一种低故障率水轮机及使用方法与流程

1.本发明属于轴流式水轮机领域，尤其涉及一种低故障率水轮机及使用方法。


背景技术：

2.轴流式水轮机(简称水轮机)的结构，包括内有螺旋状流道的蜗壳，蜗壳的一侧设有水平进水的入水管，蜗壳的底部设有底环，底环的下方设有尾水管，蜗壳的顶部设有顶盖，顶盖与底环之间设有转轮，转轮上设有与发电机连接的主轴，主轴向上穿过顶盖。还包括径向式的导水机构，所述导水机构包括在转轮外侧周向分布的多个导叶，导叶的上端贴近顶盖，导叶的下端贴近底环，导叶上设有转轴，转轴的下端与底环转动连接，转动的上端穿过顶盖顶盖上设有与转轴连接的驱动机构。水轮机工作时，水流从入水管进入蜗壳内，在导叶作用下，冲击转轮，使转轮旋转而带动主轴旋转，使发电机发电，水流从转轮的侧壁进入，从转轮的底部排出，进入到尾水管中，向下游排泄。
3.现有驱动机构的结构，包括与顶盖转动连接的控制环，控制环上设有两个接力器，接力器的伸缩轴与控制环的外缘铰接，接力器可以带动控制环旋转。控制环与转轴之间设有第一连杆和第二连杆，第一连杆和第二连杆铰接，第一连杆和转轴的上端固定，第二连杆与控制环铰接。挡环控制环转动的时候，在第一连杆和第二连杆的带动下，转轴旋转，导叶角度改变。通过改变导叶角度，第一是可以使水流更好的成为有压涡流，以更好的形成转轮上的旋转力矩，第二是可以根据负荷的变化改变进入转轮的水流流量。所述接力器具有锁定功能，在调节导叶的过程中，锁定功能解除，伸缩轴可以伸缩，在调节完毕后，锁定功能运行，保持伸缩轴不动，即导叶角度不变化。
4.在长期的时间过程中发现，转轴在靠近顶盖位置特别容易发生腐蚀，形成一圈致密的、麻点状的微孔，这些微孔在转轴上形成了应力聚集区，并可逐渐扩散、相连，向内延伸成片，形成裂缝，使转轴易于弯曲变形、甚至断裂，在绝大部分的情况下是不会断裂的，因为在转轴弯曲变形后，导叶或顶盖以及底环就会发生干涉，角度调整就难以进行、水轮机就已经发生故障，工人在转轴断裂前便会进行维修更换了。当然，为避免转轴发生弯曲或断裂，最简单的做法是加粗转轴，但过粗的转轴占据较大空间，不但降低了水流通径，还增加了水流流动阻力，会导致水轮机的发电效率降低，方法并不可取。此外，接力器故障率也比较大，这也是导致水轮机故障率较高的一个因素。
5.综上所述，现有水轮机存在故障率较高的缺陷。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于，提供一种低故障率水轮机及使用方法。本发明具有故障率低的优点。
7.本发明的技术方案：一种低故障率水轮机，所述水轮机包括导水机构，导水机构包括与水轮机的顶盖转动连接的控制环，控制环上设有驱动机构，导水机构还包括多个周向分布的导叶，导叶位于水轮机的底环和顶盖之间，导叶上设有与控制环连接的转轴，转轴的
下端设有锁定机构，所述锁定机构用于防止转轴旋转。
8.前述的低故障率水轮机中，所述锁定机构包括位于转轴下方的夹紧块，夹紧块上设有与被转轴穿过的通孔，通孔的一侧设有开口，开口的其中一个侧壁上设有过孔，开口的另一个侧壁上设有螺纹孔；
9.还包括驱动杆，所述驱动杆依次穿过所有夹紧块上的过孔和螺纹孔，驱动杆上设有与螺纹孔配合的螺纹部，驱动杆的一端设有与底环连接的减速电机。
10.前述的低故障率水轮机中，所述驱动杆包括位于每个夹紧块上的驱动轴，驱动轴的一端穿过过孔，驱动轴的另一端穿过螺纹孔并设有与螺纹孔配合的螺纹部，相邻驱动轴之间设有转接杆，转接杆的端部通过万向接头连接对应的驱动轴的端部。
11.前述的低故障率水轮机中，所述控制环与转轴之间设有第一连杆和第二连杆，第一连杆和第二连杆铰接，第一连杆和转轴的上端固定，第二连杆与控制环铰接。
12.前述的低故障率水轮机中，所述驱动机构包括第一接力器和第二接力器，第一接力器的伸缩轴和第二接力器的伸缩轴分别铰接在控制环的两侧。
13.前述的低故障率水轮机的使用方法，对导叶进行角度调节时，解除锁定机构对转轴下端的锁定，使转轴的下端可以自由旋转；导叶完成角度调节后，通过锁定机构锁死转轴下端。
14.与现有技术相比，本发明是在现有水轮机的基础上，在转轴的下端设置了锁定机构。经申请人长期研究，转轴在靠近顶盖位置特别容易形成微孔的原因是，在水轮机工作过程中，会有大量的空气进入，在转轴上会有一定的气蚀，气蚀现象会随着应力的增加而越发的严重，现有水轮机中，转轴的上端受到接力器作用而得以固定，转轴的下端却是自由端，导致转轴上形成扭力，如图7所示，该扭力从截面上看，从下到上逐渐线性递增，相应增加，直至转轴高于导叶部分，该部分不受水流作用，应力基本不再变大，但同样的转轴高于导叶部分不经过水流，不会发生气蚀，只有转轴靠近导叶上端的这一圈，即靠近顶盖位置，即承受巨大扭力，又有气蚀，故而容易形成微孔，导致转轴容易变形，增加了水轮机的故障率。本发明通过锁定机构对转轴的下端也进行了锁定，从而使转轴上下端均被锁定，使转轴上的应力分布更加的均匀，能够极大的降低转轴靠近顶盖位置上的应力，从而缓解了气蚀，降低了水轮机的故障率。此外，通过对锁定机构的结构优化，以驱动杆串联多个夹紧块，使用较少，甚至单个减速电机就能完成锁定机构的动作，进一步的降低了水轮机的故障率。此外，现有水轮机中锁定导叶角度时全部的水流反作用力均作用于接力器，导致接力器长期受巨大水流冲击力，从而容易故障，本发明中，由于转轴上下端均被锁定，接力器受力小，故障率明显降低，也使水轮机的故障率降低。综上所述，本发明具有故障率低的优点。
附图说明
15.图1是实施例1在仰视向上的立体图。
16.图2是实施例1在俯视向上的立体图。
17.图3是夹紧块的结构示意图。
18.图4是驱动杆的结构示意图。
19.图5是驱动轴的结构示意图。
20.图6是实施例2的仰视图。
21.图7是现有水轮机转轴上的扭力分布图。
22.附图中的标记为：1-顶盖，2-控制环，3-导叶，4-转轴，5-夹紧块，6-通孔，7-开口，8-过孔，9-螺纹孔，10-驱动杆，11-螺纹部，12-底环，13-减速电机，14-驱动轴，15-转接杆，16-第一连杆，17-第二连杆，18-第一接力器，19-第二接力器，20-万向接头。
具体实施方式
23.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
24.实施例1。一种低故障率水轮机，如图1和图2所示，由zz560-lh-500型水轮机改进得到，所述水轮机包括导水机构，导水机构包括与水轮机的顶盖1转动连接的控制环2，控制环2上设有驱动机构，导水机构还包括多个周向分布的导叶3，导叶3位于水轮机的底环12和顶盖1之间，导叶3上设有与控制环2连接的转轴4，特点是，转轴4的下端设有锁定机构，所述锁定机构用于防止转轴4旋转。
25.如图3所示，所述锁定机构包括位于转轴4下方的夹紧块5，夹紧块5上设有与被转轴4穿过的通孔6，通孔6的一侧设有开口7，开口7的其中一个侧壁上设有过孔8，开口7的另一个侧壁上设有螺纹孔9；夹紧块5与底环12固定，但夹紧块5开设有螺纹孔9的这条臂不与底环12固定，使这条臂在受力后可以弯曲。
26.还包括驱动杆10，所述驱动杆10依次穿过所有夹紧块5上的过孔8和螺纹孔9，驱动杆10上设有与螺纹孔9配合的螺纹部11，驱动杆10的一端设有与底环12连接的减速电机13。
27.所述驱动杆10包括位于每个夹紧块5上的驱动轴14，驱动轴14上光轴的一端穿过过孔8，驱动轴14的另一端穿过螺纹孔9并设有与螺纹孔9配合的螺纹部11，相邻驱动轴14之间设有转接杆15，转接杆15的端部通过万向接头20连接对应的驱动轴14的端部。
28.所述控制环2与转轴4之间设有第一连杆16和第二连杆17，第一连杆16和第二连杆17铰接，第一连杆16和转轴4的上端固定，第二连杆17与控制环2铰接。
29.所述驱动机构包括第一接力器18和第二接力器19，第一接力器18的伸缩轴和第二接力器19的伸缩轴分别铰接在控制环2的两侧。
30.实施例1的工作原理：与现有水轮机工作原理基本相同，其中，导水机构也是通过两个接力器驱动的，第一接力器18和第二接力器19反向拉动，即一个伸出时，另一个收缩，从而时控制环2旋转，带动转轴4以及导叶3旋转。区别在于，当需要对导叶3进行角度调节前，先通过减速电机13带动驱动杆10旋转，驱动轴14旋转时，松开夹紧块5，解除对转轴4下端的锁定，完成导叶3的角度调节后，再通过减速电机13带动驱动杆10反向旋转，使夹紧块5夹紧转轴4，锁死转轴4的下端。
31.实施例2。如图6所示，与实施例1不同的是，减速电机13有三个或更多，将实施例1中的驱动杆10相应的拆分成数段，每段均连接一个减速电机13。优点是，可以提高更多的夹紧力，缺点是，任意一个减速电机13故障，将导致导叶3不能进行角度调节，故障率会有所增加。
32.在宁海抽水蓄能电站进行对比试验，其中一台安装的是zz560-lh-500型水轮机(记为水轮机a)，还有一台是实施例1的水轮机(记为水轮机b)，在一个检修周期(1年)后，水轮机b的转轴上的微孔面积只有现有水轮机a上转轴的微孔面积的32％，且直线度更好。