下支撑环上；

5、止水环状支撑壁上部固定在环状支撑壁顶部、并延伸至环状节流板内侧，止水环状支撑壁中部沿着环状节流板高度方向延伸至转轮上方，止水环状支撑壁底部沿着水平方向延伸至靠近转轮主轴，在靠近转轮主轴的位置设置机械密封，在止水环状支撑壁外侧与环状节流板内侧设有环状侧止水，在转轮与止水环状支撑壁之间设置迷宫密封，环状支撑壁底部设置环状底止水；

6、所述环状支撑壁和齿轮启闭装置的电机、主动齿轮设置在导叶上下支撑环上，所述齿轮启闭装置的从动齿轮设置在环状支撑壁上，且从动齿轮和主动齿轮、环状节流板的环状齿啮合。

7、进一步的，所述二级固定导叶与一级固定导叶齐平，一级固定导叶的导叶数量为12个，二级固定导叶的导叶数量为24个，一级固定导叶的材质为金属；一级固定导叶与二级固定导叶由导叶上下支撑环固定，三者构成一个金属材质的座环，用于支撑上部的支承环状节流板、环状支撑壁、齿轮启闭装置以及止水设施。

8、进一步的，环状节流板材质为钢片，厚度为2±0.5mm，高度为二级固定导叶高度的2.5～3倍，环状节流板高于二级固定导叶的外表面布有环状齿；环状节流板通过环状齿与环状支撑壁上的从动齿轮连接；

9、齿轮启闭装置的电机带动从动齿轮转动，使得环状节流板向下或向上移动，减少或者增加水轮机流量。

10、进一步的，齿轮启闭装置为两组，两组齿轮启闭装置呈180°分布在环状节流板两侧。

11、进一步的，环状节流板的底面焊接矩形截面的环状金属骨架，且通过环状金属骨架与橡胶材质的环状底止水连接；所述环状底止水在顺水流方向为流线型。

12、进一步的，所述环状支撑壁的截面形状为“l”形，“l”形环状支撑壁的内侧较低的部位通过环状支撑壁锚固螺栓与导叶上下支撑环连接。

13、进一步的，环状侧止水的材质是橡胶，截面形状为多级p形止水。

14、进一步的，所述机械密封包括弹簧座，紧定螺钉，弹簧，动环垫片，动环密封圈，动环，静环和静环橡胶密封圈；

15、静环支撑于止水环状支撑壁上，动环与转轮主轴共同旋转，静环上有静环橡胶密封圈，动环与转轮的旋转轴之间设置动环密封圈，机械密封通过弹簧推动动环。

16、进一步的，迷宫密封为复合直通型，在直通型迷宫光滑面上开附属槽，使迷宫中的流动状态发生明显变化，从而使泄漏量介于直通型和参差型之间。

17、本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

18、(1)本发明可以使水轮机在控制流量大小的同时，使得入流为最佳入流角，可以调节蜗壳出口的不均匀流，在转轮的进口提供了较好的入流条件，获得更好的水流流态；保证了转轮出口水流近似轴向流出，保证近似工况下的速度三角形，减小尾水管内部涡带的初生和发展，减轻压力脉动，提高尾水管能量回收。

19、(2)本发明相较于现有技术，其安装简单，调节方便；避免了因调试不当，而产生的问题。

技术特征：

1.一种水轮机流量调节机构，其特征在于，包括一级固定导叶(1)，设置在一级固定导叶内侧的二级固定导叶(2)，环状节流板(3)，与环状节流板(3)同心且设置在环状节流板(3)外的环状支撑壁(4)，齿轮启闭装置(5)，止水设施，导叶上下支撑环(17)和横截面呈“s”型的止水环状支撑壁(18)；

2.根据权利要求1所述的水轮机流量调节机构，其特征在于，所述二级固定导叶(2)与一级固定导叶(1)齐平，一级固定导叶(1)的导叶数量为12个，二级固定导叶(2)的导叶数量为24个，一级固定导叶(1)的材质为金属；一级固定导叶(1)与二级固定导叶(2)由导叶上下支撑环(17)固定，三者构成一个金属材质的座环(34)，用于支撑上部的支承环状节流板(3)、环状支撑壁(4)、齿轮启闭装置(5)以及止水设施。

3.根据权利要求2所述的水轮机流量调节机构，其特征在于，环状节流板(3)材质为钢片，厚度为2±0.5mm，高度为二级固定导叶(2)高度的2.5～3倍，环状节流板(3)高于二级固定导叶(2)的外表面布有环状齿(7)；环状节流板(3)通过环状齿(7)与环状支撑壁(4)上的从动齿轮(12)连接；

4.根据权利要求3所述的水轮机流量调节机构，其特征在于，齿轮启闭装置(5)为两组，两组齿轮启闭装置(5)呈180°分布在环状节流板(3)两侧。

5.根据权利要求4所述的水轮机流量调节机构，其特征在于，环状节流板(3)的底面焊接矩形截面的环状金属骨架(8)，且通过环状金属骨架(8)与橡胶材质的环状底止水(22)连接；所述环状底止水(22)在顺水流方向为流线型。

6.根据权利要求5所述的水轮机流量调节机构，其特征在于，所述环状支撑壁(4)的截面形状为“l”形，“l”形环状支撑壁(4)的内侧较低的部位通过环状支撑壁锚固螺栓(10)与导叶上下支撑环(17)连接。

7.根据权利要求6所述的水轮机流量调节机构，其特征在于，环状侧止水(21)的材质是橡胶，截面形状为多级p形止水。

8.根据权利要求7所述的水轮机流量调节机构，其特征在于，所述机械密封(24)包括弹簧座(6)，紧定螺钉(27)，弹簧(28)，动环垫片(29)，动环密封圈(30)，动环(31)，静环(32)和静环橡胶密封圈(33)；

9.根据权利要求8所述的水轮机流量调节机构，其特征在于，迷宫密封(23)为复合直通型，在直通型迷宫光滑面上开附属槽，使迷宫中的流动状态发生明显变化，从而使泄漏量介于直通型和参差型之间。

技术总结
本发明属于水利工程水轮机领域，具体涉及一种水轮机流量调节机构。包括一级固定导叶、二级固定导叶、环状节流板、环状支撑壁、齿轮启闭装置及止水设施；一级固定导叶、二级固定导叶以固定角度引导水流进入转轮；环状节流板通过齿轮启闭装置安置在环状支撑壁的齿轮旋转，可以上下移动进而控制流量大小，而止水设施的作用是防止水流渗入水轮机的其他部位，影响水轮机的正常运行。本发明水轮机流量调节机构优化了现有导叶的调节机构，有助于对水轮机流量进行快速调节并且水轮机流量调节过程中水流始终保持固定最佳入流角进入转轮，有效提高水轮机的发电效益。

技术研发人员：周星,张喻豪迈,黄泉水,黄暄
受保护的技术使用者：扬州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10