一種帶有空間葉片的兩葉輪雙向軸伸貫流式水輪機的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種帶有空間葉片的兩葉輪雙向軸伸貫流式水輪機，包括過水流道，前置葉輪和后置葉輪沿管道徑向平行安裝在過水流道中，前置葉輪和后置葉輪之間有間隙；前置葉輪與前置葉輪轉軸的一端連接，前置葉輪轉軸的另一端與前置葉輪推力軸承連接，前置葉輪推力軸承與前置葉輪發電機連接；后置葉輪與后置葉輪轉軸的一端連接，后置葉輪轉軸的另一端與后置葉輪推力軸承連接，后置葉輪推力軸承與后置葉輪發電機連接。本發明將發電機和推力軸承布置在流道外，無需考慮發電機的密封和防潮，機組流道平順，流動損失小，廠房開挖量少，運行維修方便；采用相互獨立的兩葉輪使機組可在正反工況下運行，保證了機組在正反向工況下都有較高的運行效率。
【專利說明】
一種帶有空間葉片的兩葉輪雙向軸伸貫流式水輪機
技術領域
[0001]本發明屬于潮汐發電技術領域，具體涉及一種帶有空間葉片的兩葉輪雙向軸伸貫流式水輪機。
【背景技術】
[0002]潮汐能作為一種可再生的清潔能源在燃煤污染嚴重的今天越來越受到重視。經過實踐表明現在潮汝電站較為適用的發電方式為單一水庫雙向發電。所謂的單一庫雙向發電就是指水電站只擁有一個水庫，卻可以在漲潮和落潮時同時發電。因此對于單庫雙向電站而言，就要求其水輪發電機組具備雙向發電的能力。針對貫流式水輪機雙向發電的要求，國內外專家學者開發了適合于雙向工況運行的S型葉片以及在尾水管中設置后置導葉的方法。以上成果雖然能實現機組的雙向發電的要求，但是對葉片的設計制造水平要求較高，前后導葉的設計也大大增加了機組正反向運行時運行人員的操作難度，在人員和投資有限的中小型潮汐電站中應用價值不高。
[0003]因此開發適合于中小型潮汐電站的雙向發電機組就顯得尤為重要，這種機組不僅要滿足潮汐電站雙向發電的要求，而且機組結構應該盡量簡單以減少設備的投資，機組運行方式也不能過于復雜。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種帶有空間葉片的兩葉輪雙向軸伸貫流式水輪機，解決了現有水輪發電機組結構復雜以及操作難度大的問題。
[0005]本發明所采用的技術方案是，一種帶有空間葉片的兩葉輪雙向軸伸貫流式水輪機，包括過水流道，前置葉輪和后置葉輪沿管道徑向平行安裝在過水流道中，前置葉輪和后置葉輪之間有間隙；前置葉輪與前置葉輪轉軸的一端連接，前置葉輪轉軸的另一端與前置葉輪推力軸承連接，前置葉輪推力軸承與前置葉輪發電機連接;后置葉輪與后置葉輪轉軸的一端連接，后置葉輪轉軸的另一端與后置葉輪推力軸承連接，后置葉輪推力軸承與后置葉輪發電機連接。
[0006]本發明的特征還在于，
[0007]過水流道為η型管道，過水流道內均為金屬鋼板里襯。
[0008]間隙大小為葉輪直徑的1%?3%。
[0009]前置葉輪與后置葉輪上的葉片數相同，葉片數為8?20片。
[0010]前置葉輪和后置葉輪的輪轂比為0.2?0.5。
[0011]前置葉輪與后置葉輪的葉片翼型一致。
[0012]前置葉輪與后置葉輪的葉片布置方向相反。
[0013]前置葉輪與后置葉輪的中心軸位于同一水平線上。
[0014]前置葉輪推力軸承、前置葉輪發電機與后置葉輪推力軸承、后置葉輪發電機分別設置在過水流道兩側的基臺上。
[0015]前置葉輪發電機和后置葉輪發電機上設有電磁抱閘制動裝置。
[0016]本發明的有益效果是，將發電機和推力軸承布置在流道外，無需考慮發電機的密封和防潮，機組流道平順，流動損失小，廠房開挖量少，運行維修方便;采用相互獨立的兩葉輪使機組可在正反工況下運行，正向工況下前置葉輪不轉動作為導葉引導水流進入旋轉的后置葉輪，反向工況下后置葉輪不轉動作為導葉引導水流進入旋轉的前置葉輪，保證了機組在正反向工況下都有較高的運行效率。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明一種帶有空間葉片的兩葉輪雙向軸伸貫流式水輪機的結構示意圖；
[0018]圖2為本發明一種帶有空間葉片的兩葉輪雙向軸伸貫流式水輪機中葉輪的結構示意圖；
[0019]圖3為本發明一種帶有空間葉片的兩葉輪雙向軸伸貫流式水輪機在兩種工況下葉輪葉片的翼型圖；
[0020]圖4為本發明一種帶有空間葉片的兩葉輪雙向軸伸貫流式水輪機中電磁抱閘制動裝置結構圖。
[0021 ]圖中，1.過水流道，2.前置葉輪，3.后置葉輪，4.前置葉輪轉軸，5.前置葉輪推力軸承，6.前置葉輪發電機，7.后置葉輪轉軸，8.后置葉輪推力軸承，9.后置葉輪發電機，10.基臺ο
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明進行詳細說明。
[0023]本發明一種帶有空間葉片的兩葉輪雙向軸伸貫流式水輪機的結構如圖1所示，包括過水流道1，前置葉輪2和后置葉輪3沿管道徑向平行安裝在過水流道I中，前置葉輪2和后置葉輪3之間有間隙；前置葉輪2與前置葉輪轉軸4的一端連接，前置葉輪轉軸4的另一端與前置葉輪推力軸承5連接，前置葉輪推力軸承5與前置葉輪發電機6連接;后置葉輪3與后置葉輪轉軸7的一端連接，后置葉輪轉軸7的另一端與后置葉輪推力軸承8連接，后置葉輪推力軸承8與后置葉輪發電機9連接;其中，過水流道I為η型管道，過水流道I內均為金屬鋼板里襯，以減少水能損失。間隙大小為葉輪直徑的1%?3%。前置葉輪2與后置葉輪3上的葉片數相同，葉片數為8?20片。前置葉輪2和后置葉輪3的輪轂比為0.2?0.5。前置葉輪2與后置葉輪3的葉片翼型一致。前置葉輪2與后置葉輪3的葉片布置方向相反。前置葉輪2與后置葉輪3的中心軸位于同一水平線上，如圖2所示;前置葉輪推力軸承5、前置葉輪發電機6與后置葉輪推力軸承8、后置葉輪發電機9分別設置在過水流道兩側的基臺10上。前置葉輪發電機6和后置葉輪發電機9上設有電磁抱閘制動裝置，在相應的工況下能使各自葉輪靜止不動。
[0024]本發明水輪機的原理及其工作過程為:前置葉輪發電機、前置葉輪推力軸承、前置葉輪轉軸、后置葉輪轉軸、后置葉輪推力軸承、后置葉輪發電機按照傳統的軸伸貫流式水輪機安裝布置，前置葉輪和后置葉輪中的葉片為空間葉片，前置葉輪和后置葉輪的中心軸位于同一直線上，可繞同一個軸轉動。前置葉輪和后置葉輪之間存在一定間隙，前置葉輪和后置葉輪的轉動和靜止互不干涉。如圖3所示，前置葉輪發電機上的電磁抱閘制動裝置在正向工況下起制動作用，維持前置葉輪保持靜止狀態。前置葉輪發電機在反向工況下起發電作用，其發電機轉軸由前置葉輪帶動旋轉。后置葉輪發電機上的電磁抱閘制動裝置在反向工況下起制動作用，維持后置葉輪保持靜止。后置葉輪發電機在正向工況下起發電作用，其發電機轉軸由后置葉輪帶動旋轉。
[0025]其中，前置葉輪和后置葉輪的葉片為空間葉片的形式，其葉片翼型簡單，制造和加工難度較低。前置葉輪和后置葉輪的葉片數一致，葉片數為8?20片。前置葉輪和后置葉輪在不同的工況下既可以充當旋轉部件也可以充當靜止部件。前置葉輪發電機和后置葉輪發電機上裝配的電磁抱閘制動裝置為目前較為成熟的電機制動設備，其結構如圖4所示。當發電機運行時，電磁抱閘線圈得電，銜鐵吸合，克服彈簧的拉力使制動器的閘瓦與閘輪分開，轉軸得以正常運轉。當發電機停轉時，電磁抱閘線圈失電，銜鐵在彈簧拉力作用下與鐵芯分開，并使制動器的閘瓦緊緊抱住閘輪，則發電機轉軸無法轉動。
[0026I在正向工況下，前置葉輪為靜止部件，后置葉輪為轉動部件，前置葉輪通過前置葉輪發電機上的電磁抱閘制動裝置維持其靜止不動。正向工況下前置葉輪起著導葉的作用，使軸向流入的水流帶有一定的環量流出前置葉輪。帶有一定環量的水流沖擊后置葉輪，帶動后置葉輪轉動。由于有前置葉輪對水流的引導作用，水流和后置葉輪的能量交換較為充分，機組正向工況效率較高。
[0027]在反向工況下，后置葉輪為靜止部件，前置葉輪為轉動部件，后置葉輪通過后置葉輪發電機上的電磁抱閘制動裝置維持其靜止不動。反向工況下后置葉輪起著導葉的作用，使軸向流入的水流帶有一定的環量流出后置葉輪。帶有一定環量的水流沖擊前置葉輪，帶動前置葉輪轉動。由于有后置葉輪對水流的引導作用，水流和前置葉輪的能量交換較為充分，機組反向工況效率較高。前置葉輪和后置葉輪在不同工況下能互相充當彼此的導葉，為彼此引導水流，大大提高了機組在正反向工況下的運行效率。而且本發明所述的一種帶有空間葉片的兩葉輪雙向軸伸式貫流水輪機機組結構簡單，設計和制造難度小，非常適合投資有限的中小型雙向潮汐電站。
【主權項】
1.一種帶有空間葉片的兩葉輪雙向軸伸貫流式水輪機，其特征在于，包括過水流道(I)，前置葉輪(2)和后置葉輪(3)沿管道徑向平行安裝在過水流道(I)中，前置葉輪(2)和后置葉輪(3)之間有間隙；前置葉輪(2)與前置葉輪轉軸(4)的一端連接，前置葉輪轉軸(4)的另一端與前置葉輪推力軸承(5)連接，前置葉輪推力軸承(5)與前置葉輪發電機(6)連接;后置葉輪(3)與后置葉輪轉軸(7)的一端連接，后置葉輪轉軸(7)的另一端與后置葉輪推力軸承(8)連接，后置葉輪推力軸承(8)與后置葉輪發電機(9)連接。2.根據權利要求1所述的一種帶有空間葉片的兩葉輪雙向軸伸貫流式水輪機，其特征在于，所述過水流道(I)為η型管道，過水流道(I)內設有金屬鋼板里襯。3.根據權利要求1所述的一種帶有空間葉片的兩葉輪雙向軸伸貫流式水輪機，其特征在于，所述間隙大小為葉輪直徑的I %?3%。4.根據權利要求1所述的一種帶有空間葉片的兩葉輪雙向軸伸貫流式水輪機，其特征在于，所述前置葉輪(2)與后置葉輪(3)上的葉片數相同，葉片數為8?20片。5.根據權利要求4所述的一種帶有空間葉片的兩葉輪雙向軸伸貫流式水輪機，其特征在于，所述前置葉輪(2)和后置葉輪(3)的輪轂比為0.2?0.5。6.根據權利要求5所述的一種帶有空間葉片的兩葉輪雙向軸伸貫流式水輪機，其特征在于，所述前置葉輪(2)與后置葉輪(3)的葉片翼型一致。7.根據權利要求6所述的一種帶有空間葉片的兩葉輪雙向軸伸貫流式水輪機，其特征在于，所述前置葉輪(2)與后置葉輪(3)的葉片布置方向相反。8.根據權利要求7所述的一種帶有空間葉片的兩葉輪雙向軸伸貫流式水輪機，其特征在于，所述前置葉輪(2)與后置葉輪(3)的中心軸位于同一水平線上。9.根據權利要求1所述的一種帶有空間葉片的兩葉輪雙向軸伸貫流式水輪機，其特征在于，所述前置葉輪推力軸承(5)、前置葉輪發電機(6)與后置葉輪推力軸承(8)、后置葉輪發電機(9)分別設置在過水流道(I)兩側的基臺(10)上。10.根據權利要求9所述的一種帶有空間葉片的兩葉輪雙向軸伸貫流式水輪機，其特征在于，所述前置葉輪發電機(6)和后置葉輪發電機(9)上設有電磁抱閘制動裝置。
【文檔編號】F03B13/26GK105909460SQ201610251070
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月21日
【發明人】馮建軍, 羅興锜, 朱國俊, 翁凱, 吳廣寬
【申請人】西安理工大學