一种水轮机桨叶调节装置

技术领域

本发明涉及水轮机桨叶技术领域，特别涉及一种安装于发电机大轴内的液压调节装置。

背景技术

用于水力发电的水轮机，型式有多种，其中的贯流式水轮发电机组、轴流式水轮发电机组是通过水冲击倾斜的桨叶使桨叶带动发电机转动实现发电过程的。为了提高水轮机的发电效率，不同的水量需要使桨叶对应不同的倾斜角度，调节桨叶角度需要通过一个液压油缸推动桨叶调节拉杆。目前这个液压油缸安装的位置有两种，都是通过液压油缸顶端的受油器(一种外壳固定内部旋转的供油装置)向液压缸供油。

如图1所示，现有技术之一是将液压油缸安装在水轮机下面的轮毂内，液压油缸安装在轮毂内不仅加工困难，而且要检修则需将其整体从水轮机底部拆出，这个工作量是巨大的。

如图2-3所示，现有技术之二是将液压油缸安装在水轮机转动大轴及拉杆的顶端。该连接方式需要在水轮机大轴和油缸壳体支架加装安装架、在水轮机拉杆与油缸活塞杆之间加装旋套。并且为了保证油缸安装的与大轴及拉杆同轴，要求加装的安装架及旋套的加工同轴度精度很高。安装时还要特别注意旋套的旋入深度与设计相对应，否则容易出现液压缸行程不到位的情况。

以上是现有的水轮机桨叶调节装置存在的安装维修困难的问题。另外，现有的水轮机还存在漏油的问题。如图4-5所示，对于受油器，其基本结构是外部有一个不旋转的壳体与供油管路连接，内部有一个旋转的芯轴与液压缸体同步旋转，芯轴与壳体之间有环形油槽，芯轴内部有油道与液压缸连接。

但是，目前所有产品的受油器直接与液压缸控制腔连接，液压缸里的油压会传递到受油器，由于常规封闭很严的软密封应用于受油器的话在旋转时会产生大量热量影响设备运行，所以受油器采用的间隙密封，间隙密封是靠很小的间隙减少漏油量，但无法避免漏油。

因此，现有的水轮机桨叶调节装置，存在安装维修困难、以及漏油的问题。

发明内容

为此，本发明的一个目的在于提出一种安装于发电机大轴内的液压调节装置，以解决背景技术中所提到的问题，克服现有技术中存在的不足。

为了实现上述目的，本发明一方面的实施例提供一种水轮机桨叶调节装置，包括，桨叶、发电机、大轴、液压缸、拉杆、液压缸压紧法兰和活塞杆压紧螺母，大轴是中空管体，其特征在于，液压缸缸体套接在大轴与拉杆之间，液压缸的进油口和回油口均与受油器连接，液压缸缸体与拉杆同轴，液压缸缸体全部位于大轴内，其端部不超出大轴。

进一步的，大轴的远离桨叶的端部加工出与液压缸缸体体积匹配的槽孔，该槽孔为沿液压缸缸体的纵向方向设置；

槽孔的内径大于大轴其他位置的内径，内径不同的位置形成台阶，液压缸缸体的一端抵接在台阶上，液压缸缸体的另一端由压紧法兰锁紧，压紧法兰的端面与大轴的端面贴合。

进一步的，液压缸活塞杆末端与拉杆的凸台抵接。

进一步的，压紧螺母套接于拉杆的远离桨叶的端部，与活塞杆的端部相抵。

进一步的，活塞杆和拉杆通过螺栓国定连接。

进一步的，液压缸与受油器之间设置液控单向阀，液压油管接头与液控单向阀连接，液控单向阀可以限制油液从液压缸流回。

进一步的，所述液压缸缸体远离桨叶的一端设有容纳槽，液控单向阀设置在容纳槽内。

另一方面，本发明还提供了一种水轮机液压缸的安装方法，采用上述调节装置，方法包括以下步骤：

S1，将安装好液控单向阀的液压缸放入水轮机大轴空腔内，液压缸活塞杆的中心孔穿过拉杆；

S2，用压紧螺母旋入拉杆端部的螺纹，旋紧螺母直至液压缸活塞杆端部；

S3，将压紧液压缸的锁紧法兰盘放在大轴顶端，并对齐安装螺钉孔位置；

S4，将安装有受油器的安装座放在锁紧法兰盘上；

S5，将安装螺钉穿过安装座和法兰旋入主轴的螺孔内，并旋紧；

S6，将受油器的高压软管连接至液压缸的外接接头；

S7，将受油器的出口接头与控制桨叶液压缸的油管连接。

进一步的，步骤S4中，传感器安装孔位置和安装螺钉孔位置对应。

与现有技术相比，本发明所具有的优点和有益效果为：

1、通过将液压缸缸体套接在大轴与拉杆之间，使得结构更简单，安装更方便，同时对各部件的加工精度也大大降低。

2、同时，通过液压系统上增加的液控单向阀，实现对液压缸两腔油压的完全密封，使调桨装置在不需要供油压的情况下自动保持位置不变，解决了常规调桨装置需要持续供油才能保持其位置不变的问题。这可以大大减少了水轮机桨叶转动机构的磨损及系统的漏油量。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为现有技术中之一的水轮机；

图2为现有技术中之二的水轮机整体图；

图3为现有技术中之二的水轮机局部放大图；

图4为现有技术中受油器与液压缸供油管路连接图；

图5为本申请实施例一的水轮机桨叶调节装置的结构图；

图6为本申请实施例一的液压缸缸体与槽孔装配图；

图7为本申请实施例一的槽孔示意图；

图8为本申请实施例二的液压缸液压原理图；

图9为本申请实施例二的液压缸加装液控单向阀结构图；

图10为本申请实施例二的水轮机桨叶调节装置的结构图；

图11为本申请实施例二的水轮机桨叶调节装置的结构图。

其中：101、液压油缸一；102、液压油缸二；103、安装架；104、旋套；105、拉杆一；106、大轴一；107、受油器不旋转的壳体；108、液压缸旋转的芯轴；109、油槽；

1、压紧螺母；2、锁紧法兰盘；3、液压缸缸体；4、液压缸活塞杆；5、拉杆；6、大轴；7、转动位置；8、槽孔；9、液控单向阀；R、受油器；10、高压软管；11、桨叶。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施例一

如图所示，本发明实施例的水轮机桨叶11调节装置，包括，桨叶11、发电机、大轴6、液压缸、拉杆5、液压缸压紧法兰和活塞杆压紧螺母1，大轴6是中空管体，其特征在于，液压缸缸体3套接在大轴6与拉杆5之间，液压缸的进油口和回油口均与受油器R连接，液压缸缸体3与拉杆5同轴，液压缸缸体3全部位于大轴6内，其端部不超出大轴6。

可以理解的是，大轴6相对于拉杆5是不动的，而拉杆5相对大轴6可上下移动，通过铰接连接件，用以调节桨叶11角度。

作为操控桨叶11的液压缸缸体3安装在水轮机大轴6内部，大轴6为中空管体。大轴6的远离桨叶11的端部加工出与液压缸缸体3体积匹配的槽孔8，该槽孔8为沿液压缸缸体3的纵向方向设置。槽孔8的内径大于大轴6其他位置的内径，内径不同的位置形成台阶。

其中，体积匹配具体指槽孔8的内径与液压缸缸体3外径基本相同，该槽孔8的长度略大于缸体的长度。槽孔8的内径与缸体的外径相匹配，以实现在周向对缸体限位。槽孔8的长度略大于缸体的长度用于保证法兰盘的容置空间，通过法兰盘的作用对缸体轴向限位。

液压缸缸体3的一端被法兰盘锁紧，另一端与槽孔8的底部抵接。通过法兰盘、槽孔8和大轴6内壁将缸体包围，从而将缸体限定在槽孔8空间内。

其中，为了锁紧液压缸缸体3，采用法兰盘。而该法兰盘可以使用其他具有锁紧功能是构件替换，如卡子，端盖等，所有具有锁紧功能的构件都在本实施例的保护范围内。需要注意的是，当使用其他锁紧构件时，槽孔8的长度不必须大于缸体的长度。两者的长度根据锁紧件的机械结构而定。

进一步的，水轮机的拉杆5置于大轴6内，具体位置是置于液压缸活塞杆4内。拉杆5中上部位设置有凸台，该凸台将拉杆5的直径分为两部分，外部套接活塞杆的部分的直径小于没有套接活塞杆的部分的直径。凸台与液压缸活塞杆4相抵接，以通过卡接结构助力活塞杆推动凸台，从而带动拉杆5运动。

拉杆5的边缘处设有周向设置的外螺纹，外螺纹的长度不做限定。需要保证的是，螺纹没有被活塞杆覆盖的部分，能够外旋压紧螺母1。也就是说，拉杆5上，具有螺纹结构的长度至少大于压紧螺母1的厚度。

其中，压紧螺母1为常规的螺母，具有刚性，能够实现纵向限位功能。

其中，凸台的位置不限于中上部，其长度根据活塞杆的长度设置，凸台与液压缸活塞杆4相抵接。

其中，为了保证液压缸的活塞杆带动拉杆5同步运动，利用螺母连接活塞杆和拉杆5。固连接的位置不做限定，可以在液压缸缸体3内、可以在缸体的上部、也可以在缸体的下部。能够将活塞杆和拉杆5固定，保证其同步运动的连接方式，均在本实施例的保护范围内。

如上所述，本实施例中，为了将活塞杆和拉杆5连接，保证活塞杆带动拉杆5同步运动，同时采用了三种固定方式，即，拉杆5的凸台与液压缸活塞杆4相抵接、拉杆5边缘处设置外螺纹、利用螺母连接活塞杆和拉杆5。通过以上三种方式，能够最大程度的保证活塞杆与拉杆5同步运动。

但是，其中的任意一种、或者任意两种连接方式的组合，只要能够保证活塞杆与拉杆5同步运动，都可以作为本实施例的技术方案，都是本实施例的保护范围。

例如，仅利用螺母连接活塞杆和拉杆5，而不设置凸台和压紧螺母1，这种方式能够保证活塞杆和拉杆5同步，但是其具有使用寿命短、易损坏等劣势，但这也是本实施例的保护范围。

同样，例如，活塞杆的下端通过拉杆5的凸台抵接限位、活塞杆的上端通过螺母限位的方式，也能够保证活塞杆和拉杆5同步，但是其具有易失效、易磨损等劣势，但这也是本实施例的保护范围。

综上所述，本实施例使用的液压缸安装方式，与背景技术提到的现行的安装在水轮机下面的轮毂内的安装方式相比，拆卸时不需要涉及到水轮机底部部件的拆装，大大简化了拆卸维护的过程，为电站节省了人工费及维修费用。

本实施例使用的液压缸安装方式，与背景技术提到的现行的安装在水轮机转动大轴6及拉杆5的顶端相比，液压缸的固定是直接通过平面压紧的方式，允许相关紧固部件之间有较大的配合间隙，省去了大轴6和油缸壳体连接的支架、省去了水轮机拉杆5与油缸活塞杆之间的旋套104(这两个部件对自身的同轴度及对大轴6和拉杆5的同轴度要求都很高，同轴度有偏差则会造成液压缸无法安装)，同时也省去了安装时通过旋转旋套104来调整桨叶11位置的过程。降低了电站安装人员的操作难度也为水轮机加工厂家降低了主轴及拉杆5的相关连接的精度要求。

实施例二

进一步的，在实施例一的基础上，为了进一步解决漏油的问题，提出了利用液控单向阀9解决漏油问题的技术方案。

如前所述，受油器R是能将液压动力传递到旋转的结构件的液压机构，是水轮机领域常用的动力传动构件。由于油缸与水轮机是同步旋转的，而液压缸供油管道是不能旋转的，要将两者连接起来就需要加装受油器R。

对于受油器R，其基本结构是外部有一个不旋转的壳体与供油管路连接，内部有一个旋转的芯轴与液压缸体同步旋转，芯轴与壳体之间有环形油槽109，芯轴内部有油道与液压缸连接。

但是，目前所有产品的受油器R直接与液压缸控制腔连接，液压缸里的油压会传递到受油器R，由于常规封闭很严的软密封应用于受油器R的话在旋转时会产生大量热量影响设备运行，所以受油器R采用的间隙密封，间隙密封是靠很小的间隙减少漏油量，但无法避免漏油。

而在水轮机实际使用过程中，需要调整水轮机桨叶11动作的时候受油器R供给液压缸压力油推动活塞拉动桨叶11拉杆5动作，这个过程需要油缸的油压抵消桨叶11受到的水力和拉杆5的重力。在不调整的时候由于桨叶11受到的水力和拉杆5的重力同样会反馈到液压缸上，所以液压缸里的油总是存在一定的压力。目前所有产品的受油器R直接与液压缸控制腔连接，液压缸里的油压会传递到受油器R，由于常规封闭很严的软密封应用于受油器R的话在旋转时会产生大量热量影响设备运行，所以受油器R采用的间隙密封，间隙密封是靠很小的间隙减少漏油量，但无法避免漏油。产生漏油后，桨叶11就会偏离原来的位置，偏移量较大时调整设备就再次工作将位置重新调整至原位置，这个过程对油缸和水轮机桨叶11机构都会造成磨损，磨损到一定程度后就会出现漏油漏水的严重后果，且维修需要将水轮机整体拆除，工作量大工期长。而水轮机正常情况下桨叶11位置有99％的时间都是固定不变不需要调节的状态，所以由漏油造成的机组桨叶11机构磨损问题。

为此，如图11所述，在液压缸缸体3远离桨叶11的一端设有容纳槽，液控单向阀9设置在容纳槽内，单向阀通过高压软管10与受油器R连接。

在桨叶11液压缸的缸体上加装液控单向阀9，从而形成自带保压功能的实现桨叶11角度操作的液压缸。其工作原理是当需要调整桨叶11的角度时，操作液压缸，液压油通过受油器R油路传递到液控单向阀9，液控单向阀9受到压力而被打开，此时可以完成液压缸动作。当桨叶11角度调整到工作位置后，受油器R断开供油，液控单向阀9自动闭合，单向阀闭合后液压缸两腔的油路完全封闭，液压缸即使受到拉杆5的拉力也不会移动，桨叶11位置就会保持不变，桨叶11相关转动位置7就不会再有任何磨损。

可以理解的是，液控单向阀9保压功能广泛应用于液压控制，其主要作用是防止液压缸内的液压油通过与其连接的阀件渗漏，确保液压缸内的油处于完全密封的状态。对不转动的液压缸液控单向阀9就直接装在液压缸控制阀的最下面，通过管路与液压缸连接。而水轮机桨叶液压缸是旋转的，必须通过受油器R才能使将液压缸控制阀的控制油路与液压缸连接，由于受油器R自身存在漏油缺陷，所以液控单向阀9按常规安装方法无法保证液压缸的油完全密封。因此，这就必须将液控单向阀9安装在受油器R与桨叶11操作液压缸之间。

液控单向阀9的作用是液压行业众所周知的，但直到现在也没有在桨叶11液压缸的控制系统中使用主要是以下原因：

对于现有技术之一，如图1所示，液压缸安装在轮毂内的安装方式，其液压缸安装在水轮机下面，受油器R至液压缸的油路是通过主轴与拉杆5之间的间隙与液压缸连接的，缝隙是通过复杂的管路焊接实现的，之间无法安装任何阀件。

对于现有技术之二，如图2-3所示，液压缸安装在大轴6上方的原安装方式，液压缸的缸体与主轴连接，上面的受油器R为了固定只能通过安装架103与液压缸的缸体连接，而阀件安装需要一定的空间，这种结构把缸体顶端的安装位置占用了，无法再安装其他阀件。

而本实施例中，顶端受油器R是与主轴通过连接之间连接的，液压缸顶部仅为压紧法兰，所以有足够空间安装液控单向阀9。

进一步的，本发明还提供了一种水轮机液压缸的安装方法，包括以下步骤：

S1，将安装好液控单向阀9的液压缸放入水轮机大轴6空腔内，液压缸活塞杆4的中心孔穿过拉杆5；

S2，用压紧螺母1旋入拉杆5端部的螺纹，旋紧螺母直至液压缸活塞杆4端部；

S3，将压紧液压缸的锁紧法兰盘2放在大轴6顶端，并对齐安装螺钉孔位置；

S4，将安装有受油器R的安装座放在锁紧法兰盘2上；

S5，将安装螺钉穿过安装座和法兰旋入主轴的螺孔内，并旋紧；

S6，将受油器R的高压软管10连接至液压缸的外接接头；

S7，将受油器R的出口接头与控制桨叶11液压缸的油管连接。

需要注意的是，步骤S4中，安装时要保证传感器安装孔位置和安装螺钉孔位置对应，即传感器安装孔位置和安装螺钉孔位置对正。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

本领域技术人员不难理解，本发明包括上述说明书的发明内容和具体实施方式部分以及附图所示出的各部分的任意组合，限于篇幅并为使说明书简明而没有将这些组合构成的各方案一一描述。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。