專(zhuān)利名稱(chēng)：水輪電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本技術(shù)方案涉及用于將水流的液能勢(shì)能改變?yōu)闄C(jī)械能的設(shè)備，其具有將能量進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為另一形式的可能。
背景技術(shù)：
當(dāng)前世界上使用有很多類(lèi)型的設(shè)備，用于將水流的液能勢(shì)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，其具有將此能量進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為另一形式的可能。根據(jù)其設(shè)計(jì)和能量轉(zhuǎn)換形式，它們被分成水輪和水渦輪。
水輪由上、中和下驅(qū)動(dòng)來(lái)激勵(lì)。具有上驅(qū)動(dòng)的水輪使用水的勢(shì)能。它們是桶型的，在上和下水位之間旋轉(zhuǎn)。來(lái)自上位的水流入到桶中，并且通過(guò)水的重力來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)所述輪；水在下位上流出。具有上驅(qū)動(dòng)的水輪的操作條件是水位差從3到12m，水流速?gòu)?.3到1.0m3·s-1。
具有中驅(qū)動(dòng)和下驅(qū)動(dòng)的水輪是槳型的，它們旋轉(zhuǎn)軸在下位上方，并且水輪槳通過(guò)在下流中涉水來(lái)從水中取得能量，其是由來(lái)自上位的涌流(stream)產(chǎn)生的。具有中驅(qū)動(dòng)的水輪一部分使用勢(shì)能一部分使用近似地在水輪旋轉(zhuǎn)軸的水準(zhǔn)處在水輪槳之間涌動(dòng)的水的動(dòng)能。它們由Sagebien、Zuppinger和Piccard輪表示。具有下驅(qū)動(dòng)的水輪僅使用在水輪下部的切線方向的水輪槳之間流動(dòng)的水的動(dòng)能。此類(lèi)型的表示是Poncelet輪。
水輪槳是平面的，或者在垂直于水輪旋轉(zhuǎn)軸的平面中輕微彎曲。具有中和下驅(qū)動(dòng)的水輪的操作條件是水位差從0.5到4.0m，流速?gòu)?.5到4.0m3·s-1。所有水輪的效率從60％變至70％。水輪的優(yōu)點(diǎn)是其簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)和低價(jià)。它們的缺點(diǎn)是其低效率以及小范圍的操作條件。低效率是由槳形以及它們?cè)谒猩嫠淖枇υ斐傻?。小范圍的操作條件是由水輪尺度和水位差之間的關(guān)系造成的。
根據(jù)它們使用的液能類(lèi)型，水渦輪被分類(lèi)為等壓(isobaric)和過(guò)壓類(lèi)型，并且根據(jù)渦輪水流方向而分類(lèi)為徑向、軸向、徑-軸、對(duì)角、切向，其具有斜流和雙流。等壓渦輪-Pelton和Banki渦輪，利用水動(dòng)能。
Pelton渦輪是切向型的。水經(jīng)由其端上具有噴嘴的壓力管來(lái)提供，其中其壓力能量被轉(zhuǎn)換成動(dòng)能，水流沿著渦輪轉(zhuǎn)子周?chē)诳臻g成型的渦輪槳上在切向上被噴射。渦輪轉(zhuǎn)子在下水位上方在空中旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)軸可以是水平和垂直的。操作范圍是水位差從30到900m，流速?gòu)?.02到1.0m3·s-1。效率上移到91％。
具有經(jīng)過(guò)槳輪的雙徑向流的Banki渦輪具有水平旋轉(zhuǎn)軸。輪槳從自調(diào)節(jié)瓣(flap)涌出的水中取得動(dòng)能，其緊接地位于渦輪上方。操作條件是水位差從1.5到50m，流速?gòu)?.02到1.5m3·s-1。效率上移到85％。
水過(guò)壓渦輪的代表是Kaplan渦輪、Francisci渦輪以及其不同改型，例如所謂的推進(jìn)器或者吸式渦輪。
Kaplan渦輪是軸向型的。操作條件是水位差從1.5到75m，流速?gòu)?.2到20m3·s-1。效率從88％移到95％。
Francis渦輪是徑-軸型的。操作范圍是水位差從10到400m，流速?gòu)?.05到15m3·s-1。效率從88％移到95％。
水渦輪的優(yōu)點(diǎn)是大范圍操作條件和較高效率。它們的缺點(diǎn)是復(fù)雜設(shè)備和高價(jià)格。

發(fā)明內(nèi)容
在提出的技術(shù)方案中，水輪的優(yōu)點(diǎn)，簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)和低廉的價(jià)格，與水渦輪的優(yōu)點(diǎn)相組合；水輪電機(jī)，用于水流的液能勢(shì)能的能量利用，包括出口裝置、排出裝置、輪和固定于輪的等壓槳，其能夠繞著旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。
具有固定式等壓槳的輪繞著其旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，并且相關(guān)于排出裝置而具有這樣的位置，所有槳點(diǎn)在平面上方有零或較大距離，該平面與限制含水的排出裝置空間的平面是相同或者較低并且同時(shí)平行的。
具有等壓槳的輪的旋轉(zhuǎn)軸可以是垂直、水平或傾斜的。
出口裝置，由于其形狀以及其軸相關(guān)于等壓槳輪的位置，將由液-能水勢(shì)能產(chǎn)生的水流導(dǎo)引到固定于輪的等壓槳。
等壓槳從在其上涌動(dòng)的水中取得動(dòng)能，并且在其上施加力，并且它們能夠?qū)⒋四芰扛淖優(yōu)檩喰D(zhuǎn)移動(dòng)的機(jī)械能。等壓槳由于其形狀、大小、關(guān)于水流的位置、方向、其軌道形狀以及其移動(dòng)對(duì)于水流的相對(duì)速度，確定動(dòng)態(tài)水能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換效率。
該輪設(shè)計(jì)使得能夠借助等壓槳從動(dòng)態(tài)水能中得到的其旋轉(zhuǎn)移動(dòng)能量進(jìn)一步傳送到其他技術(shù)設(shè)備。
由等壓輪槳上的出口設(shè)備導(dǎo)引的水流，在將其動(dòng)能賦給等壓輪槳之后，從等壓輪槳降落到水表面上，其與限制含水的排出裝置空間的平面是相同或者較低并且同時(shí)平行的，該排出裝置位于輪之下。


圖1-說(shuō)明水輪電機(jī)的技術(shù)方案本質(zhì)的圖。
圖2-小型水-電功率裝置，具有入口通道、壓力軸以及帶有水平旋轉(zhuǎn)軸的水輪電機(jī)。
圖3-小型水-電功率裝置，具有入口通道、壓力軸以及帶有垂直旋轉(zhuǎn)軸的水輪電機(jī)。
圖4-小型水-電功率裝置，具有入口通道、水滑(slip)以及具有水平旋轉(zhuǎn)軸的水輪電機(jī)。
圖5-小型水-電功率裝置，具有由鋼閘(damper)提起的水位和帶有水平旋轉(zhuǎn)軸的四個(gè)獨(dú)立水輪電機(jī)。
圖6-水流堰(weir)上的小型水-電功率裝置，具有帶有垂直旋轉(zhuǎn)軸的水輪電機(jī)。
圖7-提起的堰上的小型水-電功率裝置，具有帶有水平旋轉(zhuǎn)軸的水輪電機(jī)。
圖8-水流鋼閘上方的溢流上的小型水-電功率裝置，具有帶有水平旋轉(zhuǎn)軸的水輪電機(jī)。
具體實(shí)施例方式
圖2中提出的技術(shù)方案曾被用于微裝置范疇的小型水-電功率裝置的設(shè)計(jì)，具有2.8m位差，流速?gòu)?.125到1.0m3·s-1，具有22kW安裝容量。圖2中的設(shè)備包括上水位入口通道3、壓力軸12、調(diào)節(jié)出口裝置1、出口設(shè)備1的漂浮物調(diào)節(jié)器11、固定在具有水平旋轉(zhuǎn)軸18的輪5上的等壓槳4、排出裝置6、摩擦傳送7、發(fā)電機(jī)8、微-電功率裝置9的電部分和設(shè)備承載框10。
用于上位的入口通道3將水導(dǎo)入壓力軸12中，其中水是通過(guò)水柱流體靜壓力的作用，在輪5的等壓槳4上，在出口裝置1的軸2的方向上，經(jīng)由出口裝置1噴射，其在設(shè)備框10中在嵌于水平旋轉(zhuǎn)軸18上的輪15上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。該轉(zhuǎn)矩經(jīng)由摩擦傳送7從輪5傳送到發(fā)電機(jī)8。來(lái)自槳4的水落到水面上，其與平面21相同，這是與平面19相同或者是在較低位置且同時(shí)平行于平面19，平面19限制了含水排出裝置6的上位。微電功率裝置的電部分9確保了用于發(fā)電機(jī)8連接到公共電網(wǎng)中所需要的技術(shù)參數(shù)。漂浮物調(diào)節(jié)器11通過(guò)調(diào)節(jié)出口裝置1來(lái)保持恒定的上水位3，不考慮入口通道中的水供應(yīng)。
圖3中提出的技術(shù)方案用于微裝置范疇的小型水-電功率裝置的設(shè)計(jì)，具有2.0m位差，流速?gòu)?.25到2.0m3·s-1，且具有30kW安裝容量。圖3中的設(shè)備包括上水位入口通道3、壓力軸12、調(diào)節(jié)出口裝置1、具有光電水位傳感器的出口設(shè)備1的調(diào)節(jié)器11、固定在具有垂直旋轉(zhuǎn)軸18的輪5上的等壓槳4、排出裝置6、摩擦傳送7、發(fā)電機(jī)8、微-電功率裝置的電部分9和設(shè)備承載框10。
用于上位的入口通道3將水導(dǎo)引入壓力軸12中，其中水是通過(guò)水柱流體靜壓力，在輪5的等壓槳4上在出口裝置1的軸2的方向上經(jīng)由出口裝置1噴射，其在設(shè)備框10中在嵌于垂直旋轉(zhuǎn)軸18上的輪5上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。該轉(zhuǎn)矩經(jīng)由變速箱7從輪5傳送到發(fā)電機(jī)8。來(lái)自槳4的水落到水面上，其與平面21相同，且這是與平面19相同的或者是在較低位置并且同時(shí)平行于平面19，其限制了包含排出裝置6的水的上位。微電功率裝置的電部分9確保了用于發(fā)電機(jī)8連接到公共電網(wǎng)中所需要的技術(shù)參數(shù)。具有光電水位傳感器的出口裝置1的調(diào)節(jié)器11通過(guò)調(diào)節(jié)該出口裝置1來(lái)保持恒定的上水位3，不考慮入口通道中的水供應(yīng)。
圖4中提出的技術(shù)方案是用于微裝置范疇的小型水-電功率裝置的設(shè)計(jì)，具有14.0m位差，流速?gòu)?.035到0.28m3·s-1，具有37kW安裝容量。該設(shè)備是相對(duì)于在輪上的出口中實(shí)現(xiàn)的高的水速而設(shè)計(jì)的，從而輪轉(zhuǎn)數(shù)與用于發(fā)電機(jī)的所需轉(zhuǎn)數(shù)是相同的，并且速度變化是必要的。圖4中的設(shè)備包括上水位入口通道3、水滑15、出口裝置1、固定在具有水平旋轉(zhuǎn)軸18的輪5的等壓槳4、排出裝置6、發(fā)電機(jī)8、微-電功率裝置的電部分9、通道的承載結(jié)構(gòu)13、設(shè)備承載框10。
用于上位的入口通道3將水引導(dǎo)到水滑15，其中通過(guò)重力的作用，水能勢(shì)能被改變成動(dòng)能，其使得水在輪5的等壓槳4上在出口裝置1的軸2的方向上經(jīng)由出口裝置1噴射，其在設(shè)備框10中在嵌于水平旋轉(zhuǎn)軸18上的輪5上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。該轉(zhuǎn)矩從輪5傳送到發(fā)電機(jī)8。來(lái)自槳4的水落到水面上，其與平面21相同，此與平面19相同或者是在較低位置且同時(shí)平行于平面19，其限制了含水排出裝置6的上位。微電功率裝置的電部分9保證用于發(fā)電機(jī)8連接到公共電網(wǎng)中所需的技術(shù)參數(shù)。
圖5中提出的技術(shù)方案是用于小型水-電功率裝置的設(shè)計(jì)，具有4.2m位差，流速0.375到12.0m3·s-1，具有380kW安裝容量。圖5中的設(shè)備包括將壩提到上位3的水流、四個(gè)出口設(shè)備1、具有光電水位傳感器的出口設(shè)備調(diào)節(jié)器11、具有固定式等壓槳4和具有水平旋轉(zhuǎn)軸18的四個(gè)輪5、排出裝置6、四個(gè)摩擦傳送7a、四個(gè)變速箱7b、四個(gè)發(fā)電機(jī)8、，微-電功率裝置的9和設(shè)備承載框10的電部分。
通過(guò)提起上水位3而產(chǎn)生的水柱流體靜力使得水在輪5的等壓槳4上在出口裝置1的軸2的方向上經(jīng)由出口裝置1噴射，其在輪5上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，該輪5在設(shè)備承載框10中嵌于水平旋轉(zhuǎn)軸18上。轉(zhuǎn)矩從輪5經(jīng)由摩擦傳送7a和變速箱7b傳送到發(fā)電機(jī)8。來(lái)自槳4的水落到水表面上，其與平面21相同，且此與平面19相同或者是在較下位置，并且同時(shí)平行于平面19，其限制了含水排出裝置6的上位。微電功率裝置的電部分9保證用于發(fā)電機(jī)8連接到公共電網(wǎng)中所需的技術(shù)參數(shù)。具有光電水位傳感器的出口裝置1的調(diào)節(jié)器11通過(guò)調(diào)節(jié)出口裝置1來(lái)保持恒定的上水位3，不管對(duì)于提起壩的水流的水供應(yīng)。
圖6中提出的技術(shù)方案是用于堰上的小型水-電功率裝置的設(shè)計(jì)，具有3.1m位差，流速?gòu)?.06到0.5m3·s-1，具有11kW安裝容量。圖4中的設(shè)備包括入口水滑15、出口裝置1、固定在具有垂直旋轉(zhuǎn)軸18的輪5上的等壓槳4、排出裝置6、變速箱7、發(fā)電機(jī)8、微-電功率裝置9和設(shè)備承載框10的電部分。
該堰提起上水位3，水在堰的上邊緣上方流動(dòng)，其中通過(guò)重力的作用，落入水滑15中的水的液能勢(shì)能被改變成動(dòng)能，其使得水在輪5的等壓槳4上在出口裝置1的軸2的方向上經(jīng)由出口裝置1噴射，其在輪5上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，該輪5在設(shè)備承載框10中嵌于垂直旋轉(zhuǎn)軸18上。該轉(zhuǎn)矩從輪5經(jīng)由變速箱7傳送到發(fā)電機(jī)8。來(lái)自槳4的水落到水表面上，其與平面21相同，且此與平面19相同或者是在較下位置，同時(shí)平行于平面19，其限制了含水排出裝置6的上位。微電功率裝置的電部分9保證用于發(fā)電機(jī)8連接到公共電網(wǎng)中所需的技術(shù)參數(shù)。
圖7中提出的技術(shù)方案是用于流動(dòng)上的灌溉設(shè)備的設(shè)計(jì)，具有2.2m位差，流速2.2m3·s-1，具有30m排出高度和100ltrs/s容量。圖7中的設(shè)備包括壓力軸12、具有出口設(shè)備1的手動(dòng)調(diào)節(jié)器11的出口裝置1、固定在具有水平旋轉(zhuǎn)軸18的輪5上的等壓槳4、排出裝置6、具有變速箱7的水離心泵16、具有過(guò)濾器的吸入管17、排放管14和設(shè)備承載框10。
所述流動(dòng)提起與壓力軸12連接的上水位3，其中通過(guò)水柱靜壓力的作用，水在輪5的等壓槳4上在出口裝置1的軸2的方向上經(jīng)由出口裝置1噴射，其在輪5上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，該輪5在設(shè)備承載框10中嵌于水平旋轉(zhuǎn)軸18上。該轉(zhuǎn)矩從離心水泵16上的輪5經(jīng)由變速箱7傳送，該水泵經(jīng)由具有過(guò)濾器17的吸管從提起的水位空間吸水，并且經(jīng)由排放管14將其排到農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)中。來(lái)自槳4的水落到水表面上，其與平面21相同，且此與平面19相同或者是在較下位置，同時(shí)平行于平面19，其限制了含水排出裝置6的上位。設(shè)備輸出由出口裝置1的手動(dòng)調(diào)節(jié)器11控制。
圖8中提出的技術(shù)方案是用于現(xiàn)有堰上的微水-電功率裝置的設(shè)計(jì)，具有3.0m位差，流速0.125到1.0m3·s-1，具有22.5kW安裝容量。圖8中的設(shè)備包括用作為出口裝置1的水流導(dǎo)引、固定在具有水平旋轉(zhuǎn)軸18的輪5上的等壓槳4、排出裝置6、帶傳送7、發(fā)電機(jī)8、微-電功率裝置9和可移動(dòng)設(shè)備承載框10的電部分。
該堰提起上水位3，水在堰的上邊緣上方流動(dòng)，其中落下的水液能勢(shì)能被改變成動(dòng)能，其使得水在輪5的等壓槳4上在出口裝置1的軸2的方向上經(jīng)由水流導(dǎo)引噴射，實(shí)現(xiàn)了出口裝置1的功能，其在輪5上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，該輪5在可移動(dòng)設(shè)備承載框10中嵌于水平旋轉(zhuǎn)軸18上。轉(zhuǎn)矩從輪5經(jīng)由帶傳送7傳送到發(fā)電機(jī)8。來(lái)自槳4的水落到水表面上，其與平面21相同，且此與平面19相同或者是在較下位置，同時(shí)平行于平面19，其限制了含水排出裝置6的上位。微電功率裝置的電部分9保證用于發(fā)電機(jī)8連接到公共電網(wǎng)中所需的技術(shù)參數(shù)?？梢苿?dòng)設(shè)備承載框10與閘的機(jī)械連接保證了其手動(dòng)定位，從下落的水被引入水流導(dǎo)引中，實(shí)現(xiàn)了出口裝置1的功能，不管哪個(gè)是閘位置。
工業(yè)實(shí)用性所提出的技術(shù)方案，水輪電機(jī)，可用于現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備機(jī)械驅(qū)動(dòng)，在該現(xiàn)場(chǎng)中液能勢(shì)能在所需的操作條件范圍中是可用的。
權(quán)利要求
1.一種水輪電機(jī)，包括位于輪前方的出口裝置和位于輪之下的排出裝置，其能夠在旋轉(zhuǎn)軸上旋轉(zhuǎn)并且槳被固定于其上，其特征在于槳(4)是等壓的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的水輪電機(jī)，其特征在于，輪(5)的和等壓槳(4)的所有點(diǎn)在平面(21)上方有較大距離或零距離，該平面(21)與平面(19)相同或者較低且同時(shí)平行于限制含水的排出裝置(6)空間的上位的平面(19)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的水輪電機(jī)，其特征在于，出口裝置(1)的軸(2)被指引于等壓槳(4)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的水輪電機(jī)，其特征在于，輪(5)的旋轉(zhuǎn)軸(18)是在垂直、水平或傾斜位置中。
全文摘要
水輪電機(jī)包括位于輪(5)前方的出口裝置(1)和位于輪(5)之下的排出裝置(6)，其能夠在旋轉(zhuǎn)軸(18)上旋轉(zhuǎn)并且槳(4)被固定于其上。輪(5)的和等壓槳(4)的所有點(diǎn)在平面(21)上方有較大距離或零距離，該平面(21)與平面(19)相同或者較低，同時(shí)平行于限制含水的排出裝置(6)空間的上位的平面(19)。出口裝置(1)的軸(2)被指引于等壓槳(4)上，輪(5)的旋轉(zhuǎn)軸(18)是在垂直、水平或傾斜位置中。
文檔編號(hào)F03B1/00GK1777749SQ200480010566
公開(kāi)日2006年5月24日 申請(qǐng)日期2004年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月30日
發(fā)明者弗拉迪斯拉夫·克日熱克, 揚(yáng)·馬采克 申請(qǐng)人:弗拉迪斯拉夫·克日熱克, 揚(yáng)·馬采克, 彼得·博特克