整裝斜擊立式高效水輪發(fā)電機組的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及水力發(fā)電設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種整裝斜擊立式高效水輪發(fā)電機組。
【背景技術(shù)】
[0002]目前的斜擊式水輪發(fā)電機組通常為臥式分散型，即水輪機與發(fā)電機均為獨立設(shè)備，安裝時臥置在廠房地面上，水輪機主軸中間裝配轉(zhuǎn)輪部件，兩端有密封結(jié)構(gòu)及軸承支點，通過彈性聯(lián)軸器連接發(fā)電機主軸。如圖1至4所示，由于臥式分散型水輪機的轉(zhuǎn)輪高度較為低矮，為了保證水流能夠以合適的角度噴射水輪機轉(zhuǎn)輪，現(xiàn)有的引水方式均為在廠房地面以下開挖進水機坑，安裝引水壓力管、閥門、進水彎管和噴水彎管，水流先經(jīng)過90°或45°的進水彎管，再經(jīng)90°或45°噴水彎管，水流進入噴嘴機構(gòu)。
[0003]臥式分散型水輪發(fā)電機組存在以下問題:(I)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件多，制造成本高；
(2)臥式布置占地面積大；(3)部件多而散，無法整裝整機出廠，需現(xiàn)場安裝調(diào)試，安裝、檢修繁瑣、復(fù)雜，就位安裝時間長，各類風(fēng)險及成本增加；(4)固定機組地腳螺栓面廣點多，夕卜加機坑開挖與鑲砌，土建投資加大；(5)引水水流轉(zhuǎn)彎角度大，壓力損失大；轉(zhuǎn)輪出水橫向再轉(zhuǎn)立向，均影響水力性能，從而降低轉(zhuǎn)化效率與發(fā)電效率；(6)傳動部件多，影響傳動效率，增加后續(xù)運行維護、檢修成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型要解決的技術(shù)問題，在于提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、安裝檢修方便、效率高、進水管路布局簡單的整裝斜擊立式高效水輪發(fā)電機組。
[0005]本實用新型是這樣實現(xiàn)的:整裝斜擊立式高效水輪發(fā)電機組包括斜擊式水輪機、發(fā)電機、進水管閥和尾水機坑，發(fā)電機和斜擊式水輪機在垂直方向上布置，斜擊式水輪機位于發(fā)電機之下和尾水機坑之上，進水管閥由噴嘴機構(gòu)與斜擊式水輪機連通，噴嘴機構(gòu)位于斜擊式水輪機轉(zhuǎn)輪之上，并且噴嘴機構(gòu)的流體噴射方向朝向斜擊式水輪機轉(zhuǎn)輪，發(fā)電機的主軸延伸入斜擊式水輪機機體中并作為斜擊式水輪機轉(zhuǎn)輪主軸與轉(zhuǎn)輪裝配結(jié)合聯(lián)動。采用以上設(shè)計，一方面，由于垂直方向布置發(fā)電機組取消了彈性聯(lián)軸器，直接由發(fā)電機主軸延伸入斜擊式水輪機機體中并作為斜擊式水輪機轉(zhuǎn)輪主軸與轉(zhuǎn)輪裝配結(jié)合聯(lián)動，使得發(fā)電機與斜擊式水輪機由傳統(tǒng)上的分離連接變?yōu)榫o湊連接，從而減少傳動部件，提高傳動效率，同時，由于結(jié)構(gòu)簡單，使得水輪發(fā)電機組的后續(xù)運行維護以及檢修成本大幅度減少。當(dāng)然，發(fā)電機、斜擊式水輪機和尾水機坑的連接可以是可拆卸的，方便維護與維修。另一方面，斜擊式水輪機、發(fā)電機和尾水機坑均處于垂直方向上，且只有尾水機坑布置在地面下，斜擊式水輪機和發(fā)電機均在尾水機坑上方，不會占用地面，這樣，使得發(fā)電機組的占地面積至少縮小二分之一以上。此外，斜擊式水輪機、發(fā)電機和尾水機坑垂直方向緊湊連接，減少了中間傳動環(huán)節(jié)，有效的減少了易損件的使用，使得水輪發(fā)電機組可在工廠內(nèi)整體裝配、調(diào)試完成后，直接運至電站廠房定位安裝便可投入使用，省工省力省錢。另外，由于易損件使用量較少，使得后續(xù)設(shè)備維護要求降低、費用減少。噴嘴機構(gòu)位于斜擊式水輪機轉(zhuǎn)輪的上方，并且其流體噴射方向朝向斜擊式水輪機轉(zhuǎn)輪，這樣，在使用的時候，高速流體斜擊轉(zhuǎn)輪后，在重力的作用下，流體能夠迅速流入尾水機坑，不會殘留在斜擊式水輪機上。為了保證能夠達到最好的發(fā)電效果，噴嘴機構(gòu)的方向可以根據(jù)斜擊式水輪機轉(zhuǎn)輪或其他因素進行調(diào)整，當(dāng)然，噴嘴機構(gòu)噴射流體的射程和噴射量也是可以根據(jù)實際情況需要進行調(diào)整。發(fā)電機的主軸延伸入斜擊式水輪機機體中并作為斜擊式水輪機轉(zhuǎn)輪主軸與轉(zhuǎn)輪裝配結(jié)合聯(lián)動，即斜擊式水輪機與發(fā)電機共用一個主軸，不存在中間聯(lián)軸器傳動環(huán)節(jié)。這樣，使得發(fā)電機組結(jié)構(gòu)緊湊簡單，布置合理，能夠有效減少發(fā)電機組的占地面積，極大的降低了廠房投資成本。
[0006]本實用新型的進水管閥包括噴水彎管和進水管路，噴水彎管的出水口通過噴嘴機構(gòu)與斜擊式水輪機連通，噴水彎管的進水口與進水管路連通，噴水彎管出水口的出水方向與進水口的進水方向之間夾角小于45°。目前市場上的水輪發(fā)電機組都采用90°或45°的噴水彎管，但對于高速水流來說，噴水彎管的角度會直接影響水壓大小以及射程遠近(水高速流動時，水的動能克服管壁的阻力做功，消耗水的動能，從而對水壓造成損失)，噴水彎管角度越大，對水壓的損失會越大。本實用新型中，取消了 90°或45°進水彎管，且不使用傳統(tǒng)的90°或45°的噴水彎管，而采用出水口的出水方向與進水口的進水方向之間夾角小于45°的噴水彎管替代，采用這種設(shè)計，避免了在噴水彎管和進水管路中使用大角度的彎頭設(shè)計，能夠有效的減少高速水流至少75%的彎頭損失，提高了水能利用效率。此夕卜，傳統(tǒng)的進水管閥在進入廠房后的進水管路中需經(jīng)至少90°或45°進水彎管，再經(jīng)至少90°或45°噴水彎管后到達噴嘴機構(gòu)，中間需要通過伸縮節(jié)連接或法蘭連接將兩個管道形成一個整體，其密封性和抗沖擊能力容易受環(huán)境的影響。而本實用新型由于只需要一個噴水彎管，且彎管夾角小于45°，該噴水彎管可以一體成型，避免了通過伸縮節(jié)連接或法蘭連接的噴水彎道在高水壓高流速的沖擊下，連接處發(fā)生變形或滲漏的情況，有效的保證了噴水彎道的密封性和壽命。
[0007]本實用新型的噴水彎管的進水口的進水方向為水平進水，噴水彎管的出水口的出水方向與噴嘴機構(gòu)朝向斜擊式水輪機轉(zhuǎn)輪的噴射方向一致。采用最簡單的噴水彎管進出水，既不會對高速水流造成損失，也能夠最有效的保證水能的利用效率；此外，噴水彎管的出水口的出水方向與噴嘴機構(gòu)朝向斜擊式水輪機轉(zhuǎn)輪的噴射方向一致，這樣，在使用的時候，可以通過調(diào)整噴水彎管的方向?qū)崿F(xiàn)控制噴嘴機構(gòu)的方向。
[0008]本實用新型的噴水彎管出水口的出水方向與進水口的進水方向之間夾角為22.5°。斜擊式水輪機有一個最佳的射流方向。噴水彎管出水口的出水方向與進水口的進水方向之間夾角過大，使得高速水流力的方向與斜擊式水輪機轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)的方向夾角過大，偏離最佳射流方向，從而導(dǎo)致能量轉(zhuǎn)換率低下(水的動能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)機械能)；噴水彎管出水口的出水方向與進水口的進水方向之間夾角過小會導(dǎo)致噴水彎管不能適用斜擊式轉(zhuǎn)輪。優(yōu)選的，本實用新型經(jīng)過多次試驗并結(jié)合多年來的傳統(tǒng)機組運行及檢修維護實踐經(jīng)驗，采用了彎管出水口的出水方向與進水口的進水方向之間夾角為22.5°，能夠在保證最佳的射流方向的同時，適用所有類型的斜擊式水輪機。
[0009]本實用新型的噴水彎管和進水管路均位于安裝斜擊式水輪機的地基水平面之上。這樣，噴水彎管和進水管路布局簡單、限制小，使得整機在廠房內(nèi)的裝機位置點有多種選擇，而且當(dāng)需要移動時，無需對進水管路坑道進行開挖與鑲砌，減少土建投資；此外，管路不在機坑內(nèi)方便裝拆、檢修、維護。
[0010]本實用新型的進水管路為直管，進水管路的軸線與噴水彎管進水口截面軸心重合。一方面，軸心重合使得管壁的阻力最小，高速水流在管內(nèi)流動時，動能損失最小，最有效的保證水能的利用效率；另一方面，進水管路與噴水彎管的軸心重合，便于連接，不易變形，而且密封性和抗沖擊能力最好。進水管路與噴水彎管的連接可以采用法蘭連接或伸縮節(jié)連接。
[0011 ] 本實用新型的噴嘴機構(gòu)的流體噴射方向朝向水平設(shè)置的斜擊式水輪機轉(zhuǎn)輪的上表面，流體經(jīng)過轉(zhuǎn)輪后從轉(zhuǎn)輪下表面垂直向下出液。這樣，在使用的時候，噴嘴機構(gòu)噴射的流體斜擊轉(zhuǎn)輪后，在重力的作用下，流體能夠從轉(zhuǎn)輪下表面垂直向下流入尾水機坑，不會殘留在斜擊式水輪機上對其造成損壞，也不會給斜擊式水輪機的轉(zhuǎn)動帶來負擔(dān)，相反的，在斜擊式水輪機的轉(zhuǎn)動下，能夠會加速流體的出液。
[0012]本實用新型發(fā)電機的主軸上設(shè)有用于承受沿主軸向下軸向力的支承結(jié)構(gòu)。支承結(jié)構(gòu)可以設(shè)置一個或者多個。優(yōu)選的，支承結(jié)構(gòu)可以是導(dǎo)軸承，在使用的時候，導(dǎo)軸承可以承受發(fā)電機和斜擊式水輪機主軸的徑向力，使主軸穩(wěn)定保持在中心位置。本實用新型的水輪發(fā)電機組主軸上承受的沿主軸向下軸向力包括主軸的重力，和/或斜擊式轉(zhuǎn)輪的重力，和/或發(fā)電機相關(guān)零件(如轉(zhuǎn)子等)的重力，和/或水流沖