整裝斜擊立式高效水輪發(fā)電機(jī)組的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及水力發(fā)電設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種整裝斜擊立式高效水輪發(fā)電機(jī)組。
【背景技術(shù)】
[0002]目前的斜擊式水輪發(fā)電機(jī)組通常為臥式分散型，即水輪機(jī)與發(fā)電機(jī)均為獨(dú)立設(shè)備，安裝時(shí)臥置在廠房地面上，水輪機(jī)主軸中間裝配轉(zhuǎn)輪部件，兩端有密封結(jié)構(gòu)及軸承支點(diǎn)，通過彈性聯(lián)軸器連接發(fā)電機(jī)主軸。如圖1至4所示，由于臥式分散型水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪高度較為低矮，為了保證水流能夠以合適的角度噴射水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，現(xiàn)有的引水方式均為在廠房地面以下開挖進(jìn)水機(jī)坑，安裝引水壓力管、閥門、進(jìn)水彎管和噴水彎管，水流先經(jīng)過90°或45°的進(jìn)水彎管，再經(jīng)90°或45°噴水彎管，水流進(jìn)入噴嘴機(jī)構(gòu)。
[0003]臥式分散型水輪發(fā)電機(jī)組存在以下問題:(I)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件多，制造成本高；
(2)臥式布置占地面積大；(3)部件多而散，無法整裝整機(jī)出廠，需現(xiàn)場安裝調(diào)試，安裝、檢修繁瑣、復(fù)雜，就位安裝時(shí)間長，各類風(fēng)險(xiǎn)及成本增加；(4)固定機(jī)組地腳螺栓面廣點(diǎn)多，夕卜加機(jī)坑開挖與鑲砌，土建投資加大；(5)引水水流轉(zhuǎn)彎角度大，壓力損失大；轉(zhuǎn)輪出水橫向再轉(zhuǎn)立向，均影響水力性能，從而降低轉(zhuǎn)化效率與發(fā)電效率；(6)傳動部件多，影響傳動效率，增加后續(xù)運(yùn)行維護(hù)、檢修成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題，在于提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、安裝檢修方便、效率高、進(jìn)水管路布局簡單的整裝斜擊立式高效水輪發(fā)電機(jī)組。
[0005]本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的:整裝斜擊立式高效水輪發(fā)電機(jī)組包括斜擊式水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、進(jìn)水管閥和尾水機(jī)坑，發(fā)電機(jī)和斜擊式水輪機(jī)在垂直方向上布置，斜擊式水輪機(jī)位于發(fā)電機(jī)之下和尾水機(jī)坑之上，進(jìn)水管閥由噴嘴機(jī)構(gòu)與斜擊式水輪機(jī)連通，噴嘴機(jī)構(gòu)位于斜擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪之上，并且噴嘴機(jī)構(gòu)的流體噴射方向朝向斜擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，發(fā)電機(jī)的主軸延伸入斜擊式水輪機(jī)機(jī)體中并作為斜擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪主軸與轉(zhuǎn)輪裝配結(jié)合聯(lián)動。采用以上設(shè)計(jì)，一方面，由于垂直方向布置發(fā)電機(jī)組取消了彈性聯(lián)軸器，直接由發(fā)電機(jī)主軸延伸入斜擊式水輪機(jī)機(jī)體中并作為斜擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪主軸與轉(zhuǎn)輪裝配結(jié)合聯(lián)動，使得發(fā)電機(jī)與斜擊式水輪機(jī)由傳統(tǒng)上的分離連接變?yōu)榫o湊連接，從而減少傳動部件，提高傳動效率，同時(shí)，由于結(jié)構(gòu)簡單，使得水輪發(fā)電機(jī)組的后續(xù)運(yùn)行維護(hù)以及檢修成本大幅度減少。當(dāng)然，發(fā)電機(jī)、斜擊式水輪機(jī)和尾水機(jī)坑的連接可以是可拆卸的，方便維護(hù)與維修。另一方面，斜擊式水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)和尾水機(jī)坑均處于垂直方向上，且只有尾水機(jī)坑布置在地面下，斜擊式水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)均在尾水機(jī)坑上方，不會占用地面，這樣，使得發(fā)電機(jī)組的占地面積至少縮小二分之一以上。此外，斜擊式水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)和尾水機(jī)坑垂直方向緊湊連接，減少了中間傳動環(huán)節(jié)，有效的減少了易損件的使用，使得水輪發(fā)電機(jī)組可在工廠內(nèi)整體裝配、調(diào)試完成后，直接運(yùn)至電站廠房定位安裝便可投入使用，省工省力省錢。另外，由于易損件使用量較少，使得后續(xù)設(shè)備維護(hù)要求降低、費(fèi)用減少。噴嘴機(jī)構(gòu)位于斜擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的上方，并且其流體噴射方向朝向斜擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，這樣，在使用的時(shí)候，高速流體斜擊轉(zhuǎn)輪后，在重力的作用下，流體能夠迅速流入尾水機(jī)坑，不會殘留在斜擊式水輪機(jī)上。為了保證能夠達(dá)到最好的發(fā)電效果，噴嘴機(jī)構(gòu)的方向可以根據(jù)斜擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪或其他因素進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)然，噴嘴機(jī)構(gòu)噴射流體的射程和噴射量也是可以根據(jù)實(shí)際情況需要進(jìn)行調(diào)整。發(fā)電機(jī)的主軸延伸入斜擊式水輪機(jī)機(jī)體中并作為斜擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪主軸與轉(zhuǎn)輪裝配結(jié)合聯(lián)動，即斜擊式水輪機(jī)與發(fā)電機(jī)共用一個(gè)主軸，不存在中間聯(lián)軸器傳動環(huán)節(jié)。這樣，使得發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)緊湊簡單，布置合理，能夠有效減少發(fā)電機(jī)組的占地面積，極大的降低了廠房投資成本。
[0006]本實(shí)用新型的進(jìn)水管閥包括噴水彎管和進(jìn)水管路，噴水彎管的出水口通過噴嘴機(jī)構(gòu)與斜擊式水輪機(jī)連通，噴水彎管的進(jìn)水口與進(jìn)水管路連通，噴水彎管出水口的出水方向與進(jìn)水口的進(jìn)水方向之間夾角小于45°。目前市場上的水輪發(fā)電機(jī)組都采用90°或45°的噴水彎管，但對于高速水流來說，噴水彎管的角度會直接影響水壓大小以及射程遠(yuǎn)近(水高速流動時(shí)，水的動能克服管壁的阻力做功，消耗水的動能，從而對水壓造成損失)，噴水彎管角度越大，對水壓的損失會越大。本實(shí)用新型中，取消了 90°或45°進(jìn)水彎管，且不使用傳統(tǒng)的90°或45°的噴水彎管，而采用出水口的出水方向與進(jìn)水口的進(jìn)水方向之間夾角小于45°的噴水彎管替代，采用這種設(shè)計(jì)，避免了在噴水彎管和進(jìn)水管路中使用大角度的彎頭設(shè)計(jì)，能夠有效的減少高速水流至少75%的彎頭損失，提高了水能利用效率。此夕卜，傳統(tǒng)的進(jìn)水管閥在進(jìn)入廠房后的進(jìn)水管路中需經(jīng)至少90°或45°進(jìn)水彎管，再經(jīng)至少90°或45°噴水彎管后到達(dá)噴嘴機(jī)構(gòu)，中間需要通過伸縮節(jié)連接或法蘭連接將兩個(gè)管道形成一個(gè)整體，其密封性和抗沖擊能力容易受環(huán)境的影響。而本實(shí)用新型由于只需要一個(gè)噴水彎管，且彎管夾角小于45°，該噴水彎管可以一體成型，避免了通過伸縮節(jié)連接或法蘭連接的噴水彎道在高水壓高流速的沖擊下，連接處發(fā)生變形或滲漏的情況，有效的保證了噴水彎道的密封性和壽命。
[0007]本實(shí)用新型的噴水彎管的進(jìn)水口的進(jìn)水方向?yàn)樗竭M(jìn)水，噴水彎管的出水口的出水方向與噴嘴機(jī)構(gòu)朝向斜擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的噴射方向一致。采用最簡單的噴水彎管進(jìn)出水，既不會對高速水流造成損失，也能夠最有效的保證水能的利用效率；此外，噴水彎管的出水口的出水方向與噴嘴機(jī)構(gòu)朝向斜擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的噴射方向一致，這樣，在使用的時(shí)候，可以通過調(diào)整噴水彎管的方向?qū)崿F(xiàn)控制噴嘴機(jī)構(gòu)的方向。
[0008]本實(shí)用新型的噴水彎管出水口的出水方向與進(jìn)水口的進(jìn)水方向之間夾角為22.5°。斜擊式水輪機(jī)有一個(gè)最佳的射流方向。噴水彎管出水口的出水方向與進(jìn)水口的進(jìn)水方向之間夾角過大，使得高速水流力的方向與斜擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)的方向夾角過大，偏離最佳射流方向，從而導(dǎo)致能量轉(zhuǎn)換率低下(水的動能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能)；噴水彎管出水口的出水方向與進(jìn)水口的進(jìn)水方向之間夾角過小會導(dǎo)致噴水彎管不能適用斜擊式轉(zhuǎn)輪。優(yōu)選的，本實(shí)用新型經(jīng)過多次試驗(yàn)并結(jié)合多年來的傳統(tǒng)機(jī)組運(yùn)行及檢修維護(hù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，采用了彎管出水口的出水方向與進(jìn)水口的進(jìn)水方向之間夾角為22.5°，能夠在保證最佳的射流方向的同時(shí)，適用所有類型的斜擊式水輪機(jī)。
[0009]本實(shí)用新型的噴水彎管和進(jìn)水管路均位于安裝斜擊式水輪機(jī)的地基水平面之上。這樣，噴水彎管和進(jìn)水管路布局簡單、限制小，使得整機(jī)在廠房內(nèi)的裝機(jī)位置點(diǎn)有多種選擇，而且當(dāng)需要移動時(shí)，無需對進(jìn)水管路坑道進(jìn)行開挖與鑲砌，減少土建投資；此外，管路不在機(jī)坑內(nèi)方便裝拆、檢修、維護(hù)。
[0010]本實(shí)用新型的進(jìn)水管路為直管，進(jìn)水管路的軸線與噴水彎管進(jìn)水口截面軸心重合。一方面，軸心重合使得管壁的阻力最小，高速水流在管內(nèi)流動時(shí)，動能損失最小，最有效的保證水能的利用效率；另一方面，進(jìn)水管路與噴水彎管的軸心重合，便于連接，不易變形，而且密封性和抗沖擊能力最好。進(jìn)水管路與噴水彎管的連接可以采用法蘭連接或伸縮節(jié)連接。
[0011 ] 本實(shí)用新型的噴嘴機(jī)構(gòu)的流體噴射方向朝向水平設(shè)置的斜擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的上表面，流體經(jīng)過轉(zhuǎn)輪后從轉(zhuǎn)輪下表面垂直向下出液。這樣，在使用的時(shí)候，噴嘴機(jī)構(gòu)噴射的流體斜擊轉(zhuǎn)輪后，在重力的作用下，流體能夠從轉(zhuǎn)輪下表面垂直向下流入尾水機(jī)坑，不會殘留在斜擊式水輪機(jī)上對其造成損壞，也不會給斜擊式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)動帶來負(fù)擔(dān)，相反的，在斜擊式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)動下，能夠會加速流體的出液。
[0012]本實(shí)用新型發(fā)電機(jī)的主軸上設(shè)有用于承受沿主軸向下軸向力的支承結(jié)構(gòu)。支承結(jié)構(gòu)可以設(shè)置一個(gè)或者多個(gè)。優(yōu)選的，支承結(jié)構(gòu)可以是導(dǎo)軸承，在使用的時(shí)候，導(dǎo)軸承可以承受發(fā)電機(jī)和斜擊式水輪機(jī)主軸的徑向力，使主軸穩(wěn)定保持在中心位置。本實(shí)用新型的水輪發(fā)電機(jī)組主軸上承受的沿主軸向下軸向力包括主軸的重力，和/或斜擊式轉(zhuǎn)輪的重力，和/或發(fā)電機(jī)相關(guān)零件(如轉(zhuǎn)子等)的重力，和/或水流沖