一種傘式防水一體化反裝斜擊式水輪發(fā)電機及其做功方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種傘式防水一體化反裝斜擊式水輪發(fā)電機及其做功方法，其傘式防水一體化反裝斜擊式水輪發(fā)電機包括發(fā)電機構、勵磁機構、斜擊葉輪機構、轉軸機構和固定底蓋，斜擊葉輪機構包括斜擊葉片和環(huán)形槽，斜擊葉片均勻分布在環(huán)形槽外層壁外側，發(fā)電機構與勵磁機構并列安裝在環(huán)形與固定底蓋構成的封閉空間內，環(huán)形槽安裝在轉軸機構上，轉軸機構與環(huán)形槽同中心軸線；本發(fā)明所述傘式防水一體化反裝斜擊式水輪發(fā)電機通用性較好，壽命長，制造、建設成本與生產管理成本較低，防水性好。
【專利說明】
_種傘式防水_體化反裝斜擊式水輪發(fā)電機及其做功方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及水電設備領域，尤其涉及一種傘式防水一體化反裝斜擊式水輪發(fā)電機及其做功方法。
【背景技術】
[0002]水輪發(fā)電裝置按工作原理可分為沖擊式水輪機和反擊式水輪機兩大類。沖擊式水輪機的轉輪受到水流的沖擊而旋轉，工作過程中水流的壓力不變，主要是動能的轉換;反擊式水輪機的轉輪在水中受到水流的反作用力而旋轉，工作過程中水流的壓力能和動能均有改變，但主要是壓力能的轉換。
[0003]沖擊式水輪機，由于其工作輪僅部分過水，部分水斗受力，故該類水輪機所需流量較小，比較適合小流量高水頭的發(fā)電場所。沖擊式水輪機，按水流的流向可分為切擊式(又稱水斗式)和斜擊式兩類，在等徑水輪條件下，切擊式的受力力臂相對斜擊式較大，但運行水輪轉速相對較小。
[0004]斜擊式水輪機，由于其葉片受力相對切擊式水輪機的葉片受力較小，對葉片的材質和制造工藝要求較低，且運行穩(wěn)定、噪音小，總體性價比較高，深受國內外小型電站企業(yè)的喜好。
[0005]然而，現(xiàn)有的斜擊式水輪機所存在的問題是:I)水輪機的葉輪與發(fā)電機和勵磁電機需通過較長的傳動軸傳動，而一般情況下，為了便于傳動軸的安裝更換，傳動軸連接處會采用法蘭連接，同時為了維持傳動軸穩(wěn)定轉動，避免偏心，會在轉軸的連接處以及中部設置多個軸承，這種結構方式非常耗材，且轉軸仍容易出現(xiàn)偏心轉動，容易導致對發(fā)電機造成損失；2)現(xiàn)有水輪發(fā)電裝置的發(fā)電機和勵磁機在工作中會產生大量的廢熱(主要由導線中強電流生產)，需要安裝專用的散熱、冷卻系統(tǒng)，當散熱、冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，容易導致機芯燒壞;3)現(xiàn)有斜擊式水輪機的發(fā)電效率普遍相對偏低，其中做的較為理想的效率僅在80%至84%;4)現(xiàn)有的每組水輪發(fā)電機均是針對不同地形的定制機，造成原材料、組件、線材和零部件不能夠通用，不能夠批量生產;5)現(xiàn)有水輪發(fā)電機采用立式安裝時，中心轉子轉軸呈豎直方向，轉子上部積水容易從上端軸承連接處滲入機芯，因而需要其上端軸承的防水要求較高，部件制造成本偏高。
[0006]由于上述因素，在電站建設中，電站設計較復雜、基建工程量較大，設備運輸、安裝成本較高;且其定子、轉子、凸極、傳動軸等部件對材料強度要求高;上述問題給小型電站的建設造成了較大的投入成本與生產管理成本，且產能較小，部分小型可利用水能資源被浪費。
[0007]此外，現(xiàn)有的斜擊式水輪機的做功方式均是:將噴嘴垂直于水輪葉片的徑向方式，噴嘴的高速水流與折形葉片的進口平面存在一定傾斜角，高速水流沿進口平面進入，并流經葉片的折形面，將其動能傳遞到葉片上，最后水流從出水面流出；該種做功方式，其流出的水流余能較大，水流動能轉化效率偏低;且其動能的傳動過程中動能損耗較大，發(fā)電效率偏低。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術問題為:現(xiàn)有的斜擊式水輪發(fā)電裝置的結構復雜、場地占用體積較大，冷卻效果欠佳，容易導致機芯燒壞，效率普遍偏低，防水性較差，原材料、組件、線材和零部件的通用性較差，組件易損耗，制造、建設成本與生產管理成本較高。
[0009]為解決其技術問題本發(fā)明所采用的技術方案為:一種傘式防水一體化反裝斜擊式水輪發(fā)電機，包括發(fā)電機構、勵磁機構、斜擊葉輪機構、轉軸機構、固定底蓋、噴嘴和支撐柱臂；
其特征在于:斜擊葉輪機構包括斜擊葉片和環(huán)形槽，斜擊葉片均勻分布在環(huán)形槽外層壁外側，發(fā)電機構與勵磁機構同軸上下并列安裝在環(huán)形槽與固定底蓋構成的封閉空間內，環(huán)形槽的槽口向下，環(huán)形槽安裝在轉軸機構上，轉軸機構與環(huán)形槽同中心軸線，固定底蓋固定在支撐柱臂上，噴嘴安裝在斜擊葉片上方；
所述發(fā)電機構包括發(fā)電電樞繞組和發(fā)電勵磁繞組，所述勵磁機構包括勵磁機電樞繞組和勵磁機勵磁繞組；
所述轉軸機構包括轉軸柱、導電芯和電刷環(huán)，多對導電芯相互絕緣密封安裝在轉軸柱內，多對電刷環(huán)安裝在轉軸柱一端柱面上，導電芯的一端與電刷環(huán)對應連接；
發(fā)電電樞繞組與勵磁機電樞繞組同軸上下并列固定安裝在環(huán)形槽內層壁內側，環(huán)形槽的中部通孔花鍵連接轉軸柱，發(fā)電電樞繞組的電流輸出電極對與勵磁機電樞繞組的電流輸出電極對分別導電連接其相應的導電芯；
發(fā)電勵磁繞組和勵磁機勵磁繞組分別位于發(fā)電電樞繞組和勵磁機電樞繞組的外側，發(fā)電勵磁繞組和勵磁機勵磁繞組同軸上下并列固定安裝在固定底蓋的環(huán)形壁內側；
固定底蓋的環(huán)形壁外側與環(huán)形槽外層壁內側間設置有密封支撐軸承。
[0010]作為進一步優(yōu)化，為了減小密封支撐軸承的摩擦損耗，所述固定底蓋的中部內側還設置有支撐軸承，
作為進一步優(yōu)化，為了具有更好的防水性能，所述環(huán)形槽外層壁向內延伸出縮口圍邊，固定底蓋環(huán)形邊角處還設置有環(huán)形離心甩水槽，縮口圍邊滑動配合環(huán)形離心甩水槽。
[0011]作為進一步優(yōu)化，為了更好的增強環(huán)形離心甩水槽的甩水效果和耐磨性，所述環(huán)形離心甩水槽內還安裝有樹脂耐磨環(huán)。
[0012]作為進一步優(yōu)化，為了更好地增強環(huán)形離心甩水槽的甩水隔水效果和耐磨性，所述環(huán)形離心甩水槽內還安裝有環(huán)形絨刷。
[0013]基于上述所述技術方案，其傘式防水一體化反裝斜擊式水輪發(fā)電機的做功方法為:所述傘式防水一體化反裝斜擊式水輪發(fā)電機的斜擊葉片水平分布，噴嘴安裝在斜擊葉片上方，噴嘴噴水方向朝向斜擊葉片，噴嘴與斜擊葉片分布面存在一定傾角，其傾角在20°至30°，噴嘴與斜擊葉片的徑向方向的夾角呈45°至55° ;采用該種做功方式，其噴嘴噴出的水流從斜擊葉片的徑向外側逐步向徑向內側流動，并持續(xù)對葉片施力，直至在斜擊葉片的徑向內側下方流出，流出的水流余能可接近6%至10%，其動能轉化效率可達90%至94%，相比傳統(tǒng)斜擊式水輪發(fā)電機的穩(wěn)定動能轉化效率提高8%至12%左右。
[0014]工作原理:該發(fā)明所述傘式防水一體化反裝斜擊式水輪發(fā)電機，工作時，噴嘴向斜擊葉片噴射水流，驅動斜擊葉輪機構轉動，并帶動發(fā)電電樞繞組和勵磁機電樞繞組轉動，勵磁機電樞繞組在轉動時，切割勵磁機勵磁繞組產生的磁場，產生流電，并通過導電芯和電刷環(huán)傳導到外界勵磁整流設備，由外部的勵磁整流設備整流后產生恒壓穩(wěn)定直流，再通過并電刷環(huán)和導電芯傳導到發(fā)電勵磁繞組，使發(fā)電勵磁繞組產生磁場，在發(fā)電電樞繞組在轉動時切割磁場，產生感應電壓。
[0015]該傘式防水一體化反裝斜擊式水輪發(fā)電機，由于發(fā)電機構和勵磁機構直接安裝在斜擊葉輪機構，由于斜擊葉片和環(huán)形槽具有較好的導熱率和較大的導熱面積，斜擊葉片兼具散熱片功效，發(fā)電工作過程產生的廢熱直接通斜擊葉片散熱到水流中，其散熱效果極佳，能省去了專門的冷確散熱系統(tǒng)和熱監(jiān)控系統(tǒng);此外，由于發(fā)電機構與斜擊葉輪機構的一體化，傳動軸部件相應的被省去，大大簡化了水輪發(fā)電裝置的結構和材料，并防止傳動軸偏心問題，避免定子繞組或轉子繞組被燒壞的問題，增長了設備的使用壽命；另外，由于環(huán)形槽的槽口向下，環(huán)形槽的上方呈整體式密封，環(huán)形槽上部積水無法滲入發(fā)電機構機芯內，其環(huán)形槽對支撐軸承的密封要求較低。
[0016]該發(fā)電機構的發(fā)電電樞繞組位于中部，發(fā)電勵磁繞組位于外部，發(fā)電電樞繞組轉動，發(fā)電勵磁繞組固定，該種結構與現(xiàn)有發(fā)電機的常用結構相反，也即反裝結構模式，該種結構的發(fā)電勵磁繞組具有較大的分布面積，各勵磁繞組端子產生的磁場相互影響較小，磁場強度分布振幅較大，具有較好的勵磁效率。
[0017]有益效果:本發(fā)明所述的傘式防水一體化反裝斜擊式水輪發(fā)電機，相對于現(xiàn)有水輪發(fā)電裝置，實現(xiàn)了水輪機構與發(fā)電機構、勵磁機構的一體化，動力傳動無需通過傳動軸傳動，廢熱可直接通過斜擊葉片散熱到水流中，具有極好的散熱效果，能有效的避免傳動軸偏心問題，以及避免定子繞組或轉子繞組被燒壞的問題，增長了設備的使用壽命，且大大簡化了水輪發(fā)電裝置的結構和材料，縮小了設備體積。同時，由于設備被一體化，在電站建設的諸多狀況下均可整體使用，較大地增強了設備的通用性，減少了電站制造、建設成本與生產管理成本。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明方案一的俯視結構不意圖；
圖2為本發(fā)明方案一的水平剖視結構示意圖；
圖3為本發(fā)明方案一的垂直橫向剖視結構示意圖；
圖4為本發(fā)明方案一的垂直縱向剖視結構示意圖；
圖5為本發(fā)明方案二的垂直縱向剖視結構示意圖；
圖6為本發(fā)明方案三中環(huán)形離心甩水槽結構放大示意圖；
圖7為本發(fā)明方案四中環(huán)形離心甩水槽結構放大示意圖；
圖中:I為發(fā)電機構、11為發(fā)電電樞繞組、12為發(fā)電勵磁繞組、2為勵磁機構、21為勵磁機電樞繞組、22為勵磁機勵磁繞組、3為斜擊葉輪機構、31為斜擊葉片、32為環(huán)形槽、33為縮口圍邊、4為轉軸機構、41為轉軸柱、42為導電芯、43為電刷環(huán)、5為固定底蓋、51為支撐軸承、52為密封支撐軸承、53為環(huán)形離心甩水槽、54為樹脂耐磨環(huán)、55為環(huán)形絨刷、6為噴嘴、7為支撐柱臂。
【具體實施方式】
[0019]下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述;顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0020]方案一(如圖1至圖4所示):一種傘式防水一體化反裝斜擊式水輪發(fā)電機，包括發(fā)電機構1、勵磁機構2、斜擊葉輪機構3、轉軸機構4、固定底蓋5和噴嘴6;斜擊葉輪機構3包括斜擊葉片31和環(huán)形槽32，環(huán)形槽32的槽口向下，斜擊葉片31均勻分布在環(huán)形槽32外層壁外側;發(fā)電機構I包括發(fā)電電樞繞組11和發(fā)電勵磁繞組12，勵磁機構2包括勵磁機電樞繞組21、勵磁機勵磁繞組22和外界勵磁整流設備;轉軸機構4包括轉軸柱41、導電芯42和電刷環(huán)43，多對導電芯42相互絕緣密封安裝在轉軸柱41內，多對電刷環(huán)43安裝在轉軸柱41 一端柱面上，導電芯42的一端與電刷環(huán)43對應連接;發(fā)電電樞繞組11與勵磁機電樞繞組21同軸上下并列固定安裝在環(huán)形槽32內層壁內側，環(huán)形槽32的中部通孔密封過盈連接轉軸柱41，發(fā)電電樞繞組11的電流輸出電極對與勵磁機電樞繞組21的電流輸出電極對分別導電連接其相應的導電芯42 ；外界勵磁整流設備導電連接多對電刷環(huán)43 ；發(fā)電勵磁繞組12和勵磁機勵磁繞組22分別位于發(fā)電電樞繞組11和勵磁機電樞繞組21的外側，發(fā)電勵磁繞組12和勵磁機勵磁繞組22同軸上下并列安裝在固定底蓋5的環(huán)形壁內側，固定底蓋5的中部內側設置有支撐軸承51，固定底蓋5的環(huán)形壁外側與環(huán)形槽32外層壁內側間設置有密封支撐軸承52;固定底蓋5固定連接在支撐柱臂7上;噴嘴6安裝在斜擊葉片31上方，斜擊葉片31水平分布，噴嘴6噴水方向朝向斜擊葉片31，噴嘴6與斜擊葉片31分布面存在一定傾角，其傾角為20°，噴嘴6與斜擊葉片31的徑向方向的夾角呈45°。
[0021 ]通過采用方案一實施方式結構，所述傘式防水一體化反裝斜擊式水輪發(fā)電機的穩(wěn)定發(fā)電效率可達90%，相比傳統(tǒng)斜擊式水輪發(fā)電機的穩(wěn)定發(fā)電效率提高8%左右。
[0022]方案二(如圖5所示):與方案一不同之處在于:為了具有更好的防水性能，所述環(huán)形槽32外層壁向內延伸出縮口圍邊33，固定底蓋5環(huán)形邊角處還設置有環(huán)形離心甩水槽53，縮口圍邊33滑動配合環(huán)形離心甩水槽53。
[0023]方案三(如圖6所示):與方案二不同之處在于:為了更好地增強環(huán)形離心甩水槽53的甩水隔水效果和耐磨性，所述環(huán)形離心甩水槽53內還安裝有樹脂耐磨環(huán)54。
[0024]方案四(如圖7所示):與方案二不同之處在于:為了更好地增強環(huán)形離心甩水槽53的甩水隔水效果和耐磨性，所述環(huán)形離心甩水槽53內還安裝有環(huán)形絨刷55。
[0025]方案五:與方案一不同之處在于:所述噴嘴6與斜擊葉片31分布面的傾角為30°，噴嘴6與斜擊葉片31的徑向方向的夾角呈55° ;采用該種結構，所述傘式防水一體化反裝斜擊式水輪發(fā)電機的穩(wěn)定發(fā)電效率可達92%，相比傳統(tǒng)斜擊式水輪發(fā)電機的穩(wěn)定發(fā)電效率提高10%左右。
[0026]方案六:與方案一不同之處在于:所述噴嘴6與斜擊葉片31分布面的傾角為25°，噴嘴6與斜擊葉片31的徑向方向的夾角呈50° ;采用該種結構，所述傘式防水一體化反裝斜擊式水輪發(fā)電機的穩(wěn)定發(fā)電效率可達94%，相比傳統(tǒng)斜擊式水輪發(fā)電機的穩(wěn)定發(fā)電效率提高12%左右。
[0027]最后應說明的是:以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種傘式防水一體化反裝斜擊式水輪發(fā)電機，包括發(fā)電機構(I)、勵磁機構(2)、斜擊葉輪機構(3)、轉軸機構(4)、固定底蓋(5)、噴嘴(6)和支撐柱臂(7)，其特征在于:斜擊葉輪機構(3)包括斜擊葉片(31)和環(huán)形槽(32)，斜擊葉片(31)均勻分布在環(huán)形槽(32)外層壁外偵U，發(fā)電機構(I)與勵磁機構(2)同軸上下并列安裝在環(huán)形槽(32)與固定底蓋(5)構成的封閉空間內，環(huán)形槽(32)的槽口向下，環(huán)形槽(32)安裝在轉軸機構(4)上，轉軸機構(4)與環(huán)形槽(32)同中心軸線，固定底蓋(5)固定在支撐柱臂(7)上，噴嘴(6)安裝在斜擊葉片(31)上方，發(fā)電機構(I)包括發(fā)電電樞繞組(11)和發(fā)電勵磁繞組(12)，勵磁機構(2)包括勵磁機電樞繞組(21)和勵磁機勵磁繞組(22)，發(fā)電勵磁繞組(12)和勵磁機勵磁繞組(22)分別位于發(fā)電電樞繞組(11)和勵磁機電樞繞組(21)的外側，發(fā)電電樞繞組(I I)與勵磁機電樞繞組(21)同軸上下并列固定安裝在環(huán)形槽(32)內層壁內側，與斜擊葉片(31)聯(lián)動，發(fā)電勵磁繞組(12)和勵磁機勵磁繞組(22)同軸上下并列固定安裝在固定底蓋(5)的環(huán)形壁內側。2.根據(jù)權利要求1所述的傘式防水一體化反裝斜擊式水輪發(fā)電機，其特征在于:所述轉軸機構(4)包括轉軸柱(41)、導電芯(42)和電刷環(huán)(43)，多對導電芯(42)相互絕緣密封安裝在轉軸柱(41)內，多對電刷環(huán)(43)安裝在轉軸柱(41)一端柱面上，導電芯(42)的一端與電刷環(huán)(43)對應連接，環(huán)形槽(32)的中部通孔花鍵連接轉軸柱(41)，發(fā)電電樞繞組(II)的電流輸出電極對與勵磁機電樞繞組(21)的電流輸出電極對分別導電連接其相應的導電芯(42)，固定底蓋(5)的環(huán)形壁外側與環(huán)形槽(32)外層壁內側間設置有密封支撐軸承(52)。3.根據(jù)權利要求2所述的傘式防水一體化反裝斜擊式水輪發(fā)電機，其特征在于:所述固定底蓋(5)的中部內側還設置有支撐軸承(51)。4.根據(jù)權利要求2所述的傘式防水一體化反裝斜擊式水輪發(fā)電機，其特征在于:所述環(huán)形槽(32)外層壁向內延伸出縮口圍邊(33)，固定底蓋(5)環(huán)形邊角處還設置有環(huán)形離心甩水槽(53)，縮口圍邊(33)滑動配合環(huán)形離心甩水槽(53)。5.根據(jù)權利要求4所述的傘式防水一體化反裝斜擊式水輪發(fā)電機，其特征在于:所述環(huán)形離心甩水槽(53)內還安裝有樹脂耐磨環(huán)(54)。6.根據(jù)權利要求4所述的傘式防水一體化反裝斜擊式水輪發(fā)電機，其特征在于:所述環(huán)形離心甩水槽(53)內還安裝有環(huán)形絨刷(55)。7.根據(jù)權利要求1、2、3或4所述的傘式防水一體化反裝斜擊式水輪發(fā)電機，其特征在于:所述斜擊葉輪機構(3)水平安裝，斜擊葉片(31)水平分布，噴嘴(6)安裝在斜擊葉片(31)上方，噴嘴(6)噴水方向朝向斜擊葉片(31)，噴嘴(6)與斜擊葉片(31)分布面存在一定傾角，其傾角在20°至30°，噴嘴(6)與斜擊葉片(31)的徑向方向的夾角呈45°至55°。8.根據(jù)權利要求1所述傘式防水一體化反裝斜擊式水輪發(fā)電機的做功方法，其特征在于:所述傘式防水一體化反裝斜擊式水輪發(fā)電機的斜擊葉片(31)水平分布，噴嘴(6)安裝在斜擊葉片(31)上方，噴嘴(6)噴水方向朝向斜擊葉片(31)，噴嘴(6)與斜擊葉片(31)分布面存在一定傾角，其傾角在20°至30°，噴嘴(6)與斜擊葉片(31)的徑向方向的夾角呈45°至55。。
【文檔編號】F03B13/00GK106014784SQ201610468717
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月25日
【發(fā)明人】郭遠軍
【申請人】郭遠軍