一种水泵水轮机过流部件连接结构的制作方法

本发明涉及泵体制造，尤其是涉及一种水泵水轮机过流部件连接结构。

背景技术：

1、水泵水轮机组的重要结构部件中，顶盖和座环通常采用连接螺栓把合，保证顶盖和座环结构间不发生相对位移、不漏水。目前水泵水轮机顶盖多从上方，通过法兰、螺栓与座环连接，顶盖承受巨大水压力，该作用力通过螺栓传递给座环，由座环传递到混凝土基础。因而此连接螺栓成为薄弱环节，该螺栓断裂会给电站带来毁灭性事故。

2、如申请号为cn201920758556.5的中国专利，提供了一种水轮机的组合式顶盖结构，包括外顶盖和内顶盖，外顶盖设置于水轮机的座环上，在外顶盖与内顶盖之间设置有水腔，水腔连通水轮机的过流通道，且水腔通过排水管连通尾水锥管。在检修水轮机时，只需要拆除组合式顶盖结构的内顶盖即可，拆卸时先拆掉内顶盖上环板与外顶盖上环板的连接螺栓，再向上取出内顶盖。

3、上述方案中，通过设置的水腔一方面能够大幅降低水轮机过流通道内的压力，起到缓冲水流冲击的作用，另一方面能够将过流通道内的含沙水流通过水腔和排水管排除，从而提高水轮机过流通道的抗磨能力。但是仍未解决顶盖承受水压时，一旦出现顶盖或底环与座环连接螺栓发生断裂而引起流道水淹没机组厂房的事故。

技术实现思路

1、针对背景技术中提到的现有技术中由于顶盖所承受的压力通过螺栓传递给座环，由座环传递到混凝土基础，因此连接螺栓成为薄弱环节，该螺栓断裂会给电站带来毁灭性事故的问题，本技术提供了一种水泵水轮机过流部件连接结构，通过对连接结构的创新设计和技术优化，实现了系统稳定性、密封性、智能监测和维护便利性的综合提升，为水泵水轮机的设计和应用提供了新的思路和技术路径。

2、为了实现上述目的，本发明公开了一种水泵水轮机过流部件连接结构，包括水轮机基座，水轮机基座上包括有座环和设置于座环上的顶盖； 其中顶盖外缘设置有第一法兰，顶盖通过第一法兰与座环连接，顶盖与座环连接后整体埋入混凝土基础中；其中一部分顶盖承受的水压力直接通过法兰的接触面传递给座环，并由座环传递到混凝土基础；一部分顶盖承受的水压力直接传递给混凝土基础。

3、传统的设计中，顶盖通常从上方通过螺栓与座环连接，而本发明将顶盖从座环下方提升到位并通过法兰连接，然后一同埋入混凝土基础中。这种方法使得顶盖承受的水压力不再直接通过螺栓传递，而是通过法兰的接触面直接传递给座环，进而传递到混凝土基础。这种设计显著减少了对连接螺栓的依赖，极大地提高了结构的稳定性和安全性。技术上，通过改变传力途径，减轻了螺栓的负载，有效防止了因螺栓断裂带来的风险。这种设计不仅改善了顶盖与座环之间的力学传递机制，也为类似的工程设计提供了新的视角和方法。

4、作为优选，所述水轮机基座包括有下拆式底环，所述下拆式底环设置于座环底部，所述下拆式底环底部设置有尾水锥管，所述水轮机底座还包括设置于尾水锥管下端的基础环。底环作为连接座环和尾水锥管的重要部件，采用了下拆式设计，安装在座环底部，并与尾水锥管紧密相连。这种设计带来了几个关键优势：首先，通过底环的下拆式设计及尾水锥管的强有力的支撑，大部分底环向下水压力通过其与尾水锥管接触面传递给尾水锥管，极大减弱了底环受力通过螺栓向座环的传递，加强了座环与底环之间的连接，大大降低了因连接螺栓断裂而引起的风险，从而提高了系统的安全性和稳定性。其次，底环的设计使得其能够直接承受来自尾水锥管的轴向力，即底环与尾水锥管之间轴向力传递是通过接触的法兰面，而不是通过连接螺栓传递，这进一步减少了结构的脆弱点，增强了系统的耐久性和可靠性。最后，底环与基础环的结构设计，以及尾水锥管的支撑设置，整个系统中主要轴向力的传递绝大部分通过接触面受压的方式直接传递，螺栓连接仅作为辅助，确保了整个连接系统的坚固性和稳定性，使其能够在长期运行中承受高压水流的冲击和力量的作用。

5、进一步的，所述尾水锥管为锥型加强结构，所述尾水锥管支撑设置于底环与基础环间。尾水锥管作为连接底环和基础环的关键部件，其锥型结构使其能够更有效地承受底环传来的轴向力，并将其传递到基础环上。这种设计有助于平衡结构受力，减少应力集中，从而提高了整个连接系统的稳定性和耐久性。此外，尾水锥管的支撑设置于底环与基础环之间，进一步加强了连接系统的支撑和稳定性，确保了其能够在各种工况下安全可靠地运行。通过优化尾水锥管的结构和支撑方式，使其能够更好地承受力量并保持结构的稳定性，为水泵水轮机连接系统的设计提供了新的思路和方法。

6、进一步的，所述尾水锥管外缘设置有伸缩法兰，所述尾水锥管通过伸缩法兰连接基础环。尾水锥管的伸缩法兰设计是为了适应结构的制造、安装等各种偏差，而保持密封。通过伸缩法兰的使用，可以保持尾水锥管与基础环之间的连接弹性，从而减少结构受力时产生的应力集中，提高了整个系统的可靠性和耐久性。本方案提供了一种既能承受力量又能适应动态环境变化的连接方式，特别适用于大型机械设施，其中微小的结构变动可能引起系统级的功能故障。

7、作为优选，所述尾水锥管底部设置有第二法兰，所述第二法兰与基础环之间设置有调节垫板。调节垫板的使用是为了确保尾水锥管与基础环之间的精确配合，允许进行现场调整，以补偿安装时的不精确或长期运行中的位移。第二法兰与调节垫板之间的设计关键在于它提供了一种灵活的连接方式，以适应不同安装和运行条件下的需求，确保连接的密封性和结构的整体稳定性。这提高了装配的灵活性，还通过调节垫板的使用优化了力的分布，从而提高了整体结构的可靠性和维护的便捷性。

8、作为优选，所述第二法兰与基础环之间设置有第一密封条，所述伸缩法兰与基础环之间设置有第二密封条，所述伸缩法兰与第二法兰之间设置有第三密封条。第一密封条位于第二法兰与基础环之间，第二密封条位于伸缩法兰与基础环之间，第三密封条位于伸缩法兰与第二法兰之间。这些密封条的设置是为了确保在动态和静态条件下，所有连接点都保持严密无泄漏，尤其是在水力设施中，任何微小的漏水都可能导致效率下降或设备损坏。从技术上讲，这种多重密封设计增加了系统的冗余安全，保证了长期运行中的可靠性和稳定性，这在水轮机等大型水力设备中尤为重要，因为这些设备常常承受巨大的水压和复杂的环境条件。

9、作为优选，所述座环包括有导引凹槽，所述第一法兰嵌合设置于导引凹槽内。导引凹槽的存在使得第一法兰能够准确地嵌入其中，确保了连接的精确性和稳定性。这种设计的优势在于提供了一种可靠的连接方式，使得第一法兰能够正确地定位并固定在座环上，避免了因安装不当而导致的连接失效或松动。此外，导引凹槽还有助于简化安装过程，减少了人为错误的可能性，提高了系统的装配效率和可靠性。充分考虑连接过程中的精度和稳定性要求，通过导引凹槽的设置，使得连接操作更加简单和可靠。

10、作为优选，所述下拆式底环与座环通过固定螺栓连接，所述固定螺栓顶部与混凝土基础抵合。这些固定螺栓的顶部与混凝土基础抵合，确保了整个连接系统的稳定性和安全性。这种设计的优势在于通过将螺栓顶部与混凝土基础抵合，增强了底环与座环之间的连接稳定性，从而减少了由于螺栓断裂而引起的潜在风险。此外，固定螺栓的设置也简化了连接系统的安装过程，提高了系统的装配效率和可靠性，更重要的是，通过固定螺栓抵接混凝土基础，使得下拆式底环所承受的径向力传递至混凝土基础，使得连接系统能够在长期运行中保持稳定和可靠。

11、作为优选，所述顶盖内侧设置有一个用于压力监测的传感器网络，该传感器网络能够实时监测顶盖承受的水压力，并通过无线方式将数据发送到控制系统；所述传感器网络可检测顶盖与座环接触面的压力分布。通过在关键承压部位集成传感器，实现了对结构承受压力的实时监测和管理，极大增强了系统的智能化和自适应能力。技术上，这种设计不仅有助于及时发现结构可能存在的问题，预防故障发生，还能通过数据分析优化维护计划和寿命管理。此外，通过实时监控压力分布，可以及时预警，从而提高整个水轮机的运行效率和安全性。这种智能化的集成解决方案为水轮机等大型机械设备提供了更高层次的操作和维护策略，标志着水轮机设计向智能化、数据驱动的方向发展。

12、因此，本发明具有如下有益效果：

13、连接结构的稳定性和耐久性增强：通过对顶盖、座环、底环等关键部件之间的连接方式进行重新设计，减少了对连接螺栓的依赖。顶盖与座环之间具有不依赖螺栓直接传传递轴向力的能力，这种改变有效避免了螺栓断裂导致的潜在风险，确保了连接结构在长期运行中的稳定性和耐久性。顶盖埋入混凝土的形式，极大的提高了顶盖的刚度、及其抗振性能。此外，通过下拆式底环的加强设计和加强型尾水锥管管的支撑结构，进一步提升了座环与基础之间的支撑和连接强度，使连接螺栓不再是作用力的传递主要部件，确保整体结构的坚固性。

14、智能监测与维护：在顶盖内侧设置的压力监测传感器网络提供了对连接结构的实时监控，使系统能够及时发现并应对潜在问题。通过无线传输数据到控制系统，可以进行远程监测，及时发现结构受力是否平衡和压力是否均匀分布。这种设计不仅提高了系统的智能化水平，还能够根据监测数据进行预防性维护，从而合理安排设备的运行周期，避免重大事故的发生。

15、安装与维护的便利性：通过导引凹槽与法兰之间的嵌合设计，以及在连接部位引入调节垫板和固定螺栓的设置，使得连接结构的安装和调整变得更加简单。导引凹槽确保了法兰连接的精确性，而调节垫板和固定螺栓的设置提供了灵活调整的可能性。这些设计减少了安装和维修过程中的人为错误，提高了装配效率，同时确保了整体结构在长期运行中的稳定性和安全性。