一种水轮机尾水管的涡带控制装置的制作方法

本发明属于水利水电工程，特别涉及一种水轮机尾水管的涡带控制装置。

背景技术：

1、水电是一种重要的可再生能源，是我国能源绿色低碳发展、实现“双碳”目标的关键，广泛用于发电和稳定电网。在水风光一体化发展新背景下，水电快速启停的优势使其成为了重要的电网调节能源。混流式水轮机适用的水头范围广，被广泛应用于大中型水电站和小型水电站。混流式水轮机的水流依次经蜗壳、固定导叶和活动导叶径向流入转轮，推动转轮带动发电机发电，并改变流动方向，沿轴向流入尾水管。由于转轮叶片固定不可调整，因此当活动导叶旋转后水流无法保证以最佳固定角度流入转轮，当水轮机偏离最优工况时，水流经过转轮后往往切向速度分量增大，当水流进入转轮下方的尾水管时，在尾水管内部形成强旋流，并且在旋流内部水流沿尾水管的轴线逆流向上、在旋流外部水流螺旋向下运动形成剪切层，继而发展形成螺旋涡带，在尾水管内部会产生强烈的压力脉动现象，进而诱发喘振、降低效率，严重时可能产生共振，引起机械损坏、寿命缩短、设备故障等，这种压力脉动严重影响水轮机组稳定运行。

2、由于新形势下，混流式水轮机越来越多的时间是在偏负荷甚至极偏负荷工况运行，目前，仍没有很好的办法控制尾水管涡带，并降低尾水管涡带带来的影响。因此，亟需开发一种水轮机尾水管的涡带控制装置，以便于能够通过破坏剪切层实现控制涡带及其压力脉动的目的。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种水轮机尾水管的涡带控制装置，既不影响水轮机在正常工况下的运作，又能在部分负荷工况下根据实际工况调节扇叶片的高度位置和角度，以实现最大程度破坏剪切层，实现最佳的涡带控制效果，减轻压力脉动带来的影响，本发明能适用于不同的部分负荷工况，并且结构简单，操作方便。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种水轮机尾水管的涡带控制装置，包括：

4、支撑杆，能沿竖直方向自由滑动地安装在水轮机尾水管内；

5、若干扇叶片，呈环形分布铰接在支撑杆上；

6、开合机构，用于驱动扇叶片绕各自铰接点转动实现呈伞状开合，以调整扇叶片的开合角度。

7、进一步地，所述开合机构包括调控滑块、支撑骨架和直线运动机构，所述调控滑块通过直线运动机构驱动能上下自由滑动的安装在支撑杆内，每个扇叶片中部分别通过一个支撑骨架与调控滑块铰接相连。

8、进一步地，直线运动机构包括安装于所述支撑杆顶部的第一驱动装置以及与第一驱动装置的第一输出轴固定连接的螺旋丝杆，所述螺旋丝杆伸入支撑杆内并与所述调控滑块螺纹连接。

9、进一步地，所述支撑杆上螺旋丝杆伸入的范围内设置有滑槽，所述调控滑块能上下滑动地安装于所述滑槽内，所述支撑骨架在滑槽内与调控滑块铰接相连。

10、进一步地，所述支撑杆底部连接有能驱动支撑杆沿竖直方向滑动的动力机构，所述动力机构包括第二驱动装置、相啮合的蜗轮和蜗杆以及固定于蜗轮上的动力杆，所述蜗杆与第二驱动装置的第二输出轴相连，所述动力杆与支撑杆的底部螺纹连接。

11、进一步地，所述动力机构还包括机盒，所述蜗轮和蜗杆在机盒内啮合，所述第二驱动装置位于机盒外且第二输出轴与机盒的连接处设置有第二止水塞。

12、进一步地，所述支撑杆的外壁上设置有弹性套筒，所述弹性套筒的两端分别固定于尾水管下壁和机盒的顶部。

13、进一步地，所述动力杆位于机盒内的部分设置有外螺纹。

14、进一步地，所述支撑杆顶部安装有固定圆环，所述若干扇叶片的根部对称地铰接于固定圆环上。

15、进一步地，所述直线运动机构还包括安装于所述支撑杆顶部由防水材料制成的电机外壳，所述第一驱动装置设置于电机外壳内，所述第一输出轴与电机外壳的连接处设置有第一止水塞。

16、本发明有益效果是：

17、1.本发明的若干扇叶片呈环形分布铰接在支撑杆上，并通过开合机构驱动扇叶片绕各自铰接点转动实现呈伞状开合，以调整扇叶片的开合角度，由于在不同的工况下尾水管内形成的剪切层的倾斜角度不同，通过设置角度可调节的扇叶片，可以根据不同的运行工况调整扇叶片的开合角度，最大程度破坏剪切层，直接阻断剪切层的孕育、发展，进而抑制涡带的生成，并减轻压力脉动，保障混流式水轮机内部流动和水电站厂房运行的稳定性。

18、2.本发明通过将支撑杆设置为能沿竖直方向自由在水轮机尾水管内移动，当水轮机在设计工况下运作时，不需要涡带控制机构工作，可以通过调整支撑杆在竖直方向上的位置将扇叶片降低至尾水管底部，尽可能减小本发明的涡带控制装置对尾水管内部流动的影响；当水轮机在偏负荷工况下运作时，由于不同的工况下剪切层的位置高度和角度不同，可以根据不同的工况调整支撑杆在竖直方向上的位置进而调整扇叶片的位置高度，从而最大程度破坏剪切层，实现最佳的涡带控制效果。

19、3.本发明仅需要通过控制第一驱动装置和第二驱动装置就能够控制支撑杆和调控滑块的上下移动，进而实现对扇叶片的高度位置和开合角度的调整，结构设计安全合理，操作便捷。本发明通过在支撑杆与尾水管和机盒外壁之间设置弹性套筒，并在第二输出轴与机盒的连接处以及第一输出轴与电机外壳的连接处均设置止水塞，这两者的设置均起到了止水的作用，防止水轮机进行工作时尾水管发生水流渗漏的情况造成对驱动机构造成损伤，起到了对驱动机构的多重保护作用。

技术特征：

1.一种水轮机尾水管的涡带控制装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种水轮机尾水管的涡带控制装置，其特征在于，所述开合机构包括调控滑块、支撑骨架和直线运动机构，所述调控滑块通过直线运动机构驱动能上下自由滑动的安装在支撑杆内，每个扇叶片中部分别通过一个支撑骨架与调控滑块铰接相连。

3.根据权利要求2所述的一种水轮机尾水管的涡带控制装置，其特征在于，直线运动机构包括安装于所述支撑杆顶部的第一驱动装置以及与第一驱动装置的第一输出轴固定连接的螺旋丝杆，所述螺旋丝杆伸入支撑杆内并与所述调控滑块螺纹连接。

4.根据权利要求3所述的一种水轮机尾水管的涡带控制装置，其特征在于，所述支撑杆上螺旋丝杆伸入的范围内设置有滑槽，所述调控滑块能上下滑动地安装于所述滑槽内，所述支撑骨架在滑槽内与调控滑块铰接相连。

5.根据权利要求1所述的一种水轮机尾水管的涡带控制装置，其特征在于，所述支撑杆底部连接有能驱动支撑杆沿竖直方向滑动的动力机构，所述动力机构包括第二驱动装置、相啮合的蜗轮和蜗杆以及固定于蜗轮上的动力杆，所述蜗杆与第二驱动装置的第二输出轴相连，所述动力杆与支撑杆的底部螺纹连接。

6.根据权利要求5所述的一种水轮机尾水管的涡带控制装置，其特征在于，所述动力机构还包括机盒，所述蜗轮和蜗杆在机盒内啮合，所述第二驱动装置位于机盒外且第二输出轴与机盒的连接处设置有第二止水塞。

7.根据权利要求6所述的一种水轮机尾水管的涡带控制装置，其特征在于，所述支撑杆的外壁上设置有弹性套筒，所述弹性套筒的两端分别固定于尾水管下壁和机盒的顶部。

8.根据权利要求7所述的一种水轮机尾水管的涡带控制装置，其特征在于，所述动力杆位于机盒内的部分设置有外螺纹。

9.根据权利要求1所述的一种水轮机尾水管的涡带控制装置，其特征在于，所述支撑杆顶部安装有固定圆环，所述若干扇叶片的根部对称地铰接于固定圆环上。

10.根据权利要求3所述的一种水轮机尾水管的涡带控制装置，其特征在于，所述直线运动机构还包括安装于所述支撑杆顶部由防水材料制成的电机外壳，所述第一驱动装置设置于电机外壳内，所述第一输出轴与电机外壳的连接处设置有第一止水塞。

技术总结本发明提供了一种水轮机尾水管的涡带控制装置，包括能沿竖直方向自由滑动地安装在水轮机尾水管内的支撑杆、呈环形分布铰接在支撑杆上的若干扇叶片以及用于驱动扇叶片绕各自铰接点转动实现呈伞状开合以调整扇叶片的开合角度的开合机构。通过开合机构对扇叶片的开合角度进行调整，使扇叶片穿过剪切层区域，当剪切层遇到扇叶片时，扇叶片可以阻断交界面的流体相对运动，进而阻断流体涡丝汇聚成螺旋形涡带。本发明通过调控滑块上下移动实现扇叶片的角度调整，并通过动力机构驱动支撑杆上下移动对扇叶片的高度位置进行调整，可以根据水轮机的实际工况将扇叶片调整至最佳的使用角度和高度，从而最大程度破坏剪切层，实现最佳的涡带控制效果。技术研发人员：唐晓丹,白治朋,周星,孙海清,伍白帆,黄暄,陈捷平,朱奎旭受保护的技术使用者：三峡金沙江云川水电开发有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/15