[实用新型]基于齿差驱动的水泵叶片角度在役调节装置

说明书

技术领域

本实用新型属于流体机械技术领域，涉及采用桨叶作为工具去驱动流体介质的水泵、水轮机及其它流体机械装置，具体地说涉及一种不停机即可调控水泵叶片角度的调节装置，更具体地说涉及一种利用齿差驱动实现在役调控水泵叶片角度的机械式调节装置。

背景技术

水泵和水轮机均需要配置叶片(也叫桨叶)提升或者输送水至目标区域。众所周知，这些水利设备的工作效率与其叶片的迎水角度亦即“攻角”密切相关。通常，对应着水泵不同的运行工况，有且必有一个最优的叶片角度，在该叶片角度下工作时水泵将获得最优的水能效率。毫无疑问，若能依照江湖水位、季节变化以及水文状况等不同环境背景来实时地调控叶片的工作角度，将能优化水泵排量的输出特性并能节约大量的电费。故此，现有大型水泵及其机组无一例外均配置有用以调节叶片角度的装置，以期在水泵运行期间能够根据具体情况在役调控叶片的角度以获取最优的效率。

当前，大型水泵普遍采用机械式调节装置来实施不停机的叶片角度调节操作，亦即在水泵不停止运转的情况下在役改变叶片的工作角度。为实现这一目标，传统的做法是采用一个专门的调节电机和减速机构，利用它们去驱动一个螺母螺杆副，借助螺母螺杆副产生轴向位移来驱动一根与水泵桨叶相联接的调节拉杆，并通过该调节拉杆去调控水泵叶片的攻角。此类机械式调节装置的优点是显而易见的，一方面它能实现自锁而拥有很好的锁定叶片角度的性能，另一方面它调控叶片角度的过程非常平稳和精确。也因此，机械式叶片角度调节装置一直被沿用至今，尤其在叶轮直径在1.5m至3.1m的大型水泵中仍然占据有较大的市场份额。

但是，传统机械式调节装置必须借助专门的调节电机作为其调节装置的执行动力，由此带来的缺陷和隐患是非常明显的，主要是：①采用调节电机后会致使调节装置体积变得庞大，众所周知，调节电机的存在必然占据一定的空间，故传统机械式调节装置的体积十分之庞大，尤其在高度方向更是凭空高出一个电机的尺寸(大约占去装置整机高度的五分之一左右)，如此状况不仅使得装置不够紧凑，而且也给装置的起运、安装和维护带来困难；②采用调节电机后致使调节装置的受电系统变得更加复杂，由于调节电机的存在而需要单独给其输供电力，额外的供电与受电系统致使其机构的控制环节显著增多，特别对于那些随动电机型的调节装置，更由于电机的本体一直跟随水泵旋转，因此必须采用电刷及受电环的受电方式，以至于其供电的可靠性较差；③采用调节电机后会致使调节装置抵抗水泵抬轴冲击的能力显著下降，盖因调节电机的存在以及其传递动力的需要，使得机构的螺母螺杆副支撑结构不尽合理，支撑环节多且传力链长，导致装置的整体刚度很弱，换言之其很难抵御水泵的“抬轴”冲击力，以致调节装置存在被顶开和掀翻的“炸机”事故隐患。

鉴此，新庄正明(日本)等人提出了一种差动齿轮驱动型叶片角度调节装置，参见1989年第4期《排灌机械》“立式混流泵变固定叶片为可调叶片的改造”(高盘林、陈奇译自:137may 1987,《Ebara Engineering Review》)；中国专利ZL99216481.8(CN2390020Y)也提出了与之原理相仿的“水轮机、水泵转轮桨叶自动调节装置”。上述文献提出的技术方案乃属典型的机械式调节装置范畴，其出发点是利用少齿差方法并借助水泵主电机的驱动来实现叶片角度的调节。差动齿轮驱动型装置的工作原理及结构布局是：由水泵主电机的转子带动一个主齿轮，然后由该主齿轮驱动一个滚动齿轮，接着利用一个与该滚动齿轮相关联的电磁离合器来选择是否驱动某根副轴，而在该副轴上联动有一个差动齿轮，该差动齿轮与调节螺母上配置的一个中心齿轮存在有啮合关系，当该中心齿轮受到驱动而转动时，它将带动调节螺母旋转并进而驱动调节螺杆产生轴向运动，籍此调节螺杆的轴向位移来驱动与水泵叶片相联动的调节拉杆，最终达成改变叶片攻角的目的。在上述方案中，实现调节螺杆正、反双向轴向运动选择的要诀是，所述差动齿轮配置有两种不同规格的型号，其中一个差动齿轮的齿数比滚动齿轮的齿数多一个、而另一个差动齿轮的齿数比滚动齿轮的齿数少一个，与之相呼应，需要配装至少两根副轴并必须在这些副轴上设置相应的电磁离合器，通过操控电磁离合器来选择不同的齿差传递路径，由此实现调节螺杆的正向移动或者反向移动，最终完成叶片角度的增大或者减少。毋庸置疑，差动齿轮驱动型叶片角度调节装置的优点非常突出，它完全摒弃了传统机械式调节装置所必不可少的专用调节电机，故装置的紧凑性和复杂度得以大幅改观。