變?nèi)莘e偏距式水泵水輪機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)涉及一種水輪機，特別涉及一種變?nèi)莘e偏距式水栗水輪機。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今世界上的主要的常規(guī)發(fā)電技術(shù)包括火力發(fā)電、水力發(fā)電、原子能發(fā)電等?；鹆Πl(fā)電消耗大量的煤炭這種不可再生資源，成本隨煤炭存儲量的減少而增長，而且污染環(huán)境。核電機組運行費用低，但一旦發(fā)生核燃料泄漏事故，將造成嚴(yán)重的后果，而且燃燒廢料的后期處理難。風(fēng)力發(fā)電穩(wěn)定性和連續(xù)性較差，影響并網(wǎng)后電力系統(tǒng)的平衡和安全穩(wěn)定。水力發(fā)電具有啟動靈活、爬坡速度快，提高電網(wǎng)運行的協(xié)調(diào)性以及安全穩(wěn)定性等特點，應(yīng)用之廣僅次于火力發(fā)電，具有很高的機械效率。
[0003]常用的水輪機按結(jié)構(gòu)分為反擊式和沖擊式水輪機，其原理是把水流的動量或沖量傳遞給轉(zhuǎn)輪使轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)來推動水輪機組發(fā)電。以沖擊式水輪機為例:水輪機在穩(wěn)定工況下的基本方程是:P= γ Q(UiVu1-U2Vu2)/g，其中P是水流對葉輪的功率，γ是水的容重，Q是水在單位時間的流過葉輪的體積，g是重力加速度，U1和Vul是入射水流的初速度V1的切向分量和水流射入點的葉輪旋轉(zhuǎn)線速度，UdPVu2是尾水離開葉輪時的切向速度和葉輪出水點的旋轉(zhuǎn)線速度。把水的容重、密度與加速度的關(guān)系和單位時間的水流質(zhì)量m、密度和體積的關(guān)系帶入基本方程，可得P=m(uiVui_U2VU2)。假定尾水在葉輪軸心處離開，此處線速度VU2為零，則有P=HiU1Vul。與P=mv2/2比較得:當(dāng)水流射入處葉輪線速度Vul = m/2時，轉(zhuǎn)化效率最高。但實際情況是:UKV1，Vu2>0且Vul<m/2(定槳式)，效率較低。轉(zhuǎn)槳式葉輪可近似滿足Vul = ui/2，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)節(jié)不方便。因此，有必要開發(fā)轉(zhuǎn)化效率更高的水輪機，以得到更高水力發(fā)電的效率。
[0004]中國專利公開號CN1292457A公開了一種容積式水輪機，該容積式水輪機利用堵截的方法使水流對轉(zhuǎn)輪單向施加壓力而旋轉(zhuǎn)。采用直接傳動低速發(fā)電機做功，使水頭勢能幾乎不損失的水頭靜壓為轉(zhuǎn)輪做功。由于轉(zhuǎn)換原理是能量守恒，因此效率比常用水輪機稍高。但其水輪機有兩個顯著缺點:1、不能調(diào)速，因此不便于同步并網(wǎng)；2、只能作為發(fā)電機的原動機而不能兼作水栗抽水蓄能。
[0005]抽水蓄能電站在電力系統(tǒng)中最可靠、經(jīng)濟，是新能源發(fā)展的重要組成部分，具有巨大的發(fā)展空間。它能降低核電機組運行維護費用，延長機組壽命，減少風(fēng)電對電網(wǎng)的沖擊，提高電網(wǎng)的協(xié)調(diào)性與安全穩(wěn)定性。因此，有必要開發(fā)一種水栗水輪機，它既可以方便調(diào)速，又可以調(diào)峰，在用電高峰期發(fā)電又可以在用電低谷期抽水蓄能；以此提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。四機分置式和三機直聯(lián)式抽水蓄能成本高。二機可逆式是由一臺可逆式水栗水輪機和一臺發(fā)電電動機組成，這種機組可以雙向旋轉(zhuǎn)，它向一個方向旋轉(zhuǎn)時作發(fā)電運行，而向另一個方向旋轉(zhuǎn)時作抽水運行。兩個狀態(tài)的轉(zhuǎn)換需要轉(zhuǎn)輪先停止，再反向旋轉(zhuǎn)，因此響應(yīng)速度慢，對水機系統(tǒng)沖擊大，抽水量也不易控制。
[0006]國際專利CA2677006(A1)和中國專利201210255277.X(可調(diào)速容積式水栗水輪機)公開了兩種容積式水栗水輪機，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的偏心度和徑向調(diào)節(jié)輻板的徑向長度，就可以調(diào)節(jié)過水腔寬度及其橫截面積或過水腔容積，從而調(diào)節(jié)水流量和輪機旋轉(zhuǎn)力矩及轉(zhuǎn)速。此方法克服了一般水輪機的以上缺點，發(fā)電-抽水蓄能狀態(tài)的過渡轉(zhuǎn)換更迅速。但還存在兩個不足之處:1.出力不穩(wěn)定，有周期性變化。在轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)過程中，輻板受到高水頭壓力的部分其面積隨轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)角度而變化，導(dǎo)致出力有波動。2.轉(zhuǎn)輪徑向受力大。轉(zhuǎn)輪一個側(cè)面連接進水管，受高水頭壓力，另一側(cè)面與出水管連接，受負(fù)壓，壓力差較大，這對轉(zhuǎn)輪軸承十分不利。
[0007]中國專利CN201210351332.5(變?nèi)莘e式調(diào)速水栗水輪機)，公開了一種容積可以調(diào)節(jié)的水栗水輪機，采用固定的蝸殼徑向內(nèi)凸起結(jié)構(gòu)，結(jié)合轉(zhuǎn)子外側(cè)、蝸殼內(nèi)側(cè)和兩端面的端面密封蓋與端面容積調(diào)節(jié)活塞，形成密封過水空腔。活動葉片采用徑向伸縮的方式，通過軸向調(diào)節(jié)端面容積調(diào)節(jié)活塞的位置，來調(diào)節(jié)過水腔橫截面，達(dá)到調(diào)節(jié)過水量和出力的目的。但是還存在不足之處:葉片徑向凈截面利用率低、適應(yīng)低水頭能力不強:葉片在蝸殼內(nèi)的伸縮半徑差凈值取決于蝸殼內(nèi)徑和轉(zhuǎn)子外徑，半徑差凈值決定了過水腔的截面積與過水量能力，但由于半徑最大值D、轉(zhuǎn)子外徑d、矩形葉片的徑向尺寸a三者有一定關(guān)系，極限值滿足D= 3d = 3a，d/D不能太小，這導(dǎo)致過水腔平均半徑大而窄、容積可利用率低、過水能力有限，對低水頭的微水適應(yīng)能力差;應(yīng)降低d/D以提高容積可利用率低，減小水輪機徑向半徑，對低水頭適應(yīng)能力更強；因此，有必要開發(fā)出結(jié)構(gòu)更合理的水栗水輪機。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供了一種采用葉片伸縮軸向長度來調(diào)整過水腔截面積的變?nèi)莘e式調(diào)速水栗水輪機。
[0009]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個技術(shù)方案是:提供一種變?nèi)莘e偏距式水栗水輪機，其特征在于:包括蝸殼、穿設(shè)于蝸殼內(nèi)的轉(zhuǎn)子、用于使蝸殼相對于轉(zhuǎn)子呈軸向往返運動的驅(qū)動裝置、出水管以及外接的進水管，其中:
[0010]所述蝸殼呈桶狀結(jié)構(gòu)，包括一殼底以及立于所述殼底上的殼壁，在所述殼底上開設(shè)有一與所述轉(zhuǎn)子外徑相匹配的圓孔，所述轉(zhuǎn)子的第一端穿過所述圓孔上并相對于蝸殼旋轉(zhuǎn)，在所述殼底上還設(shè)有與所述進水管相連的進水口以及與所述出水管相連的出水口，在所述殼底上開設(shè)有第一縫隙，所述第一縫隙由殼底的圓孔處向殼底的外周向設(shè)置，該第一縫隙將進水口和出水口隔離在它的兩側(cè)，在所述第一縫隙上軸向穿設(shè)有與所述第一隙縫匹配的定子葉片；
[0011]所述轉(zhuǎn)子未穿過在殼底的第二端的外周面上設(shè)有一環(huán)形凸起，所述環(huán)形凸起朝向殼底的一面、殼底、殼壁的內(nèi)側(cè)面、環(huán)形凸起至殼底段的轉(zhuǎn)子的外周面共同密封形成一環(huán)形過水腔，所述定子葉片的里端與所述環(huán)形凸起朝向所述殼底的一面接觸；
[0012]在所述環(huán)形凸起上對稱開設(shè)有第二縫隙和第三縫隙，所述第二縫隙和第三縫隙分別由環(huán)形凸起的外周面向環(huán)形凸起的內(nèi)周面對稱地設(shè)置，以將所述環(huán)形凸起分割為兩個對稱的半圓環(huán);一第一轉(zhuǎn)子葉片和第二轉(zhuǎn)子葉片分別軸向滑動的插設(shè)于所述第二縫隙和第三縫隙中；在所述第一轉(zhuǎn)子葉片遠(yuǎn)離所述殼底的一端的正、反兩面分別設(shè)有一第一滑輪和第二滑輪，在所述第二轉(zhuǎn)子葉片遠(yuǎn)離所述殼底的一端的正、反兩面分別設(shè)有一第三滑輪和第四滑輪，所述第二滑輪和第四滑輪分別位于第一滑輪和第三滑輪的外側(cè)；
[0013]在遠(yuǎn)離殼底的一端設(shè)有與所述第一滑輪以及第三滑輪匹配的圓形導(dǎo)軌以及設(shè)有與所述第二滑輪和第四滑輪匹配的螺旋導(dǎo)軌，所述圓形導(dǎo)軌與所述轉(zhuǎn)子同軸心，所述螺旋導(dǎo)軌呈“U”形，所述螺旋導(dǎo)軌的兩端頭部分分別位于所述圓形導(dǎo)軌的外側(cè)，當(dāng)所述第一滑輪和第三滑輪均位于所述圓形導(dǎo)軌上時，所述第一轉(zhuǎn)子葉片或者第二轉(zhuǎn)子葉片接近所述定子葉片，當(dāng)?shù)诙喕蛘叩谒幕喼饾u滑入所述螺旋導(dǎo)軌時，所述第一轉(zhuǎn)子葉片或者第二轉(zhuǎn)子葉片逐漸向遠(yuǎn)離所述殼底的一端移動。
[0014]進一步的，還包括分別用于平衡帶動所述第一轉(zhuǎn)子葉片和第二轉(zhuǎn)子葉片軸線往復(fù)移動的第一直線軸桿和第二直線軸桿、分別套設(shè)于第一直線軸桿和第二直線軸桿上的第一軸承和第二軸承，所述第一直線軸桿和第二直線軸桿的右端固定于所述環(huán)形凸起上并分別靠近第二縫隙和第三縫隙；所述第一直線軸桿和第二直線軸桿的左端通過一固定環(huán)固定，固定環(huán)套設(shè)在所述轉(zhuǎn)子上;所述第一轉(zhuǎn)子葉片和第二轉(zhuǎn)子葉片分別與所述第一軸承和第二軸承固定。
[0015]進一步的，還包括一架體，所述架體呈“凹”形，包括底架和豎立于底架的左、右兩端的左支架和右支架；
[0016]所述驅(qū)動裝置設(shè)于所述底架上；
[0017]在所述左支架和右支架上分別設(shè)有一定子，所述轉(zhuǎn)子的兩端分別穿設(shè)于所述定子上，并相對于所述定子轉(zhuǎn)動。
[0018]進一步的，所述驅(qū)動裝置包括絲桿軸承副、直線軸承副，所述直線軸承副的上端與所述蝸殼的外表面連接，所述直線軸承副的下端與所述底架連接，絲桿軸承副的上端與所述蝸殼的外表面連接，所述絲桿軸承副的下端與所述底架連接，直線軸和絲桿均與主軸同向布置，通過調(diào)節(jié)絲桿軸承副調(diào)節(jié)蝸殼相對于。
[0019]進一步的，所述第一轉(zhuǎn)子葉片與轉(zhuǎn)子相接觸的一面呈與所述與轉(zhuǎn)子的外周面相匹配的弧形面，所述第一轉(zhuǎn)子葉片與所述殼壁相接觸的一面呈與所述殼壁的內(nèi)周面相匹配的弧形面;所述第二轉(zhuǎn)子葉片與轉(zhuǎn)子相接觸的一面呈與轉(zhuǎn)子的外周面相匹配的弧形面，所述第二轉(zhuǎn)子葉片與殼壁相接觸的一面呈與所述殼壁的內(nèi)周面相匹配的弧形面。
[0020]進一步的，所述第一和第二轉(zhuǎn)子葉片在主軸徑