长度可调的水轮机导叶

本技术属于流体机械及工程设备，涉及一种长度可调的水轮机导叶。

背景技术：

1、大量工程实践和数值仿真研究都表明，无叶区空间大小对压力脉动、振动噪声密切相关。水流过导叶所引起的卡门涡列会诱发机组高频振荡，从导叶流出的尾流再被转轮前缘切割，就会在导叶与转轮之间的无叶区产生严重的压力脉动。当压力波传播至全流域可能导致机组各部件振动过大、能量损失增多，对过流部件的结构安全造成严重威胁。

2、相关研究表明，无叶区压力脉动强弱随着具体工况而变。目前，水轮机的导叶长度和转轮直径是固定不变的，无叶区空间大小只随着导叶开度发生变化，这种变化是固有性质而无法调整。在不同流量工况下，无叶区空间中会聚集不同程度的旋涡，结果往往会造成不同程度的压力脉动和流动损失。因此，对导叶结构进行改型，使导叶长度可调，以改变无叶区空间大小，成为一个可行的技术解决方案，通过监测调整过程中压力传感器反馈的幅值，目标是将导叶长度调整到适应于当前工况的最低压力脉动幅值。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是提供一种长度可调的水轮机导叶，解决了现有技术导叶结构已经固定，难以适应不同工况的最低压力脉动幅值的问题。

2、本实用新型所采用的技术方案是，一种长度可调的水轮机导叶，包括导叶大头和导叶小头，导叶大头中沿纵向固定设有导叶轴，导叶轴的中心孔中穿有蜗杆，蜗杆顶端设为一段螺纹杆，螺纹杆向上与最大转动圈数螺纹限制器连接；导叶大头朝向导叶小头的接触端面中骨线处沿纵向设有延伸悬臂，导叶大头的空腔内还设有蜗轮轴，蜗杆下部的螺纹段与蜗轮轴中间段的蜗轮啮合传动连接；导叶小头朝向导叶大头的接触端面沿纵向中心设有通槽，通槽两边的纵向端面中部分别设有一个丁字架；导叶大头的延伸悬臂与导叶小头的通槽啮合，导叶大头中的蜗轮蜗杆与丁字架上的齿条传动连接。

3、本实用新型的长度可调的水轮机导叶，其特征还在于：

4、导叶大头朝向导叶小头的接触端面两边沿纵向设置有仿生鱼鳍，对应的，导叶小头的通槽两边的纵向端面外沿还分别设置有一个台阶面。

5、延伸悬臂的中间部位开有间断，该间断伸进导叶大头主体内，称为空腔，该空腔两边立面伸进导叶大头主体内对称开有一对滑槽轨道，该对滑槽轨道的内端上沿开有一对半圆形轴承孔，蜗轮两端的齿轮内侧分别套装有一个轴承二，该两个轴承二分别固定在一对半圆形轴承孔中；在该空腔的底面开有一个轴承孔，轴承孔中安装有一个轴承一。

6、丁字架的主体为丁字形状，丁字架的竖直段固定在导叶小头的通槽两边的端面中间位置，丁字架的水平段的上表面设置有齿条，该齿条与蜗轮轴两端的齿轮啮合连接；丁字架的水平段的下表面设置为倒梯形，该倒梯形与滑槽轨道的形状相互契合滑动套装；蜗杆的底端靠上设置有短凸边，该短凸边与轴承一的内圈固定套接，轴承一的外圈固定在轴承孔中。

7、最大转动圈数螺纹限制器的结构是，包括弯柱，弯柱的短边向下弯折后与蜗杆顶部的螺纹杆套接，在弯柱的短边下端面的蜗杆上固定套装有手轮盘，手轮盘的上端面与弯柱的短边下端面接触，弯柱的长边水平延伸超出手轮盘的外沿，弯柱的长边最外端靠内竖直套装有滑柱，滑柱)的上端头固定有限位圆盘，滑柱的下端头固定在水轮机顶盖上。

8、本实用新型的有益效果是，打破了传统导叶无法在机组正常运行过程中改变导叶长度的限制。该叶片在不同流量工况运行时，通过操作导叶内部机械结构改变导叶长度，可在一定程度上调节无叶区空间大小，能更好改善绕流引起的叶道涡和高频振荡卡门涡，在一定程度上减小压力脉动和流动损失，可提高机组运行稳定性和效率。在导叶伸长后，导叶型线虽能继续保持连续，可是其光滑性会有少许降低。但是考虑到无叶区空间大小对流动的影响更显著，会很大程度地影响流态，所以可牺牲微小的型线光滑性而换取较大的流态改善。

技术特征：

1.一种长度可调的水轮机导叶，其特征在于：包括导叶大头(1)和导叶小头(6)，导叶大头(1)中沿纵向固定设有导叶轴(2)，导叶轴(2)的中心孔中穿有蜗杆(17)，蜗杆(17)顶端设为一段螺纹杆(15)，螺纹杆(15)向上与最大转动圈数螺纹限制器(8)连接；导叶大头(1)朝向导叶小头(6)的接触端面中骨线处沿纵向设有延伸悬臂(5)，导叶大头(1)的空腔内还设有蜗轮轴，蜗杆(17)下部的螺纹段与蜗轮轴中间段的蜗轮(16)啮合传动连接；导叶小头(6)朝向导叶大头(1)的接触端面沿纵向中心设有通槽(11)，通槽(11)两边的纵向端面中部分别设有一个丁字架(21)；导叶大头(1)的延伸悬臂(5)与导叶小头(6)的通槽(11)啮合，导叶大头(1)中的蜗轮蜗杆与丁字架(21)上的齿条(12)传动连接。

2.根据权利要求1所述的长度可调的水轮机导叶，其特征在于：所述的导叶大头(1)朝向导叶小头(6)的接触端面两边沿纵向设置有仿生鱼鳍(9)，对应的，导叶小头(6)的通槽(11)两边的纵向端面外沿还分别设置有一个台阶面(20)。

3.根据权利要求1所述的长度可调的水轮机导叶，其特征在于：所述的延伸悬臂(5)的中间部位开有间断，该间断伸进导叶大头(1)主体内，称为空腔，该空腔两边立面伸进导叶大头(1)主体内对称开有一对滑槽轨道(19)，该对滑槽轨道(19)的内端上沿开有一对半圆形轴承孔(10)，蜗轮(16)两端的齿轮内侧分别套装有一个轴承二，该两个轴承二分别固定在一对半圆形轴承孔(10)中；在该空腔的底面开有一个轴承孔(3)，轴承孔(3)中安装有一个轴承一(18)。

4.根据权利要求3所述的长度可调的水轮机导叶，其特征在于：所述的丁字架(21)的主体为丁字形状，丁字架(21)的竖直段固定在导叶小头(6)的通槽(11)两边的端面中间位置，丁字架(21)的水平段的上表面设置有齿条(12)，该齿条(12)与蜗轮轴两端的齿轮啮合连接；丁字架(21)的水平段的下表面设置为倒梯形，该倒梯形与滑槽轨道(19)的形状相互契合滑动套装；蜗杆(17)的底端靠上设置有短凸边，该短凸边与轴承一(18)的内圈固定套接，轴承一(18)的外圈固定在轴承孔(3)中。

5.根据权利要求1所述的长度可调的水轮机导叶，其特征在于：所述的最大转动圈数螺纹限制器(8)的结构是，包括弯柱(13)，弯柱(13)的短边向下弯折后与蜗杆(17)顶部的螺纹杆(15)套接，在弯柱(13)的短边下端面的蜗杆(17)上固定套装有手轮盘(4)，手轮盘(4)的上端面与弯柱(13)的短边下端面接触，弯柱(13)的长边水平延伸超出手轮盘(4)的外沿，弯柱(13)的长边最外端靠内竖直套装有滑柱(14)，滑柱(14)的上端头固定有限位圆盘(7)，滑柱(14)的下端头固定在水轮机顶盖上。

技术总结本技术公开了一种长度可调的水轮机导叶，导叶大头中沿纵向固定设有导叶轴，导叶轴的中心孔中穿有蜗杆，蜗杆顶端的螺纹杆与最大转动圈数螺纹限制器连接；导叶大头朝向导叶小头设有延伸悬臂，导叶大头的空腔内还设有蜗轮轴，蜗杆下部的螺纹段与蜗轮轴中间段的蜗轮啮合传动连接；导叶小头朝向导叶大头的接触端面沿纵向中心设有通槽，通槽两边的纵向端面中部分别设有一个丁字架；导叶大头的延伸悬臂与导叶小头的通槽啮合，导叶大头中的蜗轮蜗杆与丁字架上的齿条传动连接。本技术的长度可调导叶，通过调整导叶长度，在一定程度上抑制叶道涡、卡门涡和无叶区压力脉动及其产生的振动噪声，达到提升机组稳定性和效率的目的。技术研发人员：贾国章,冯建军,马薇,吴广宽受保护的技术使用者：西安理工大学技术研发日：20231113技术公布日：2024/6/20