一种轮毂充自然空气的转桨式水轮机的制作方法

1.本实用新型涉及水力机械技术领域，特别涉及一种轮毂充自然空气的转桨式水轮机。


背景技术：

2.传统的转桨式水轮机轮毂内是充满油的，具体的结构为：
3.传统的水轮机转轮轮毂内装配有接力器、操作架、操作连杆、拐臂、枢轴。通过枢轴与桨叶联接，叶片法兰与轮毂的结合处装配橡胶密封。这种结构整个轮毂内部都充满了压力油，用于润滑和操作轮毂内的各构件，使之按规定的控制方式，驱动水轮机桨叶，以提高运行效率；轮叶在水力矩的作用下，驱动转轮旋转，但在工况变化甚至稳定运行期间，水力矩会有不平衡现象，导致枢轴和轴套这对摩擦副受损。轴套对轴的定向约束力减弱，叶片则将偏心作用力矩传至密封件，产生疲劳应力破坏，密封件失效，轮毂内大量的油注入江河，造成严重的环境污染。
4.近年来，国内外环境保护备受关注，因此，国际上都投入了大量的资源，进行着无油转轮的研发。无油转轮目前有两种介质，一种是轮毂内充水，一种是轮毂内充自然空气，根据国内外自润滑材料和密封技术的进步，在此提出一种轮毂内充自然空气为介质的转桨式水轮机无油转轮。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型旨在提出一种轮毂充自然空气的转桨式水轮机，以解决传统转桨式水轮机漏油的问题。
6.为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
7.一种轮毂充自然空气的转桨式水轮机，包括轮毂壳体、叶片，所述轮毂壳体内具有空气腔，所述转轮结构被设置在轮毂壳体的空气腔中，所述转轮结构包括操作杆、操作架、转臂机构、枢轴，操作杆的端部与操作架连接，所述操作架与转臂机构连接，所述转臂机构与枢轴连接，并通过枢轴与叶片连接，所述枢轴通过轴套结构与轮毂壳体连接，所述叶片与轮毂壳体之间设置密封构件，所述密封构件具有至少三道密封点，所述轮毂壳体的外壁设置压环，所述压环环绕叶片设置，并将密封构件压在轮毂壳体的外壁。
8.进一步的，在沿着轮毂壳体由内向外的方向上，所述密封构件包括依次设置的第一垫环、密封支撑环、v形密封环、第二垫环，且第一垫环、密封支撑环、v形密封环、第二垫环之间紧密贴合。
9.进一步的，所述密封构件包括密封垫圈，所述密封垫圈被设置在第一垫环、轮毂壳体的外壁之间。
10.进一步的，在轴向截面上，所述密封垫圈的密封尺寸小于第一垫环与轮毂壳体之间的密封尺寸。
11.进一步的，所述枢轴被设置在空气腔中，所述枢轴的一端贯穿轮毂壳体，并通过外
轴套与轮毂壳体连接。
12.进一步的，所述轮毂壳体内设置轮毂体芯，所述枢轴的另一端通过内轴套与轮毂体芯连接。
13.进一步的，所述外轴套、内轴套均为自润滑轴套。
14.进一步的，在沿着轮毂壳体由内向外的方向上，所述密封构件包括依次设置的第一垫环、密封支撑环、第一v形密封环、第二v形密封环、第二垫环。
15.进一步的，所述压环在远离叶片方向的外缘设置装配槽，所述装配槽中设置紧固件，将压环固定在轮毂壳体的外壁。
16.进一步的，所述装配槽以环形阵列的方式设置在压环的外缘。
17.进一步的，所述转臂机构包括耳柄、连杆、拐臂，所述耳柄的一端与操作架固定，所述耳柄的另一端与连杆连接，所述连杆与拐臂连接，所述拐臂与枢轴连接。
18.进一步的，所述拐臂与枢轴沿同一旋转轴线设置。
19.相对于现有技术，本实用新型所述的一种轮毂充自然空气的转桨式水轮机具有以下优势：
20.本实用新型所述的一种轮毂充自然空气的转桨式水轮机，使转桨式水轮机转轮无油，不存在漏油情况，即使桨叶的密封失效，也足以将油对河流的污染的风险降为0，同时由于其结构简单，仅用自然空气，使水电站的运维成本降低。此外，在不会出现漏油事故的基础上，还通过对密封构件进行改进，确保了叶片与轮毂壳体之间的密封性，防止外界水从叶片与轮毂壳体之间渗入到轮毂壳体内部。
21.此外，通过在轮毂壳体内所有相关的轴与轴套形成摩擦副的轴套部分，采用符性能要求的自润滑材料，使得本技术中轮毂壳体内的介质在只有自然空气的前提下，在干摩擦条件下仍能够具有足够的可靠性，提高了相关部件的使用寿命以及其运行的可靠性，有利于确保轮毂充自然空气的转桨式水轮机的长期正常运转。
附图说明
22.构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
23.图1为本实用新型实施例所述的一种轮毂充自然空气的转桨式水轮机的示意图；
24.图2为本实用新型实施例所述的一种轮毂充自然空气的转桨式水轮机中转臂机构的结构示意图；
25.图3为本实用新型实施例在图1中b处的局部放大图。
26.附图标记说明：
27.1、操作杆；2、连杆；3、操作架；4、耳柄；5、枢轴；6、拐臂；7、压环；71、装配槽；8、叶片；9、密封构件；91、第一垫环；92、密封支撑环；93、第一v形密封环；94、第二v形密封环；95、第二垫环；96、密封垫圈；10、空气腔；11、轮毂壳体；12、轮毂体芯；13、卡环；14、外轴套；15、内轴套。
具体实施方式
28.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
30.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
31.现有技术中转桨式水轮机桨叶随着运行状况的变化频繁调整，其枢轴和轴套不断的摩擦，传统的转桨式水轮机是用润滑油来减少磨损，降低摩擦系数，故转轮轮毂内充满工业用油，为了平衡轮毂外部水压力，轮毂内的润滑油也是有压力的，一旦桨叶密封失效，则会有大量的压力油从轮毂内漏出，进入到河流中，造成水质污染。
32.为了解决传统转桨式水轮机容易漏油的问题，本实施例提出一种转桨式水轮机，首先，需要说明的是，所述转桨式水轮机包括轮毂壳体11、多个叶片8、操作杆组件、接力器组件和受油器等部件，所述接力器组件、受油器被设置在轮毂壳体11外，鉴于其结构、设置位置、连接关系等均为现有技术，在本技术中未进行图示，具体可参考申请人早期提出的申请号为cn201811229066.2的专利申请。
33.下面着重对轮毂充自然空气的转桨式水轮机的技术方案进行介绍，如附图1
‑
3所示，本技术将接力器组件、受油器设置在轮毂壳体11外，同时将水轮机转轮内的压力油全部去掉，改为自然空气为介质；从而所述轮毂壳体11内形成空气腔10，使得轮毂壳体11内介质只有自然空气。
34.所述轮毂壳体11的空气腔10中设置转轮结构，所述转轮结构包括依次连接的操作杆1、操作架3、转臂机构、枢轴5；其中，如附图1所示，所述轮毂壳体11内设置轮毂体芯12，所述轮毂体芯12具有中空腔，操作杆1为转桨式水轮机中操作杆组件延伸入轮毂壳体11内的一部分结构，具体的，操作杆1以能够沿轴心方向进行轴向运动的方式被设置在轮毂体芯12的中空腔中，操作杆1的端部与操作架3连接，且操作杆1的端部与操作架3之间通过卡环13固定，从而由操作杆1驱动操作架3，进行以操作杆1轴心为运动方向的轴向运行。
35.所述操作架3与转臂机构连接，所述转臂机构与枢轴5连接，并通过枢轴5与叶片8连接，从而在操作杆1的驱动下带动操作架3轴向运动，并带动转臂机构运行，使得叶片8转动，达到调整叶片8角度的目的。
36.对于转臂机构及其具体装配结构而言，所述转臂机构包括耳柄4、连杆2、拐臂6，所述耳柄4的一端通过螺栓固定在操作架3上，所述耳柄4的另一端与连杆2连接，当操作架3运动时，引起耳柄4相连的连杆2一起运动。所述连杆2与拐臂6偏心连接，所述拐臂6与枢轴5连
接，且所述拐臂6与枢轴5沿同一旋转轴线设置，使拐臂6在一定的角度范围内转动，从而引起与拐臂6相连的枢轴5沿同一旋转轴线进行转动，进而使叶片8转动，达到调整叶片角度的目的。
37.对于上述转轮结构而言，除金属结构件外，轮毂壳体11内的介质只有自然空气，没有采用现有技术中的油介质，因此在转臂机构带动枢轴5转动，来调整叶片角度的过程中，就需要考虑枢轴5的装配情况以及枢轴5在无油润滑下进行转动的运行可靠性。
38.对于枢轴5的装配情况，所述枢轴5被设置在空气腔10中，且所述枢轴5的一端贯穿轮毂壳体11，与叶片8连接；由于枢轴5与轮毂壳体11之间存在相对转动，为了确保枢轴5在无油润滑下进行转动的运行可靠性，所述枢轴5通过外轴套14与轮毂壳体11连接，使得枢轴5在无油润滑的情况下也能够实现转动。
39.此外，考虑到枢轴5转动时的平稳性，在枢轴5的一端与轮毂壳体11装配的基础上，枢轴5的另一端通过内轴套15与轮毂体芯12连接，从而在转臂机构带动枢轴5转动的过程中，一方面枢轴5的两端分别与轮毂壳体11、轮毂体芯12配合，使得枢轴5至少在其两端均具有受力支撑点，有利于枢轴5在转动时的受力平衡，确保其平稳转动，另一方面内轴套15的设置，同样使得枢轴5在无油润滑的情况下实现转动。同样的，对于轮毂体芯12而言，优选所述轮毂体芯12与轮毂壳体11为一体结构，一方面能够对操作杆1、枢轴5提供较为牢靠的装配，另一方面有利于保证轮毂壳体11整体的机械强度。
40.由于本技术中轮毂壳体11内的介质只有自然空气，完全没有油介质，这在转桨式水轮机长时间运行过程中，常规的轴套往往难以在无油润滑情况下长时间保持良好的运转状态；为此，本技术中的枢轴5与外轴套14、内轴套15之间，以及轮毂壳体11内所有相关的轴与轴套形成摩擦副的轴套部分均采用合符性能要求的自润滑材料(见表1)，在干摩擦条件下有足够的可靠性，提高了相关部件的使用寿命以及其运行的可靠性，有利于确保轮毂充自然空气的转桨式水轮机的长期正常运转。
41.表1
[0042][0043]
优选的，所述外轴套14、内轴套15均为自润滑轴套。
[0044]
此外，由于轮毂壳体11内部充满空气，而轮毂壳体11外部存在一定的水压，为了避免外界水从叶片8与轮毂壳体11之间渗入到轮毂壳体11内部，本技术在叶片8与轮毂壳体11之间设置密封构件9，所述轮毂壳体11的外壁设置压环7，所述压环7环绕叶片8设置，并将密封构件9压在轮毂壳体11的外壁，用于确保叶片8与轮毂壳体11之间的密封性，防止外界水从叶片8与轮毂壳体11之间渗入到轮毂壳体11内部。
[0045]
进一步的，所述压环7在远离叶片8方向的外缘设置若干个装配槽71，可以通过在装配槽71中设置螺栓、螺钉等紧固件，用于将压环7固定在轮毂壳体11的外壁，并能够确保将密封构件9较为紧密地压在轮毂壳体11的外壁；优选的，所述装配槽71以环形阵列的方式设置在压环7的外缘，从而有利于确保压环7、轮毂壳体11、密封构件9之间相互作用力的均匀分布，有利于保障相关部件之间的装配牢靠性。
[0046]
所述密封构件9具有至少三道密封点；具体而言，在沿着轮毂壳体11由内向外的方向上，所述密封构件9包括依次设置的第一垫环91、密封支撑环92、v形密封环、第二垫环95，且第一垫环91、密封支撑环92、v形密封环、第二垫环95之间紧密贴合，以确保叶片8与轮毂壳体11之间的密封性，防止外界水从叶片8与轮毂壳体11之间渗入到轮毂壳体11内部。
[0047]
如附图3所示，第一垫环91具有弧形凸部，所述密封支撑环92在轴向截面上呈x形，v形密封环在轴向截面上呈v形，从而使得密封支撑环92的两侧能够分别与第一垫环91、v形密封环紧密贴合；同样的，第二垫环95也具有弧形凸部，与v形密封环相适应，使第二垫环95与v形密封环之间紧密贴合。
[0048]
作为本技术的一个实施例，在沿着轮毂壳体11由内向外的方向上，所述密封构件9包括依次设置的第一垫环91、密封支撑环92、第一v形密封环93、第二v形密封环94、第二垫环95，即设置两个v形密封环，使得密封构件9的主体呈“x﹤﹤”的密封构架，且v形密封环中“﹤”的开口朝向轮毂壳体11的外部，亦或者说是朝向外部水流，以增强叶片8与轮毂壳体11之间的密封性能。
[0049]
此外，所述密封构件9还包括密封垫圈96，所述密封垫圈96被设置在第一垫环91、轮毂壳体11的外壁之间；同时，在轴向截面上，所述密封垫圈96的密封尺寸小于第一垫环91与轮毂壳体11之间的密封尺寸，从而通过密封垫圈96的设置，一方面增大了密封面积，另一方面能够改善第一垫环91与轮毂壳体11之间的受力情况。
[0050]
对于密封构件9而言，使用于“无水无油”的干摩擦条件(见表2)，而且其密封结构应适合轮毂不动的情况下，进行密封材料的更换。
[0051]
表2
[0052]
密封结构“x﹤﹤”型工作压力0～1mpa环境温度
‑
20℃～ 50℃旋转速度≤0.01m/s工作环境一边是空气，另一边是压力水化学成分无毒、无味、疏水
[0053]
作为本技术的一个实施例，所述转轮结构的相关部件均可为不锈钢材料或其它经防腐处理的材料，密封构件9的相关构件可采用“无水无油”的“干润滑”且密封性能较好的材料，并满足“水的不可见渗漏”的要求，密封构件9在不拆卸轮毂结构的情况下，即可完成修理或更换。
[0054]
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。