專利名稱:可調葉片軸流式渦輪機排流環(huán)的支承結構的制作方法
本發(fā)明是有關對可調葉片軸流式渦輪機排流環(huán)的支承結構所作的改進。
普通的球形軸流式渦輪機是一種可調葉片的軸流式渦輪，它包括有軸向置于水流中的且容裝有發(fā)電機和主軸的球形體，和安裝在球形體的末端且與主軸相連的轉子，還有用以將水導入轉子的環(huán)繞球形體的外殼，控制進入轉子水流的可調導葉，外導葉殼以及環(huán)繞轉子的排流環(huán)。轉子有許多可調導葉，該葉片尖的設置應使葉片尖旋轉的軌跡呈半球形，以便葉片在打開或關閉時，其葉片尖都能置于同樣的半球形旋轉軌道上。排流環(huán)軸向置于外導葉殼和導流管之間，以便減少水流損失，排流環(huán)有一半球形內面，其內面對著轉子上的葉片尖，其間形成很小的密封空隙，其內面與半球形同心，因而緊挨轉子順流側形成喉部。喉部的直徑小于轉子葉片的直徑。
排流環(huán)固定在逆流端的外導葉殼上，在順流端排流環(huán)及導流管之間留有空隙，以便于安裝、拆卸排流環(huán)。空隙由活動凸緣裝置密封以防水泄漏。
外導葉殼和排流環(huán)的組合體未用混凝土之類的材料加以覆蓋，而是暴露在外。以各外導葉殼的逆流端點和排流環(huán)為轉軸，外導葉殼和排流環(huán)由于它們自身的重量和水的重量而偏斜。這種偏斜隨著渦輪機功率的增加而增大。起初，軸流式渦輪機用于低壓水頭，軸流式渦輪機中采用的管狀結構的殼體的厚度比其它各類水輪機的要薄，因而管狀結構的剛度小，結果它的彈簧常數和自然振動頻率也小。當自然振動頻率與由水壓引起的振動頻率fr相一致時，便產生了共振，因而有時便導致大的麻煩，比如結構斷裂，以及轉子葉片與排流環(huán)相接觸。此外，當渦輪機工作于半載或超載狀態(tài)時，在轉子順流側易于產生沖擊水流，而導致渦流和水壓振動的產生。因此，排流環(huán)中易于引起振動。特別是由于可調葉片軸流式渦輪機的排流環(huán)未用混凝土加以覆蓋(如上所述)，并由于渦輪機是軸向安裝的，管狀結構易于彎曲，而抗彎曲剛度和彈簧常數不能足夠大，因而有時產生共振和非同尋常的振動。
普通的排流環(huán)由一對支承腳和混凝土柱來支承，該混凝土柱與支承腳和混凝土臺或基座相連。各支承腳安裝在喉部排流環(huán)的邊緣。
在垂直方向與排流環(huán)連成一體的支承腳和混凝土柱的彈簧常數Kc通常要定得比由排流環(huán)和外導葉殼構成的軸向管狀結構的彎曲彈簧常數Kb值高。下面為總彈簧常數Kt的等式Kt＝ (Kc·Kb)/(Kb+Kc)Kc要比Kb大得多，因此Kt差不多等于Kb。也就是說，管狀結構的彈簧彎曲常數僅取決于彎曲彈簧常數。支承腳和混凝土柱一旦安裝完畢就無法調整其剛度，因此一旦由總彈簧常數Kt所定的管狀結構的自然振動頻率等于水壓振動頻率fr，結構就會產生共振，便出現上述的大麻煩。
目前，在設計階段還不足以準確地預料是否會產生共振。因此，這類麻煩就有可能相對頻繁地產生。如上所述，排流環(huán)的支承腳和混凝土柱構成的支承結構不能改變剛度，因此除加固結構外無法轉移由排流環(huán)和外導葉殼構成的管狀結構的共振點。這種加固耗費大量時間和資金，此外還有技術上的困難，因為由加固而引起的變形必須要小。
此外，當水輪機處于開機或緊急停機這類轉換操作時，瞬間便會產生大幅度的振動。
在普通結構中，振動體，也就是支承架和管狀結構，不能提高減振效力。減振效力不得不僅僅依賴于由結構材料內部產生的摩擦而實現固體減振，因此，瞬間產生的大幅度振動不易消除，振動體長期處于危險狀態(tài)。同時，結構可能會出現問題，使轉子葉片與排流環(huán)相接觸。
此外，普通的結構除了與振動有關的問題之外，從經濟角度看也有缺陷。
如上所述，密封空隙形成于葉片尖和對著葉片尖的排流環(huán)之間。密封空隙呈半球形，該半球形在緊接葉片的順流端有喉部。在喉部的排流環(huán)的半徑比喉部的各葉片的直徑小G1。例如在拆卸渦輪機時，通過水平移動轉子而將轉子移出球形體。然而，轉子在喉部與排流環(huán)相碰而使轉子無法從球形體中移出。因此，普通的排流環(huán)由一垂面分為兩半，即左半部和右半部。在移出轉子之前，排流環(huán)的左半部和右半部水平移出足以確保不與轉子接觸。因而，發(fā)電廠所需的廠房寬度W由下面的等式給出W＝2×(E+B+h)+D這里，D轉子葉片的最大直徑;
E當左半部和右半部水平移動到足以移出轉子時，廠房與排流環(huán)的一半之間的距離;
B沿水平和垂直方向的左半部或右半部的比例，和h當轉子移出時，轉子葉片和排流環(huán)間的距離。
對于普通渦輪機來說，為安裝和拆卸必須使廠房寬度足夠大，因而這類渦輪機相當不經濟。
此外，安裝排流環(huán)的廠房處于電廠廠房的最低點。在地面上有各種設備，比如廢水泵、供水泵、漏油箱、潤滑油箱，等等，這些是渦輪機運轉不可缺少的設備。為了避免與上述各種設備接觸，這些設備必須能夠移到使它們不會與水平移動的排流環(huán)接觸的位置，所以，廠房必須按這個規(guī)模建造。此外，從球體上拆卸下來的排流環(huán)還要存放在發(fā)電廠的裝配車間，所以除了在大修期間的其它部件外，存放排流環(huán)必須有寬敞的空間。
本發(fā)明旨在提供一種可調葉片軸流式渦輪機排流環(huán)的支承結構，該結構可減少容納渦輪機的發(fā)電廠廠房的寬度，降低排流環(huán)的振動，從而提高渦輪機的可靠性使排流環(huán)不與轉子的葉片接觸。
簡言之，本發(fā)明的特征是排流環(huán)由一通過其軸線的水平面分為上半部和下半部，排流環(huán)支承結構包括數個軸向連成一體的支承部件，以支承下半部排流環(huán)，其中一支承部件可拆卸地安裝在另一支承部件上，這樣連成一體的支承部件的高度便可調節(jié)，使得排流環(huán)的上半部和下半部可上下移動，轉子便相應地可不與排流環(huán)接觸而水平移動和拆卸。
根據本發(fā)明的特點，數個支承部件中的一個的剛度比另一個低，且裝有減振器以減弱排流環(huán)中所產生的振動。
圖1為根據本發(fā)明采用的排流環(huán)支承結構實施例的可調葉片軸流式渦輪機的側視圖;
圖2為圖1中加點線A所指部分放大的剖視圖;
圖3為圖2中線B所指部分的放大的剖視圖;
圖4為根據本發(fā)明所設計的支承結構的部分剖視圖;和圖5為可調葉片軸流式渦輪機排流環(huán)安裝和拆卸的說明圖。
首先，參考附圖對采用本發(fā)明實施例的可調葉片軸流式渦輪機詳述如下圖1所示的為可調葉片軸流式球形渦輪機，該渦輪機是一種可調葉片軸流式渦輪機，該渦輪機軸向置于水流通道1中。渦輪機包括球形體2，該球形體中有發(fā)電機3和與發(fā)電機相連的主軸4;一個安裝在球形體2末端的轉子5，以便于軸向拆卸;還有可調導葉6，固定導葉7等等。固定導葉7固定在內殼8及外殼9上，內殼8則又構成球形體2的殼。導葉6安裝在外導葉殼10上，外導葉殼10的逆流端則安裝在外殼9的順流端。轉子5的轉子轂12上安裝有數個可調節(jié)的轉子葉片11，轂12包含有葉片驅動裝置以驅動數個葉片彼此同步以改變葉片與轉子軸的角度。轉子轂12的上端安裝在球形體2的末端并固定在主軸4上(如上所述)。由于葉片尖圍繞轉子軸旋轉，葉片形成了一個半球形。裝上排流環(huán)15以便在葉片周圍形成密封空隙。排流環(huán)15的逆流端安裝在外導葉殼10的順流端，而其順流端安裝在導水管16上。標號13指的是艙蓋。
驅動轉子5轉動的水在壓力下通過外殼9和調整水流量的導葉6從水流通道1流入轉子葉片11中。在壓力下的水能轉變成傳送到發(fā)電機3的旋轉能，發(fā)電機則將能以電的方式輸出。為了最有效地利用流入葉片11的水，就必須將葉片11和導水的水流導管之間的空隙減至最小。排流環(huán)15就是用作為水流導管。一般來講，排流環(huán)15與外導葉殼10的順流端連在一起，外導葉殼10固定住導葉6的支承座和操作裝置。在排流環(huán)15與轉子葉片11間的小密封空隙受到了限定。轉子葉片尖的形成要使轉動的葉片尖形成一個半球形。排流環(huán)15對著葉片尖的內壁同樣要形成一個半球形，并且這個半球形與轉動的葉片尖所形成的半球形同心。這樣一來，即使葉片11開啟或關閉(即即使葉片相對轉子軸的角度改變了)，排流環(huán)15的內壁與葉片尖之間的距離也不會改變。因而排流環(huán)15在球形面的順流側有一喉部，喉部的內徑比轉動的葉片尖所形成的半球形的直徑小2G1。排流環(huán)15的順流端一直延伸到導水管16的凸緣17。該部位在圖3中得以詳細描述。凸緣17與排流環(huán)15的末端間有一空隙G2，以便于安裝和拆卸。空隙G2由活動凸緣裝置密封，該裝置有密封件18、密封塊19及配套凸緣20。在排流環(huán)15的外壁與密封件18之間還留有空隙G3。
參看圖2，排流環(huán)15及支承結構進一步詳述如下。
排流環(huán)15被通過排流環(huán)15軸線的一水平面分為上半部15a和下半部15b，該上半部15a與下半部15b在安裝后處于互相接觸狀態(tài)。排流環(huán)的下半部15b有固定在其上的支承腳21。支承腳21由鐵制支承柱來支承，每個支承柱有兩段，上半段支承柱22和下半段支承柱23。上半段支承柱22可拆卸地安裝在下半段支承柱23上，支承排流環(huán)的下半部15b。
上半段及下半段支承柱22，23安裝在排流環(huán)15周緣上的兩彼此間隔的位置上，至少有一個位置從軸向看遠離上述兩位置。最好至少在三個以上所述的位置支承該排流環(huán)15b。
當要把轉子從主軸4上移出并取出排流環(huán)時，首先要松動并取出連接排流環(huán)上半部15a、下半部15b的螺栓(圖中末顯示)，并將排流環(huán)上半部15a懸吊以使之與排流環(huán)下半部15b分離。然后取出上半段支承柱22，并將排流環(huán)下半部15b的支承腳安裝在支承柱的下半段23上，如圖5所示。此后，轉子5便可水平移出。上半段支承柱22的高度Ho要大于下降高度H，而高度H是為了在水平軸向移動轉子5使之與排流環(huán)15相分離時避免轉子5與排流環(huán)15b喉部之間的接觸所必需的下降高度。移出支承柱上半段22，便易于水平移出轉子而不會與排流環(huán)15相互影響。此外，轉子5移出時，不用同時把排流環(huán)也水平橫向移出，因此無需使廠房的寬度更大，也不會影響其它各種設備，比如潤滑油箱28、29，與廢水池26流體相連的廢水泵26，供水泵27等等。因此可以減小廠房寬度，與要把排流環(huán)橫向移出所必需的廠房寬度相比，這種廠房寬度可減小15-20%。
此外，安裝、拆卸時需要一個裝配車間用來暫時存放排流環(huán)15，廠房的空間可減小大約15-20%，因為所需存放的僅僅是排流環(huán)的上半部15a。
在圖4中，支承柱的上半段22及下半段23在它們的凸緣上用螺栓46固定在一起。支承柱的上半段22用螺栓45固定在支承腳21上。支承柱上半段22的剛度要比支承柱下半段23的小，以便當象振動這樣的負荷產生時，減振器便吸收了這種振動。支承柱上半段22由通過柱23的軸線的垂直面分成兩個或更多的部分，并由凸緣和螺栓(圖中未顯示)將之連成一體。減振器31安置于支承柱上半段22中。減振器包括缸體32，插入該缸體中的滑動活塞33，與該活塞相連的桿34以及安裝在缸體32上的蓋板35，從而形成儲油室，該儲油室中儲有高粘度的油，并由活塞32將其分成上儲油室36和下儲油室37。兩個儲油室36和37通過油道38和一個小孔39流體相連。孔39的開口大小由節(jié)流閥的可調螺釘40調節(jié)。孔44用于插入調節(jié)所用的工具等等。減振器31由可調墊片41和螺栓42安裝在支承柱下半段23上，并利用凸緣和螺栓43安裝在支承腳21上。
當在排流環(huán)15中瞬間產生大振動時，振動傳至支承柱上半段22、下半段23和減振器31。在減振器31中，振動傳到活塞桿34。當活塞桿34的位移是朝下時，下貯油室37中的壓力便升高，使油穿過油道38及相通孔39流入上貯油室36。高粘度油的流動由相通孔39的開口大小來控制，粘性阻力使得振動減弱。由于振動而引起的位移的速度大大減緩了，此后而引起的位移也大幅度降低了。也就是說，由于減振器利用粘性阻力來減振，減振效果就卓有成效，而且所達到的水平相當于一般剛性減振效果的幾百倍。所以，減振器31能大幅度減弱瞬間產生的大振動，因而能避免在普通這類渦輪機中產生的這一問題。
此外，減振器31可用來減少當渦輪機的振動系統(tǒng)處于共振狀態(tài)下所引起的大規(guī)模運動，從而使渦輪機處于安全操作狀態(tài)。
另外，在由支承柱上半段22。下半段23所構成的支承柱2223中，剛度，即支承柱上半段22、下半段23其中之一的彈簧常數，易于改變，所以包括有排流環(huán)15和外導葉殼的整個振動系統(tǒng)的彈簧常數、自然振動頻率可以大大改變。也就是說，幾乎與Kb(Kt＝Kb)相等的總彈簧常數Kt能夠變至(0.3-1.2)Kt，因而易于使振動偏離共振。
過去為使振動偏離共振所采用的方法費用昂貴，技術上也有困難，但是根據本實施例，不產生任何問題就能容易地實現，其費用可減少到使用一般技術所需費用的10%左右。
權利要求
1.可調葉片軸流式渦輪機排流環(huán)的支承結構，該渦輪機包括一球形體、一個轉子和一個排流環(huán)，該球形體內有發(fā)電機和主軸，上述球形體按水流方向安裝，轉子安裝到上述球形體的順流端，該轉子上有數個葉片，排流環(huán)環(huán)繞該轉子的上述葉片而形成喉部，該喉部的直徑小于上述葉片環(huán)繞軸線轉動所形成的圓圈的最大直徑，上述排流環(huán)的支承結構與上述排流環(huán)和基座相連，其特征是上述排流環(huán)的支承結構有數個垂直連成一體的支承部件，上述支承部件中至少有一個可拆卸地安裝在上述排流環(huán)的下半部和另一個支承部件上，上述排流環(huán)由一水平面分為上半部和下半部，因此上述排流環(huán)的支承結構的高度是可調的。
2.如權項1所定義的排流環(huán)支承結構，其中上述數個支承部件各有上半部和下半部支承部件，上述上半部支承部件的高度大于為能使上述轉子軸向移出并避免上述排流環(huán)與上述轉子葉片之間相接觸而降低下半部排流環(huán)的最短距離。
3.如權項2所定義的排流環(huán)支承結構，其中該排流環(huán)有數個上半部支承部件和下半部支承部件，至少有兩個上述上半部和下半部支承部件安裝在上述排流環(huán)下半部的同一周緣上，至少有一個上述上半部和下半部支承部件安裝在上述排流環(huán)的下半部，其位置不在裝有上述兩個上半部和下半部支承部件的上述周緣上。
4.如權項2所定義的排流環(huán)支承結構，其中上述上半部和下半部支承部件之一的剛度要小于另一個的剛度，并在其中裝有減振器。
5.如權項2所定義的排流環(huán)支承結構，其中上述上半部和下半部支承部件中至少有一個呈圓柱形，其中裝有油減振器以減弱在上述排流環(huán)中產生的振動。
6.如權項5所定義的排流環(huán)支承結構，其中上述上半部支承部件為圓柱形，上述油減振器包括有固定到上述下半部支承部件上的缸體，和一個插入該缸體并將該缸體的內部分為兩個貯油室的活塞，還有一根與活塞和上述排流環(huán)下半部相連的桿，和連通上述兩油室的通道，以及裝在該通道中用來調整從上述一個貯油室到另一貯油室油的流量的可調螺釘。
專利摘要
可調葉片軸流式渦輪機排流環(huán)的支承結構有相互連接的上半部和下半部支承部件。上半部支承部件可拆卸地與渦輪機排流環(huán)及下半部支承部件相連。排流環(huán)被分為上下兩半，下半部由上半部支承部件支承，以便通過移動上半部支承部件來垂直移動排流環(huán)的上半部和下半部，也可使轉子軸向移出而不與任何其它部件接觸。上半部支承部件為管狀，內裝有減振器以減弱排流環(huán)中的振動。
文檔編號F03B3/06GK86104992SQ86104992
公開日1987年2月18日 申請日期1986年8月19日
發(fā)明者河井壽一郎, 柳田勛 申請人:株式會社日立制作所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan