CN110486217A - 一种对旋式双向轴流水泵水轮机 - Google Patents

一种对旋式双向轴流水泵水轮机 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种对旋式双向轴流水泵水轮机，包括泵壳和叉管；所述泵壳两侧对称安装叉管，所述泵壳内对称设有叶轮，所述叶轮的传动轴穿过叉管与传动部件连接；所述传动轴设有沿轴向移动的导叶组件，且所述导叶组件位于叶轮附近。所述导叶组件包括活动导叶、导轴和导叶壳体；所述叉管与泵壳之间安装导叶壳体，所述导叶壳体设有轴向导槽，所述活动导叶与传动轴通过滑动轴承连接，所述活动导叶叶片一端位于轴向导槽内；所述活动导叶任一叶片一端安装有导轴，所述导轴通过传动机构与驱动机构连接，用于使活动导叶轴向移动。本发明可以通过调节叶轮与导叶之间的间隙，来提高泵装置效率。

Description

一种对旋式双向轴流水泵水轮机
技术领域
本发明涉及轴流泵装置，特别涉及到一种对旋式双向轴流水泵水轮机。
背景技术
潮汐能作为一种可再生能源，高效、清洁、并且可以大规模开发和应用。潮汐机组双向运行方式可以提供相对连续的电力，具有很强的电网适应性，可调峰运行，然而潮汐机组反向运行抽水工作时，效率特别低。由于对旋机组效率更高、结构更紧凑、性能曲线更稳定、抗气蚀性能更好，将对旋技术应用于潮汐电站上，期望能够在充分发挥发电优势的基础上，更有效地提升机组抽水工况的性能，为下一步发电提供更多的势能。对旋技术在泵和水轮机领域还很少见，尤其是在适用于类似潮汐电站的需要多工况运行的水泵水轮机机组。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种对旋式双向轴流水泵水轮机，可以将其应用在潮汐机组上，实现其正反向发电以及正反向抽水等基础功能的性能提升，同时，可以通过调节叶轮与导叶之间的间隙，来提高泵装置效率。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种对旋式双向轴流水泵水轮机，包括泵壳和叉管；所述泵壳两侧对称安装叉管，所述泵壳内对称设有叶轮，所述叶轮的传动轴穿过叉管与传动部件连接；所述传动轴设有沿轴向移动的导叶组件，且所述导叶组件位于叶轮附近。
进一步，所述导叶组件包括活动导叶、导轴和导叶壳体；所述叉管与泵壳之间安装导叶壳体，所述导叶壳体设有轴向导槽，所述活动导叶与传动轴通过滑动轴承连接，所述活动导叶叶片一端位于轴向导槽内；所述活动导叶任一叶片一端安装有导轴，所述导轴通过传动机构与驱动机构连接，用于使活动导叶轴向移动。
进一步，所述传动机构包括滑动导轨，所述滑动导轨端面设有凹槽，所述导轴与凹槽滑动配合，通过滑动导轨的摆动，使导轴沿轴向移动。
进一步，所述叶轮为双向流动叶轮，所述泵壳内对称的叶轮旋转方向相反。
进一步，所述泵壳内的叶轮之间设有导流叶片，用于提高稳定性。
进一步，所述导流叶片与叶轮的叶片之间的间隙距离不得小于0.08倍叶轮直径。
进一步，所述叉管与泵壳的中心线之间的夹角为30°～90°。
进一步，所述传动部件为发电电动机，两个所述发电电动机的转速不同步。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的对旋式双向轴流水泵水轮机，可以高效完成潮汐电站所要求的正反向发电以及正反向抽水等工况。
2.本发明所述的对旋式双向轴流水泵水轮机，相对于传统潮汐发电机组，具有结构更紧凑、性能曲线稳定、抗气蚀性能好等优点。
3.本发明所述的对旋式双向轴流水泵水轮机，当水泵水轮机工作在不同工况时，通过调节导叶与叶轮之间的间隙，以提高机组效率。
4.本发明所述的对旋式双向轴流水泵水轮机，当叶轮几何参数与导叶几何参数一定时，叶轮与导叶之间的间隙过大或过小，将使间隙处出现回流，从而使导叶的水力损失增大，导叶出口速度环量减小，导致出水流道处出现低漩涡区，出水流道水力损失增大，泵装置效率下降，通过调节叶轮与导叶之间的间隙，解决这个问题。
附图说明
图1为本发明所述的对旋式双向轴流水泵水轮机的结构示意图。
图2为本发明所述的导叶组件结构示意图。
图3为本发明所述的传动机构原理图。
图中：
1-第一发电电动机；2-第一联轴器；3-第一密封组件；4-第一叉管；5-第一导叶组件；6-第一叶轮；7-泵壳；8-第二叶轮；9-第二导叶组件；10-第二叉管；11-第二密封组件；12-第二联轴器；13-第二发电电动机；14-第一传动轴；15-第二传动轴；501-活动导叶；501a-导轴；502-导叶壳体；503-滑动导轨；504-压盖；505-填料密封；506-驱动机构；701-导流叶片。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1所示，本发明所述的对旋式双向轴流水泵水轮机，包括泵壳7、第一叉管4和第二叉管10；所述泵壳7两侧对称安装第一叉管4和第二叉管10，所述泵壳7内对称设有第一叶轮6和第二叶轮8，第一叶轮6上连接的第一传动轴14穿过第一叉管4与第一发电电动机1连接，所述第一发电电动机1与第一传动轴14之间设有第一联轴器2。所述第一叉管4与第一传动轴14之间设有第一密封组件3；第二叶轮8上连接的第二传动轴15穿过第二叉管10与第二发电电动机13连接，所述第二发电电动机13与第二传动轴15之间设有第二联轴器12。所述第二叉管10与第二传动轴15之间设有第二密封组件11；所述第一传动轴14设有沿轴向移动的第一导叶组件5，且所述第一导叶组件5位于第一叶轮6附近；所述第二传动轴15设有沿轴向移动的第二导叶组件9，且所述第二导叶组件9位于第二叶轮8附近；所述第一叉管4和第二叉管10与泵壳7的中心线之间的夹角为30°～90°。
如图2和图3所示，第二导叶组件9和第一导叶组件5的结构完全相同，仅仅安装位置不一样，下面详细描述第一导叶组件5，所述第一导叶组件5包括活动导叶501、导轴501a和导叶壳体502；所述第一叉管4与泵壳7之间安装导叶壳体502，在导叶壳体502的内壁面加工有与第一传动轴14的中心轴线平行的向导槽，活动导叶501的叶片一端放置在所述向导槽内，所述活动导叶501与第一传动轴14通过滑动轴承连接，所述活动导叶501叶片一端位于轴向导槽内；在向导槽的作用下，活动导叶501的周向与径向均被约束，只可以做轴向移动。所述活动导叶501任一叶片一端安装有导轴501a，所述导轴501a通过传动机构与驱动机构506连接，用于使活动导叶501轴向移动。所述传动机构包括滑动导轨503，所述滑动导轨503端面设有凹槽，所述导轴501a与凹槽滑动配合，通过滑动导轨503的摆动，使导轴501a沿轴向移动。压盖504与填料密封505的作用是防止滑动导轨503轴与导叶壳体502之间出现泄漏。滑动导轨503的一端与驱动机构506连接，所述驱动机构506可以采用手轮或者电动机。当第一叶轮6几何参数与活动导叶501几何参数一定时，第一叶轮6与活动导叶501之间的间隙过大或过小，将使间隙处出现回流，从而使活动导叶501的水力损失增大；此时，活动导叶501出口速度环量减小，导致出水流道处出现低漩涡区，出水流道水力损失增大，泵装置效率下降。本发明可以通过调节第一叶轮6与活动导叶501之间的间隙，来提高泵装置效率。当水泵水轮机工作在不同工况时，通过调节导叶与叶轮之间的间隙，以提高机组效率。
所述第一叶轮6和第二叶轮8采用双向流动设计，即叶轮叶片的进出口液流角、进出口直径等几何参数是相等的；所述第一叶轮6与第二叶轮8的旋向相反，其他几何尺寸均采用相同设计。
所述第一叶轮6和第二叶轮8由于对旋的设置，会在两者之间产生强湍流，威胁了整体装置的稳定性，所述泵壳7内的第一叶轮6和第二叶轮8之间设有导流叶片701，用于提高稳定性。所述导流叶片701与第一叶轮6或者第二叶轮8的叶片之间的间隙距离不得小于0.08倍叶轮直径，否则会造成导流叶片701与第一叶轮6或者第二叶轮8之间的动静干涉增加，影响***的稳定性。
所述第一发电电动机1和第二发电电动机13的转速不同步，为了保证装置的轴功率相近，通过降低第二叶轮8转速以及调整管路***管阻的方式来调整第一叶轮6或第二叶轮8的轴功率。
工作原理为：
正向水泵工况：
第一发电电动机1通过第一联轴器2带动第一传动轴14以及安装在第一传动轴14另一端的第一叶轮6旋转；所述第二发电电动机13通过第二联轴器12带动第二传动轴15，在第二传动轴15的另一端安装有第二叶轮8旋转。第一叶轮6与第二叶轮8的旋转方向相反。在第一叶轮6与第二叶轮8的共同作用下，流体介质从第一叉管4的入口流入，从第二叉管10的出口流出。
反向水泵工况：
工作原理与正向水泵工况相似，同时改变第一发电电动机1与第二发电电动机13的旋转方向。在第一叶轮6与第二叶轮8的共同作用下，流体介质从第一叉管4的入口流出，从第二叉管10的出口流入。
正向水轮机工况：
流体介质从第一叉管4的入口流入，从第二叉管10的出口流出。在水的作用力下，第一叶轮6与第二叶轮8以相反的方向开始旋转，最终带动第一发电电动机1与第二发电电动机13旋转并发电。
反向水轮机工况：
工作原理与正向水轮机工况相似，改变流体介质的流向，从第一叉管4的入口流出，从第二叉管10的出口流入。在水的作用力下，第一叶轮6与第二叶轮8以相反的方向开始旋转，最终带动第一发电电动机1与第二发电电动机13旋转并发电。
为了实现水泵水轮机在个工况下的高效运行，本发明采用了双向流动设计，即叶轮叶片的进出口液流角、进出口直径等几何参数是相等的。同时，I级叶轮6与II级叶轮8的旋向相反，其他几何尺寸均采用相同设计。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种对旋式双向轴流水泵水轮机，其特征在于，包括泵壳(7)和叉管(4，10)；所述泵壳(7)两侧对称安装叉管(4，10)，所述泵壳(7)内对称设有叶轮(6，8)，所述叶轮(6，8)的传动轴(14，15)穿过叉管(4，10)与传动部件连接；所述传动轴(14，15)设有沿轴向移动的导叶组件(5，9)，且所述导叶组件(5，9)位于叶轮(6，8)附近。
2.根据权利要求1所述的对旋式双向轴流水泵水轮机，其特征在于，所述导叶组件(5，9)包括活动导叶(501)、导轴(501a)和导叶壳体(502)；所述叉管(4，10)与泵壳(7)之间安装导叶壳体(502)，所述导叶壳体(502)设有轴向导槽，所述活动导叶(501)与传动轴(14，15)通过滑动轴承连接，所述活动导叶(501)叶片一端位于轴向导槽内；所述活动导叶(501)任一叶片一端安装有导轴(501a)，所述导轴(501a)通过传动机构与驱动机构(506)连接，用于使活动导叶(501)轴向移动。
3.根据权利要求2所述的对旋式双向轴流水泵水轮机，其特征在于，所述传动机构包括滑动导轨(503)，所述滑动导轨(503)端面设有凹槽，所述导轴(501a)与凹槽滑动配合，通过滑动导轨(503)的摆动，使导轴(501a)沿轴向移动。
4.根据权利要求1所述的对旋式双向轴流水泵水轮机，其特征在于，所述叶轮(6，8)为双向流动叶轮，所述泵壳(7)内对称的叶轮(6，8)旋转方向相反。
5.根据权利要求1所述的对旋式双向轴流水泵水轮机，其特征在于，所述泵壳(7)内的叶轮(6，8)之间设有导流叶片(701)，用于提高稳定性。
6.根据权利要求5所述的对旋式双向轴流水泵水轮机，其特征在于，所述导流叶片(701)与叶轮(6，8)的叶片之间的间隙距离不得小于0.08倍叶轮直径。
7.根据权利要求5所述的对旋式双向轴流水泵水轮机，其特征在于，所述叉管(4，10)与泵壳(7)的中心线之间的夹角为30°～90°。
8.根据权利要求5所述的对旋式双向轴流水泵水轮机，其特征在于，所述传动部件为发电电动机(1，13)，两个所述发电电动机(1，13)的转速不同步。
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