水轮机转轮及其止漏环

技术领域

本申请涉及水轮机技术领域，特别是涉及水轮机转轮及其止漏环。

背景技术

我国黄河、长江上的大部分电站的水轮机均有不同程度的磨蚀情况，泥沙对水力机械部件的冲蚀磨损已成为困扰我国水电部门的一大难题。严重的磨损使水力发电设备本身的结构材料受到破坏，影响运行的可靠性和稳定性，水轮机效率降低、出力减少，转轮使用寿命缩短，并导致机组大修周期缩短，工期延长，材料消耗品及备品增加，经济损失巨大，因而引起国内外专家的高度重视。

相关技术中，一般通过优化水轮机水力和结构设计，具体体现为采用优质材料并大力提高加工精度，避免机组在不稳定区域运行，提高检修质量以及采用必要的金属和非金属防护层等。

然而，通过上述措施改进后的水轮机，仍存在一定程度的磨蚀破坏现象。

发明内容

基于此，有必要针对水轮机的磨蚀破坏问题，提供一种水轮机转轮及其止漏环。

一种水轮机转轮的止漏环，所述水轮机转轮的止漏环包括凸起部、凹陷部以及调节机构，所述凸起部与所述凹陷部配合，所述凸起部和所述凹陷部中的一者用于设置在所述转轮的下环上，另一者用于设置在所述转轮的底环上，所述凸起部和所述凹陷部中的至少一者为可变形结构，所述调节机构与所述可变形结构连接，用于使得可变形结构产生形变以改变所述凸起部与所述凹陷部之间的间隙。

在其中一个实施例中，所述凸起部为可变形结构，所述调节机构包括增压推动器，所述增压推动器用于固定在转轮上，所述增压推动器的至少一个侧壁为弹性体，所述弹性体与所述凸起部的根部连接。

在其中一个实施例中，所述凸起部为可变形结构，所述调节机构包括加热棒和热膨胀片，所述加热棒和热膨胀片内嵌于所述凸起部内。

在其中一个实施例中，所述凸起部为矩形结构，所述凸起部具有从根部向外延伸的两个第一侧壁和连接两个第一侧壁的第二侧壁，所述第一侧壁和所述第二侧壁内均镶嵌有所述调节机构。

在其中一个实施例中，所述凹陷部为可变形结构，所述调节机构包括加热棒和热膨胀片，所述加热棒和热膨胀片内嵌于所述凹陷部的内壁上。

在其中一个实施例中，所述止漏环包括沿着所述转轮的高度方向依次设置的多个凸起部和多个凹陷部，多个所述凹陷部与多个所述凸起部一一对应配合，多个所述凸起部和多个所述凹陷部均为可变形结构。

在其中一个实施例中，所述凹陷部的高度为0.1H，所述凹陷部的深度为0.08L-0.12L，其中H为所述下环的高度，L为所述下环的壁厚。

一种水轮机转轮，所述水轮机转轮包括下环、底环以及上述止漏环，所述凸起部和所述凹陷部中的一者设置在所述转轮的下环上，另一者设置在所述转轮的底环上。

在其中一个实施例中，所述凸起部设置在所述转轮的下环上，所述凹陷部设置在所述转轮的底环上。

在其中一个实施例中，所述水轮机转轮还包括流量传感器，所述流量传感器设置在所述止漏环的上部，所述流量传感器与所述调节机构电信号连接，所述调节机构用于根据所述流量传感器的信息调节所述凸起部与所述凹陷部之间的间隙。

上述水轮机转轮的止漏环，水轮机转轮的下环和底环通过凸起部和凹陷部相配合，凸起部和凹陷部中的至少一者为可变形结构，调节机构与可变形结构连接，用于使得可变形结构产生形变以改变凸起部与凹陷部之间的间隙。当调节机构使得凸起部与凹陷部之间的间隙减小时，从下轮与底环间隙处的泄露量减小，进而能够增强转轮间隙的抗磨效果。

附图说明

图1为一实施例中转轮的结构示意图。

图2为一实施例中凸起部和调节机构的结构示意图。

附图标记：10、凸起部；11、第一侧壁；12、第二侧壁；20、凹陷部；30、增压推动器；31、弹性体；40、加热棒；50、流量传感器；

200、转轮；210、下环；220、底环；230、叶片；240、泄水锥；250、顶盖；260、上冠。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，若有出现这些术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等，这些术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，若有出现这些术语“第一”、“第二”，这些术语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，若有出现术语“多个”，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，若有出现术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等，这些术语应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，若有出现第一特征在第二特征“上”或“下”等类似的描述，其含义可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，若元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。若一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。如若存在，本申请所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

参阅图1，转轮包括下环210、叶片230、上冠260、顶盖250以及泄水锥240，上冠260固定设置于顶盖250，叶片230设置在上冠260和下环210之间，泄水锥240用于排掉上冠260间隙泄露的水。

参阅图1和图2，本申请一实施例提供的水轮机转轮200的止漏环，水轮机转轮200的止漏环包括凸起部10、凹陷部20以及调节机构，凸起部10与凹陷部20配合，凸起部10和凹陷部20中的一者用于设置在转轮200的下环210上，另一者用于设置在转轮200的底环220上，凸起部10和凹陷部20中的至少一者为可变形结构，调节机构与可变形结构连接，用于使得可变形结构产生形变以改变凸起部10与凹陷部20之间的间隙。

在其中一个实施例中，凸起部10为可变形结构，凸起部10伸入至凹陷部20内，以与凹陷部20配合，调节机构与凸起部10连接，用于使得凸起部10产生形变。例如调节机构使得凸起部10长度增长，以使得凸起部10进一步伸入至凹陷部20内，以减小凸起部10与凹陷部20之间的间隙。

在另外一个实施例中，凹陷部20为可变形结构，调节机构与凹陷部20连接，用于使得凹陷部20产生形变。例如调节机构使得凹陷部20的凹陷腔变小，以减小凸起部10与凹陷部20之间的间隙。

在其他实施例中，还可以是凸起部10和凹陷部20均为可变形结构，凸起部10和凹陷部20分别与调节机构连接，用于使得凸起部10和凹陷部20同时产生形变。例如调节机构使得凹陷部20的凹陷腔变小，凸起部10变大，从而减小凸起部10与凹陷部20之间的间隙。

此外，凸起部10可以设置在下环210的外壁上，凹陷部20设置在底环220的内壁上，下环210和底环220通过凸起部10和凹陷部20相配合。当然也可以是，凹陷部20设置在下环210的外壁上，凸起部10设置在底环220的内壁上，下环210和底环220通过凸起部10和凹陷部20相配合。

在本实施例中，水轮机转轮200的下环210和底环220通过凸起部10和凹陷部20相配合，凸起部10和凹陷部20中的至少一者为可变形结构，调节机构与可变形结构连接，用于使得可变形结构产生形变以改变凸起部10与凹陷部20之间的间隙。当凸起部10与凹陷部20之间的间隙减小时，从下轮与底环220间隙处的泄露量减小，进而能够增强转轮200间隙的抗磨效果。

优选的，可变形结构可以由弹性体材料制成，当调节机构使得凸起部10和/或凹陷部20变形后，调节机构的作用力撤销后，凸起部10和/或凹陷部20能够恢复到之前的状态。

当然，可变形结构也可以由塑性体材料制成，由于凸起部10和/或凹陷部20变形的变形量较小(1mm-5mm)，当调节机构使得凸起部10和/或凹陷部20变形后，调节机构的作用力撤销后，凸起部10和/或凹陷部20处于松弛状态。

在一些实施例中，凸起部10为可变形结构，调节机构包括增压推动器30，增压推动器30用于固定在转轮200上，增压推动器30的至少一个侧壁为弹性体31，弹性体31与凸起部10的根部连接。

在本实施例中，增压推动器30可以是高压油箱或者高压气体容器，以增压推动器30为高压油箱为例，高压油箱与油管连接，通过油管向高压油箱内注油以增加油箱内的压力，进而使得弹性体31向外膨胀变形，以推动凸起部10根部，进而使得凸起部10产生形变，以靠近凹陷部20，缩小与凹陷部20之间的间隙。当增压推动器30中的压力减小时，弹性体31逐渐复原，以减小对凸起部10的压力。

其中，为了进一步增强高压油箱的稳固性，高压油箱的外壁上设置有加强筋。其中凸起部10的根部是指凸起部10与下环210或者底环220连接的一端。

具体的，凸起部10可采用刚强度聚合纤维和钢筋组合制成。刚强度聚合纤维用于保证凸起部10的可变形性，钢筋用于增强凸起部10的安装强度。

在一些实施例中，凸起部10为可变形结构，调节机构包括加热棒40和热膨胀片，加热棒40和热膨胀片内嵌于凸起部10内。

凸起部10与凹陷部20之间的间隙为1mm-5mm，在凸起部10内嵌加热棒40和热膨胀片，当加热棒40加热时，能够使得热膨胀片膨胀产生微变形，进而减小凸起部10与凹陷部20之间的间隙，以更加精确的调节间隙的止漏流动。

需要说明的是，调节机构可既包括增压推动器30，还包括加热棒40和热膨胀片，即通过两种方式同时使得凸起部10产生形变，以进一步减小凸起部10与凹陷部20之间的间隙，进而减小下环210与底环220之间的泄露量，增强转轮200间隙的抗磨效果。

进一步的，凸起部10为矩形结构，凸起部10具有从根部向外延伸的两个第一侧壁11和连接两个第一侧壁11的第二侧壁12，第一侧壁11和第二侧壁12内均镶嵌有调节机构。

在本实施例中，第一侧壁11内嵌加热棒40和热膨胀片，用于沿转轮200的径向方向减小凸起部10与凹陷部20之间的间隙；第二侧壁12中内嵌加热棒40和热膨胀片，用于沿转轮200的高度方向减小凸起部10与凹陷部20之间的间隙。

在一些实施例中，凹陷部20为可变形结构，调节机构包括加热棒40和热膨胀片，加热棒40和热膨胀片内嵌于凹陷部20的内壁上。

在本实施例中，凹陷部20为与矩形凸起部10配合的矩形槽，凹陷部20的三个侧壁上也分别设置有加热棒40和热膨胀片，用于分别从沿转轮200的径向方向和沿转轮200的高度方向减小凸起部10与凹陷部20之间的间隙。

在其他实施例中，凸起部10和凹陷部20均内嵌有加热棒40和热膨胀片，即通过同时使得凸起部10和凹陷部20膨胀，能够进一步减小凸起部10与凹陷部20之间的间隙。

在一些实施例中，止漏环包括沿着转轮200的高度方向依次设置的多个凸起部10和多个凹陷部20，多个凹陷部20与多个凸起部10一一对应配合，多个凸起部10和多个凹陷部20均为可变形结构。

通过沿转轮200的高度方向依次设置的多个凹陷部20和多个凸起部10，能进一步延长水流经过下环210与底环220之间的路径，增大水流的流动阻力，进而通过减小下环210与底环220之间的泄露量以起到减小磨损的效果。

在一些实施例中，凹陷部20的高度为0.1H，凹陷部20的深度为0.08L-0.12L，其中H为下环210的高度，L为下环210的壁厚。

在本实施例中，凹陷部20的深度越大，止漏环的密封效果越好，同时凸起部10的强度变差，因此，优选的，凹陷部20的深度为0.08L-0.12L。凹陷部20的高度与下环210的高度以及凹陷部20的数量有关，其中在下环210的高度确定的前提下，优选的，凹陷部20的数量为2个-5个，凹陷部20的数量过多，即下环210与底环220的转配难度增加，凹陷部20的数量过小，则止漏效果变差。

本申请一实施例中的水轮机转轮200，水轮机转轮200包括下环210、底环220以及止漏环，凸起部10和凹陷部20中的一者设置在转轮200的下环210上，另一者设置在转轮200的底环220上。

在本实施例中，水轮机转轮200的下环210和底环220通过凸起部10和凹陷部20相配合，凸起部10和凹陷部20中的至少一者为可变形结构，调节机构与可变形结构连接，用于使得可变形结构产生形变以改变凸起部10与凹陷部20之间的间隙。当凸起部10与凹陷部20之间的间隙减小时，从下轮与底环220间隙处的泄露量减小，进而能够增强转轮200间隙的抗磨效果。

在一些实施例中，凸起部10设置在转轮200的下环210上，凹陷部20设置在转轮200的底环220上。

在其中一个实施例中，止漏环包括两个第一环套和第二环套，第一环套上设置有凸起部10，第二环套上设置有凹陷部20。在实际使用时，第一环套套设在下环210外，且通过螺丝与下环210固定，第二环套套设在底环220外，且通过螺丝与底环220固定。即止漏环可拆卸的设置在下环210和底环220上，当止漏环磨损时，仅更换止漏环即可。

在另外一个实施例中，止漏环中的凸起部10和下环210一体成型，止漏环中的凹陷部20与底环220一体成型，安装方便。

在一些实施例中，水轮机转轮200还包括流量传感器50，流量传感器50设置在止漏环的上部，流量传感器50与调节机构电信号连接，调节机构用于根据流量传感器50的流量信息调节凸起部10与凹陷部20之间的间隙。

在实际使用时，当流量传感器50检测到流量较大时，可同时启动增压推动器30和加热位于凹陷部20以及凸起部10内的加热棒40，以最大程度上较小凹陷部20与凸起部10之间的间隙。当流量传感器50检测到流量较小时，可选择性的启动增压推动器30、加热位于凹陷部20内的加热棒40或者加热位于凸起部10内的加热棒40，以减小功耗。

此外，还可以在凹陷部20和凸起部10的表面涂覆抗磨涂层，以增加止漏环的使用寿命。

本申请通过对下环210和底环220的间隙抗磨设计，使得止漏环的凸起部10和凹陷部20形成交错式梳齿结构，并且在止漏环的上部设置有流量传感器50，当水流从泄漏进入下环210时，流量传感器50能根据泥沙粒径、间隙流量，控制增压推动器30的压力进而控制凸起部10的移动，和/或通过控制加热棒40加热以控制热膨胀片变形，进而实现变形凸起部10或者凹陷部20的微变形移动，从而更加精确的调节间隙的止漏流动。在机组运行中，还可通过调节凸起部10或者凹陷部20的高度和/或长度，减少转轮主流道进入下环210间隙内的水流，减少泄漏量。综上，本申请的水轮机转轮200结构简单，技术可靠，易于实施，应用前景广阔，经济效益大。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。