本實用新型涉及一種水輪機，尤其涉及一種泵旋向水力啟動可逆水輪機。

背景技術：

目前中大型混流式可逆水輪發(fā)電機組，泵旋向工況直接由電網(wǎng)給電動機供電的啟動方式會對電網(wǎng)造成很大的沖擊，通常均需要將機組轉動起來至同步轉速，然后同期并網(wǎng)。這需要昂貴的啟動設備、復雜的操作程序、且附加設備占用空間也比較大，如普遍采用的變頻器啟動、背靠背啟動方式。變頻器使用時會產(chǎn)生諧波，成為電網(wǎng)系統(tǒng)的諧波源，同時造成廠用電系統(tǒng)電壓畸形；背靠背啟動需要專用的勵磁設備和專用的啟動母線及開關設備以及另外的發(fā)電機組，啟動過程操作復雜且電站的最后一臺機組無法啟動，還需要其他啟動設備。由于啟動設備構成復雜，因而發(fā)生故障的風險也比較高，操作復雜人工失誤風險也會增加。

技術實現(xiàn)要素：

為了克服目前中大型可逆機組泵旋向工況啟動操作復雜、設備昂貴、設備占用空間大等缺點，本實用新型提供了一種能夠適應泵旋向工況快速啟動的可逆水輪機及其工作方法，機組利用水能啟動，通過操作針型閥控制進入機組的水流量，調整機組轉速，達到同步轉速時同期并網(wǎng)，進入泵旋向工況運行，操作簡單迅速，對電網(wǎng)系統(tǒng)無沖擊、無諧波影響，不需要單獨增加設備空間，節(jié)約投資同時降低了啟動失敗的風險。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：一種泵旋向水力啟動可逆水輪機，包括環(huán)管、伸縮節(jié)、頂蓋、主軸、座環(huán)、活動導葉、尾水管和轉輪，所述環(huán)管上連接有針型閥和操作針型閥開啟、關閉的針型閥操作裝置，所述頂蓋上設有引水室，所述轉輪上設有轉輪主通道和轉輪副通道，所述針型閥的進水端連通機組進水閥后的壓力鋼管，針型閥的出水端連接環(huán)管，所述環(huán)管連接多個伸縮節(jié)，所述伸縮節(jié)與頂蓋上的引水室連通，所述引水室出口與轉輪副通道外緣開口對應，所述轉輪副通道內側開口與尾水管連通，所述座環(huán)為整個水輪機的安裝基礎，座環(huán)內側連通活動導葉，所述活動導葉內側與轉輪主通道外緣開口對應，所述轉輪主通道內側開口連通尾水管，所述主軸與轉輪連接傳遞扭矩。

優(yōu)選地，所述頂蓋上安裝有用于支撐主軸的水導軸承，所述主軸上設有防止流道水通過頂蓋與主軸之間泄漏的主軸密封，所述主軸密封位于水導軸承下方。

優(yōu)選地，所述轉輪包括轉輪本體和安裝主軸的軸孔，所述轉輪本體包括上冠、主葉片、中間環(huán)、副葉片和下環(huán)，所述副葉片連接于上冠和中間環(huán)之間，所述主葉片連接于中間環(huán)與下環(huán)之間，所述上冠、副葉片和中間環(huán)之間構成轉輪副通道，所述中間環(huán)、主葉片和下環(huán)之間構成轉輪主通道，所述副葉片與主葉片安裝方向相反。

優(yōu)選地，所述上冠上側設有轉輪上止漏環(huán)，所述下環(huán)下側設有轉輪下止漏環(huán)。

優(yōu)選地，所述頂蓋上設有上固定止漏環(huán)，所述上固定止漏環(huán)與轉輪的上止漏環(huán)相對應，所述座環(huán)上設有下固定止漏環(huán)，所述下固定止漏環(huán)與轉輪的下止漏環(huán)對應。

優(yōu)選地，所述上冠上側中部設有配合軸孔的連接法蘭。

優(yōu)選地，多個伸縮節(jié)沿圓周方向均勻布置。

優(yōu)選地，一種泵旋向水力啟動可逆水輪機的工作方法，包括下述步驟：

1）當需要泵旋向啟動時，將機組活動導葉處于關閉狀態(tài)；

2）利用針型閥操作裝置打開針型閥，壓力水通過針型閥、環(huán)管和支管后進入頂蓋的引水室；

3）然后均勻進入轉輪副通道，水流于轉輪副通道葉片上做功后進入尾水管，然后由尾水管排到下游；

4）轉輪在該水流作用下向機組泵旋向轉動，繼續(xù)開啟針型閥機組轉速上升，直至達到同步轉速，電動機并網(wǎng)；

5）利用針型閥操作裝置關閉針型閥，機組泵旋向啟動完成，此時機組可以打開活動導葉進入泵工況；或通入壓縮空氣壓水進入泵旋向調相運行。

優(yōu)選地，所述步驟4）中水流經(jīng)過轉輪的副通道時與其葉片作用使轉輪向泵旋向轉動，從而帶動主軸以及整個機組的轉動部分轉動。

優(yōu)選地，所述針型閥可以通過針型閥操作裝置加大或減小開合度，進而增加或減小過流量，使機組轉速上升或下降，當機組達到同步轉速時電動機就可以同期并網(wǎng)。

本實用新型與普通混流可逆水輪機相比，增加了一套引水管路、可調節(jié)流量的針型閥包括閥座；轉輪具有兩個水流通道、頂蓋具有引水室。

本實用新型的可逆水輪機，當需要泵旋向啟動時，將機組導葉處于關閉狀態(tài)，打開針型閥，壓力水通過管路進入頂蓋引水室，然后均勻進入轉輪副通道，水流于轉輪副通道葉片上做功后進入尾水管，由尾水管排到下游，轉輪在該水流作用下向機組泵旋向轉動，繼續(xù)開啟針型閥機組轉速上升，直至達到同步轉速，電動機并網(wǎng)，關閉針型閥，機組泵旋向啟動完成，此時機組可以打開導葉進入泵工況；或通入壓縮空氣壓水進入泵旋向調相運行。

本實用新型的有益效果是，可逆機組泵旋向啟動不對電網(wǎng)造成沖擊、不產(chǎn)生諧波源、操作簡單，不額外占用空間，無易損部件安全可靠，機組水輪機工況甩負荷時，迅速開啟針型閥，利用副葉片的泵作用，可以防止機組發(fā)生飛逸。

附圖說明

圖1為本實用新型泵旋向水力啟動可逆水輪機示意圖；

圖2為本實用新型中轉輪的結構示意圖；

圖1中：1.針型閥操作裝置，2.針型閥，3.環(huán)管，4.伸縮節(jié)，5.頂蓋，6.上固定止漏環(huán)，7.主軸密封，8.水導軸承，9.主軸，10.蝸殼，11.座環(huán)，12.活動導葉，13.下固定止漏環(huán)，14.尾水管，15.轉輪，16. 壓力鋼管，17.上冠，18.副葉片，19.中間環(huán)，20.主葉片，21.下環(huán)，22.轉輪上止漏環(huán)，23.轉輪下止漏環(huán)，24.連接法蘭，25.軸孔，A.主通道，B.副通道，C.引水室。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型作進一步詳細的說明，但并不是對本實用新型保護范圍的限制。

如圖1所示，一種泵旋向水力啟動可逆水輪機，包括針型閥操作裝置1、針型閥2、環(huán)管3、伸縮節(jié)4、頂蓋5、上固定止漏環(huán)6、主軸密封7、水導軸承8、主軸9、蝸殼10、座環(huán)11、活動導葉12、下固定止漏環(huán)13、尾水管14、轉輪15。

針型閥2之前引水管連通機組進水閥后的壓力鋼管16，針型閥2之后的水管連接環(huán)管3，針型閥2由針型閥操作裝置操作開啟、關閉，環(huán)管3連接多個伸縮節(jié)4，伸縮節(jié)4與頂蓋5的引水室連通，伸縮節(jié)4沿圓周均勻布置，頂蓋5的引水室C出口與轉輪15副通道B外緣開口對應，轉輪15副通道B內側開口與尾水管14相通，圖中箭頭示泵旋向啟動時水流路線。座環(huán)11為整個水輪機的安裝基礎，座環(huán)11外側與蝸殼10相通，座環(huán)11內側連通活動導葉12，活動導葉12內側與轉輪15主通道A外緣開口對應，轉輪15主通道A內側開口連通尾水管14。上固定止漏環(huán)6固定在頂蓋5引水室內側，與轉輪上止漏環(huán)22相對應，下固定止漏環(huán)13固定在座環(huán)上與轉輪下止漏環(huán)23對應，主軸9與轉輪15連接傳遞扭矩，水導軸承8安裝在頂蓋上支撐主軸9，主軸密封7位于水導軸承下方，防止流道水通過頂蓋5與主軸9之間泄漏。

如圖2所示，轉輪13包括上冠17、主葉片20、中間環(huán)19、副葉片18、下環(huán)21。上冠17通過主葉片20與中間環(huán)19連接構成轉輪副通道B，中間環(huán)19通過主葉片18與下環(huán)21連接構成主通道B。上冠17具有連接法蘭24用于與主軸9連接，同時上冠17設置了轉輪上止漏環(huán)22，下環(huán)21設置了轉輪下止漏環(huán)23。

副葉片18與主葉片20的安置方向相反，主通道A中主葉片20泵旋向與副通道B中副葉片18水輪機旋向相反，機組泵旋向啟動時機組導葉處于關閉狀態(tài)，轉輪主通道A沒有水流流動，副通道B通入壓力水，副葉片18處于水輪機作用狀態(tài)，帶動轉輪轉動，增加副通道B壓力水流量機組轉速上升當達到同步轉速時，電動機同期并網(wǎng)、停止副通道B壓力水供應，機組完成泵旋向水力啟動。

可逆水輪機泵旋向啟動時，機組活動導葉12處于關閉狀態(tài)，利用針型閥操作裝置1開啟針型閥2，水流沿圖中箭頭路線流動，先后經(jīng)過針型閥2、環(huán)管3、伸縮節(jié)4、頂蓋5的引水室C、轉輪15的副通道B、尾水管14，流向電站下游，水流經(jīng)過轉輪15的副通道B時與其葉片作用使轉輪15向泵旋向轉動，從而帶動主軸9以及整個機組轉動部分，通過針型閥操作裝置1可以加大或減小針型閥開度，進而增加或減小過流量，從而使機組轉速上升或下降，當機組達到同步轉速時電動機就可以同期并網(wǎng)。電動機并網(wǎng)后通過針型閥操作裝置1關閉針型閥2，機組在電動機驅動下做泵旋向同步轉動，此時打開活動導葉12機組就進入泵工況；或保持活動導葉12關閉機組通入壓縮空氣完成機組壓水，機組即可進入泵旋向調相運行。

本實用新型的有益效果是，可逆機組泵旋向啟動不對電網(wǎng)造成沖擊、不產(chǎn)生諧波源、操作簡單，不額外占用空間，無易損部件安全可靠。機組水輪機工況甩負荷時，迅速開啟針型閥，利用副葉片的泵作用，可以防止機組發(fā)生飛逸。