本發(fā)明大體涉及水力渦輪，且更具體而言，涉及水力渦輪的轉(zhuǎn)輪單元。本發(fā)明也可應(yīng)用于潮汐渦輪。

背景技術(shù)：

如熟知的那樣，水力發(fā)電站布置成將河和/或湖以及海潮的勢能和動能轉(zhuǎn)化成電。渦輪殼體可包括卡普蘭(kaplan)或球頭轉(zhuǎn)輪單元，其包括配合在其上的多個葉片，葉片被水流移動。卡普蘭或球頭轉(zhuǎn)輪與旋轉(zhuǎn)軸成整體，旋轉(zhuǎn)軸與發(fā)電機(jī)協(xié)作。

雙調(diào)節(jié)渦輪傳統(tǒng)地在流量方面具有平坦的性能山丘圖，盡管如此，可觀察到在滿負(fù)載下的顯著效率下降，由于引流管的性能不良。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目標(biāo)在于通過提供基本根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求1限定的用于水力渦輪的轉(zhuǎn)輪單元而解決前述技術(shù)問題。

本發(fā)明的另一個目標(biāo)在于提供基本在從屬權(quán)利要求8中限定的水力渦輪。

觀察到，增加在葉片和轉(zhuǎn)輪轂之間在葉片下游處的間隙被揭示為解決上面提到的技術(shù)問題的高效的解決方案。間隙增大可通過使最大葉片角度和因此葉片縮減量(cutback)增大到看起來達(dá)到目標(biāo)滿負(fù)載運(yùn)行點(diǎn)所需要的量來執(zhí)行。通過這樣做，內(nèi)邊緣葉片和轂之間的間隙在葉片軸線的下游和上游增大。這稱為“過度傾斜”。下游和上游的間隙可根據(jù)所述渦輪的可實(shí)現(xiàn)的性能而不同地管理。

通過這樣做，在使用較發(fā)散的轉(zhuǎn)輪末梢時(shí)，主要在滿負(fù)載下，觀察到水力效率的顯著改進(jìn)。但是，在最佳負(fù)載下，其可能顯得需要減小這種間隙，以便至少將運(yùn)行保持在高效率下。

如根據(jù)示例性和非限制性實(shí)施例的詳細(xì)描述將顯而易見的那樣，根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)輪單元允許調(diào)節(jié)在轉(zhuǎn)輪端部末梢部分和葉片的內(nèi)邊緣下游且在轉(zhuǎn)輪端部末梢部分和葉片的內(nèi)邊緣之間的間隙。這個間隙取決于轉(zhuǎn)輪葉片的角度位置而改變。

在高負(fù)載下，雙調(diào)節(jié)渦輪的轉(zhuǎn)輪端部末梢部分處于升高位置，即縮回位置，以便允許有發(fā)散的轉(zhuǎn)輪末梢且因此允許在引流管圓錐部的中心部分處，在轉(zhuǎn)輪下方且在引流管本身處有更好的流饋送。

在這個位置的轉(zhuǎn)輪端部末梢部分還顯示與通過過度傾斜傳統(tǒng)轉(zhuǎn)輪轂的葉片來獲得的水力性能類似的水力性能。

對于需要較低的葉片角度值的較低的負(fù)載，轉(zhuǎn)輪端部末梢部分相對于轉(zhuǎn)輪本體向下游移動(根據(jù)軸向流方向)，以達(dá)到抽出位置。這種運(yùn)行構(gòu)造允許具有與借助于葉片的過度傾斜與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)輪轂獲得的構(gòu)造類似的構(gòu)造。

有利地，過度傾斜的一組葉片允許達(dá)到較高的輸出，由于有較高的葉片角度值。

因此，還允許將可在一些轉(zhuǎn)輪設(shè)計(jì)上觀察到的功率飽和度轉(zhuǎn)變到較高流量。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供用于水力渦輪的轉(zhuǎn)輪單元，其包括轉(zhuǎn)輪本體、至少一個可旋轉(zhuǎn)地安裝在轉(zhuǎn)輪本體上的葉片和端部末梢部分，其中端部末梢部分可相對于轉(zhuǎn)輪本體在伸展運(yùn)行位置和縮回運(yùn)行位置之間移動。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方面，轉(zhuǎn)輪單元包括設(shè)置在可旋轉(zhuǎn)葉片和端部末梢部分之間的機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)構(gòu)造成基于葉片的旋轉(zhuǎn)角度而調(diào)節(jié)端部末梢部分的位置。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方面，該機(jī)構(gòu)包括活塞，其適于沿著轉(zhuǎn)輪單元的軸進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動，且具有聯(lián)接到葉片以使其旋轉(zhuǎn)的上游部分和與轉(zhuǎn)輪端部末梢成整體的下游部分。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方面，端部末梢部分包括環(huán)形密封部件，其聯(lián)接到活塞的下游部分。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方面，環(huán)形密封部件在端部末梢部分處于縮回運(yùn)行位置時(shí)位于轉(zhuǎn)輪本體的內(nèi)部，且在端部末梢部分處于伸展運(yùn)行位置時(shí)突伸出轉(zhuǎn)輪本體。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方面，葉片借助于耳軸部分可旋轉(zhuǎn)地配合在轉(zhuǎn)輪本體上，耳軸部分具有聯(lián)接到活塞的環(huán)形桿。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方面，環(huán)形桿包括銷，其相對于環(huán)形桿的旋轉(zhuǎn)軸線偏心，銷容納在連接到活塞的連桿中。

附圖說明

在參照附圖閱讀僅為了例示的目的而給出的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的以下非限制性描述時(shí)，本發(fā)明的目標(biāo)、優(yōu)點(diǎn)和其它特征將變得更加顯而易見，在附圖中，類似參考標(biāo)號可用來表示類似元件，且其中：

圖1顯示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的轉(zhuǎn)輪單元的正視截面圖；

圖2顯示根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)輪單元的正視截面圖，其中根據(jù)在本文檔中在之前描述的兩個不同的位置而設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)輪末梢；

圖3顯示根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)輪單元的正視截面圖，這時(shí)端部末梢部分處于縮回運(yùn)行位置；

圖4顯示根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)輪單元的正視截面圖，這時(shí)端部末梢部分處于抽出運(yùn)行位置。

現(xiàn)在將參照附圖來描述示例性優(yōu)選實(shí)施例。

具體實(shí)施方式

參照圖1，顯示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的大體以參考標(biāo)號100表示的轉(zhuǎn)輪單元。轉(zhuǎn)輪單元100包括轉(zhuǎn)輪本體2，多個葉片3可旋轉(zhuǎn)地配合在其上。在本文描述的示例中，轉(zhuǎn)子本體2包括四個葉片，但是將理解，轉(zhuǎn)子本體2可僅包括一個葉片。轉(zhuǎn)輪本體2以末梢部分21結(jié)束。

轉(zhuǎn)輪本體2在內(nèi)部為空心的且包括大體以標(biāo)號40表示的內(nèi)部機(jī)構(gòu)，內(nèi)部機(jī)構(gòu)對葉片3起作用，從而使其圍繞軸線r旋轉(zhuǎn)，軸線r基本布置成垂直于葉片3配合在其上的轉(zhuǎn)輪本體2的外表面。但是，將理解，軸線r可相對于葉片配合在其上的轉(zhuǎn)輪本體2的外表面具有任何傾斜，這取決于選擇的特定設(shè)計(jì)。葉片3的槳距通過機(jī)構(gòu)40來調(diào)節(jié)，這取決于運(yùn)行狀況，以便最大化能量轉(zhuǎn)化過程的效率。

對于轉(zhuǎn)輪單元100，限定存在于葉片3的內(nèi)邊緣31和端部末梢部分21之間的間隙，且間隙取決于轉(zhuǎn)輪單元100的選定幾何結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)在參照下一個圖2，顯示根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)輪單元1的正視截面圖。轉(zhuǎn)輪單元1包括轉(zhuǎn)輪本體2，多個葉片3可旋轉(zhuǎn)地配合在轉(zhuǎn)輪本體2上且可圍繞軸線r旋轉(zhuǎn)。

如對于前面的情況，在本非限制性示例中的轉(zhuǎn)輪本體2包括四個葉片，但是將理解，其可包括一個或多個葉片。

轉(zhuǎn)輪本體2以端部末梢部分21終止。

沿著轉(zhuǎn)輪單元1的水流使通常通過栓接而與軸11成整體的轉(zhuǎn)輪本體2圍繞中心軸線z旋轉(zhuǎn)，以便發(fā)電。

根據(jù)本發(fā)明，端部末梢部分21可相對于轉(zhuǎn)子本體2和軸11在伸展或下側(cè)運(yùn)行位置和縮回或內(nèi)側(cè)運(yùn)行位置之間移動。特別地，圖2在同一截面上顯示兩個不同的位置：在右側(cè)，端部末梢部分21被抽出且向下突伸，而在左側(cè)，顯示轉(zhuǎn)輪單元1，其使端部末梢部分21處于完全縮回位置。

對于根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)輪單元1，可有利地調(diào)節(jié)在葉片3的內(nèi)邊緣31和端部末梢部分21之間的現(xiàn)有間隙，這取決于運(yùn)行流狀況，以最大化效率。

根據(jù)優(yōu)選和非限制性實(shí)施例，轉(zhuǎn)輪單元1包括內(nèi)部機(jī)構(gòu)4，其設(shè)置在可旋轉(zhuǎn)葉片3和端部末梢部分21之間。更具體而言，機(jī)構(gòu)4構(gòu)造成對葉片起作用且使其圍繞軸線r旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，機(jī)構(gòu)4也可與端部末梢部分21相關(guān)聯(lián)，如下面將描述的那樣，且構(gòu)造成基于葉片3的旋轉(zhuǎn)角度調(diào)節(jié)端部末梢部分21的位置。

轉(zhuǎn)到下一個圖3，顯示轉(zhuǎn)輪單元1處于縮回運(yùn)行位置。

為了清楚的原因，現(xiàn)在顯示葉片3的正視圖。

機(jī)構(gòu)4包括活塞41(在圖2中可見)，其適于沿著轉(zhuǎn)輪單元1的軸11進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動。活塞41的運(yùn)動可借助于油型驅(qū)動器(未顯示)實(shí)現(xiàn)。活塞41包括聯(lián)接到葉片3以使其旋轉(zhuǎn)的上游部分411，以及與端部末梢部分21成整體的下游部分412。

葉片3借助于包括桿32的耳軸部分可旋轉(zhuǎn)地配合在轉(zhuǎn)輪本體2上。桿32包括銷321，其布置成相對于葉片旋轉(zhuǎn)軸線r(在這個優(yōu)選實(shí)施例中，其基本垂直于圖的截面平面且因而不可見)偏心，銷321又借助于連桿部件322連接到活塞41?；钊?1的沿著軸11的運(yùn)動使桿32圍繞葉片軸線r旋轉(zhuǎn)且因而這種旋轉(zhuǎn)傳遞給葉片3。

端部末梢部分21包括環(huán)形密封部件211，其聯(lián)接到活塞41的下游部分412。在端部末梢部分21處于縮回運(yùn)行位置時(shí)，如圖3中顯示，環(huán)形密封部件211位于轉(zhuǎn)輪本體2的內(nèi)部。實(shí)際上，在這個構(gòu)造中，葉片3的槳距使得活塞41處于上側(cè)位置。

現(xiàn)在參照最后的圖4，顯示轉(zhuǎn)輪單元1，其中端部末梢部分21處于抽出運(yùn)行位置。抽出的端部末梢部分21與葉片在順時(shí)針方向上的旋轉(zhuǎn)相關(guān)聯(lián)。隨著活塞41向下移動，葉片3在順時(shí)針方向上旋轉(zhuǎn)且環(huán)形密封部件211突伸出轉(zhuǎn)輪本體2。照這個方式，端部末梢部分21可相對于轉(zhuǎn)輪本體2移動，以便調(diào)節(jié)端部末梢部分21和葉片3的內(nèi)邊緣之間的間隙。

在本文描述的示例性實(shí)施例中，參照與葉片3相關(guān)聯(lián)的機(jī)構(gòu)4，但是要理解，機(jī)構(gòu)4還以類似的方式與所有配合到轉(zhuǎn)子本體2上的所有葉片相關(guān)聯(lián)。因此，活塞41的運(yùn)動將導(dǎo)致所有葉片同步旋轉(zhuǎn)。

還要理解，端部末梢部分21的運(yùn)動可利用分開的伺服馬達(dá)實(shí)現(xiàn)，伺服馬達(dá)不直接連結(jié)到與葉片的旋轉(zhuǎn)相關(guān)聯(lián)的機(jī)構(gòu)。

雖然結(jié)合僅有限數(shù)量的實(shí)施例來詳細(xì)描述本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)容易理解，本發(fā)明不限于這種公開的實(shí)施例。相反，本發(fā)明可修改，以結(jié)合此前未描述的但是與本發(fā)明的精神和范圍相一致的任何數(shù)量的變型、改變、替代或等效布置。另外，雖然描述了本發(fā)明的多個實(shí)施例，但是要理解，本發(fā)明的各方面可包括僅一些所描述的實(shí)施例。因此，本發(fā)明不應(yīng)當(dāng)看作由前述描述限制，而是僅由所附權(quán)利要求的范圍限制。