專利名稱：內(nèi)外套軸單燈泡體貫流式的兩級轉(zhuǎn)輪水輪機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水力發(fā)電設(shè)備機械技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及內(nèi)外套軸單燈泡體貫流式的兩
級轉(zhuǎn)輪水輪機。
背景技術(shù)：
水力發(fā)電工程、水力機械學科是一個具有悠久歷史的學科。能源電力生產(chǎn)、電力設(shè)
備、流體機械制造等都是國民經(jīng)濟的支柱行業(yè)，對社會的可持續(xù)發(fā)展有著舉足輕重的作用。 近年來隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，能源緊缺矛盾日益突出，超梯度提高水力轉(zhuǎn)輪水力性能、節(jié)能 等被重視。 貫流式水輪機一般應(yīng)用于低落差、大流量發(fā)電機組使用。傳統(tǒng)的貫流式水輪機具 有導水機構(gòu)的活動導葉及轉(zhuǎn)輪，傳統(tǒng)單轉(zhuǎn)輪水輪機工作過程有壓流體的入流由進水管進 入，經(jīng)過固定導葉與燈泡體組成的過流通道，流入圓錐流道的活動導葉，流體能量由轉(zhuǎn)輪及 軸變換成機械能傳給發(fā)電機轉(zhuǎn)子繼而轉(zhuǎn)換成電能，做功后的水流由轉(zhuǎn)輪流出至尾水管至下 游。 導水機構(gòu)的活動導葉通過開度的變化來調(diào)節(jié)流量，形成轉(zhuǎn)輪需要的環(huán)量，活動導 葉不做功。轉(zhuǎn)輪帶動主軸轉(zhuǎn)動將水能轉(zhuǎn)化成機械能，進而帶動發(fā)電機發(fā)電輸出電能。
當前國家重視發(fā)展水力發(fā)電，需求會繼續(xù)增大不可估量，大型水輪機組一臺價值 在一億元以上。因為貫流式水輪機所需的土木工程規(guī)模遠比軸流式水輪機、混流式水輪機 要小得多，因而成為當代選型熱點。由于貫流式水輪機電站不需要大量下挖工程，造價優(yōu)勢 明顯，近年來市場要求非常旺盛。但是目前的貫流式水輪機使用水頭較低，當落差在25m以 上時便不推薦使用貫流式水輪機。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提高貫流式水輪機的使用落差，提供一種內(nèi)外套軸單燈泡 體貫流式的兩級轉(zhuǎn)輪水輪機。本發(fā)明用前轉(zhuǎn)輪替代不做功的活動導葉，增加了一個做功的 轉(zhuǎn)輪，原來的轉(zhuǎn)輪按位置關(guān)系稱為后轉(zhuǎn)輪，本發(fā)明內(nèi)外套軸單燈泡體貫流式的兩級轉(zhuǎn)輪水 輪機不僅可提高貫流水輪機的使用水頭，還可以提高其穩(wěn)定性及氣蝕特性。
本發(fā)明目的通過以下方案來實現(xiàn) 內(nèi)外套軸單燈泡體貫流式的兩級轉(zhuǎn)輪水輪機，包括進水管1、固定導葉2、前轉(zhuǎn)輪 3、前轉(zhuǎn)輪軸4、后轉(zhuǎn)輪5、后轉(zhuǎn)輪軸6、燈泡體7和尾水管錐管8，所述后轉(zhuǎn)輪軸6與后轉(zhuǎn)輪5 連接，后轉(zhuǎn)輪軸6外周套裝有前轉(zhuǎn)輪軸4，前轉(zhuǎn)輪軸4與前轉(zhuǎn)輪3連接，后轉(zhuǎn)輪5與前轉(zhuǎn)輪3 旋轉(zhuǎn)方向相反。 所述前轉(zhuǎn)輪軸4和后轉(zhuǎn)輪軸6靠近燈泡體7的一端分別與發(fā)電機轉(zhuǎn)子連接。所述 連接可以為鍵連接。 所述前轉(zhuǎn)輪3還包括有呈圓錐球面的輪轂11，葉片安裝在輪轂11上，輪轂11與前 轉(zhuǎn)輪軸4連接，且前轉(zhuǎn)輪3安裝在固定導葉2和后轉(zhuǎn)輪5之間。輪轂11與前轉(zhuǎn)輪軸4可以為螺栓或鍵連接。
所述前轉(zhuǎn)輪3的葉片傾斜設(shè)置；后轉(zhuǎn)輪5的葉片垂直于水平方向設(shè)置。 所述傾斜設(shè)置是葉片中軸線與水平線呈50 70度的夾角。 所述前轉(zhuǎn)輪軸4和后轉(zhuǎn)輪軸6均采用軸承支撐。 所述前轉(zhuǎn)輪3與后轉(zhuǎn)輪5做功后水的出流由尾水管錐管8排出。 兩級轉(zhuǎn)輪可大幅度提高貫流式水輪機的使用落差。兩級轉(zhuǎn)輪的貫流式水輪機將設(shè)
計落差由前轉(zhuǎn)輪與后轉(zhuǎn)輪來分擔。例如，當最高設(shè)計落差為50m時，前后轉(zhuǎn)輪分擔的設(shè)計落
差各為25m，兩級轉(zhuǎn)輪貫流式水輪機就可適應(yīng)用于50m的超高落差，因此落差為傳統(tǒng)單轉(zhuǎn)輪
水輪機落差的2倍，由于落差的增高出力亦可增加至2倍。 前轉(zhuǎn)輪與后轉(zhuǎn)輪相互反轉(zhuǎn)，兩力矩被平衡所以振動非常小，沒有活動導葉存在，那
些控制它們開啟閉合的復(fù)雜控制機構(gòu)也就不需要了。 兩級轉(zhuǎn)輪時，前轉(zhuǎn)輪出口壓力十分高不用擔心氣蝕。 前轉(zhuǎn)輪形成的角運動量被后面反向旋轉(zhuǎn)的后轉(zhuǎn)輪所吸收，兩轉(zhuǎn)輪將最大限度的利 用角運動量。 本發(fā)明的內(nèi)外套軸單燈泡體貫流式的兩級轉(zhuǎn)輪水輪機工作過程有壓流體由進水 管1流入，經(jīng)過固定導葉2與燈泡體7組成的過流通道，流入傾斜設(shè)置在圓錐球面流道中的 前轉(zhuǎn)輪3做功，由套軸4轉(zhuǎn)換為機械能至發(fā)電機轉(zhuǎn)子9 ;前轉(zhuǎn)輪3轉(zhuǎn)換了被分配的約一半能 量后水流由轉(zhuǎn)輪出口流出，接著流入水平設(shè)置的后轉(zhuǎn)輪5做功，將另一半能量由后轉(zhuǎn)輪軸6
轉(zhuǎn)換為機械能，輸出至發(fā)電機轉(zhuǎn)子io切割磁力線發(fā)出電能，做功后的水流由后轉(zhuǎn)輪出口流
出至尾水管錐管8，依次流出至下游。 傳統(tǒng)貫流式水輪機在圓錐球面流道上設(shè)置活動導葉，本發(fā)明將水輪機的活動導葉 置換成轉(zhuǎn)輪的葉片(前轉(zhuǎn)輪)，與原有轉(zhuǎn)輪(后轉(zhuǎn)輪)并行做功，使用落差可以提高至2倍， 出力增大至2倍，水輪機出力調(diào)整可通過前轉(zhuǎn)輪進行。協(xié)聯(lián)工況運行由原來活動導葉與轉(zhuǎn) 輪進行，至現(xiàn)在由前轉(zhuǎn)輪與后轉(zhuǎn)輪進行。本發(fā)明利用了傳統(tǒng)貫流式水輪機較成熟的活動導 葉的增速流環(huán)境，由前轉(zhuǎn)輪3置換了活動導葉，前轉(zhuǎn)輪3是置于球面流道上的斜流轉(zhuǎn)輪，轉(zhuǎn) 輪入口斷面大，出口斷面小，是非常好的增速流環(huán)境，因此本發(fā)明比現(xiàn)有技術(shù)中的兩級軸流 轉(zhuǎn)輪水輪機更具有優(yōu)越性及可行性。
本發(fā)明創(chuàng)造的優(yōu)點和效果 (1)高落差化本兩級轉(zhuǎn)輪水輪機將給予的落差由前段轉(zhuǎn)輪與后段轉(zhuǎn)輪來分擔。 如果各段轉(zhuǎn)輪的設(shè)計落差為25m的話，可以設(shè)計成最高落差為50m的兩級轉(zhuǎn)輪貫流式水輪 機。 (2)高效率化與氣蝕防止前段轉(zhuǎn)輪出口壓力十分高，不用擔心氣蝕，可以設(shè)計出 氣蝕特性好的高揚力低抗力型的轉(zhuǎn)輪動翼柵。 (3)本發(fā)明利用了傳統(tǒng)貫流式水輪機較成熟的活動導葉的增速流環(huán)境，由前轉(zhuǎn)輪 3替換了活動導葉，前轉(zhuǎn)輪3是置于球面流道上的斜流轉(zhuǎn)輪，轉(zhuǎn)輪入口斷面大，出口斷面小， 是非常好的增速流環(huán)境，因此本發(fā)明比現(xiàn)有技術(shù)中的兩級軸流轉(zhuǎn)輪水輪機更具有優(yōu)越性及 可行性。 (4)適用范圍的擴大本兩級轉(zhuǎn)輪水輪機的基本理論沒有比轉(zhuǎn)速及尺寸的限制， 因此從低落差至高落差、從小型機至大型機廣泛圍的貫流式水輪機都能適用。


圖1為本發(fā)明的內(nèi)外套軸單燈泡體貫流式兩級轉(zhuǎn)輪水輪機結(jié)構(gòu)圖。 圖1中，進水管1、固定導葉2、前轉(zhuǎn)輪3、前轉(zhuǎn)輪軸4、后轉(zhuǎn)輪5、后轉(zhuǎn)輪軸6、燈泡體
7、尾水管錐管8，前轉(zhuǎn)輪功率輸出發(fā)電機9、后轉(zhuǎn)輪功率輸出發(fā)電機10、前轉(zhuǎn)輪輪轂11。
具體實施例方式
本發(fā)明內(nèi)外套軸單燈泡體貫流式的兩級轉(zhuǎn)輪水輪機，包括進水管1、固定導葉2、 后轉(zhuǎn)輪5、后轉(zhuǎn)輪軸6、燈泡體7和尾水管錐管8，后轉(zhuǎn)輪軸6外周套裝有前轉(zhuǎn)輪軸4，前轉(zhuǎn)輪 軸4與前轉(zhuǎn)輪3連接，前轉(zhuǎn)輪3安裝于固定導葉2與后轉(zhuǎn)輪5之間，后轉(zhuǎn)輪5與前轉(zhuǎn)輪3旋 轉(zhuǎn)方向相反；前轉(zhuǎn)輪軸4和后轉(zhuǎn)輪軸6靠近燈泡體7的一端分別與發(fā)電機轉(zhuǎn)子鍵連接。前 轉(zhuǎn)輪3包括有傾斜設(shè)置的葉片，葉片的中軸線與水平線的夾角為60，安裝在圓錐球面的輪 轂11上，輪轂11與前轉(zhuǎn)輪軸4螺栓連接，同步旋轉(zhuǎn)做功，后轉(zhuǎn)輪5的葉片與水平方向垂直 設(shè)置；前轉(zhuǎn)輪軸4和后轉(zhuǎn)輪軸6均采用兩組軸承支撐，前轉(zhuǎn)輪3與后轉(zhuǎn)輪5做功后水的出流 由尾水管錐管8排出。 本發(fā)明內(nèi)外套軸單燈泡體貫流式的兩級轉(zhuǎn)輪水輪機工作過程有壓流體由進水管 1流入，經(jīng)過固定導葉2與燈泡體7組成的過流通道，流入前轉(zhuǎn)輪3，由前轉(zhuǎn)輪軸4轉(zhuǎn)換為機 械能至發(fā)電機轉(zhuǎn)子9;前轉(zhuǎn)輪3轉(zhuǎn)換了被分配的約一半能量后水流由前轉(zhuǎn)輪出口流出，接著 流入水平設(shè)置的后轉(zhuǎn)輪5做功，將另一半能量由后轉(zhuǎn)輪軸6轉(zhuǎn)換為機械能，輸出至發(fā)電機轉(zhuǎn) 子IO切割磁力線轉(zhuǎn)換為電能輸出；做功后的水流由后轉(zhuǎn)輪出口流出至尾水管錐管8，依次 流出至下游。
權(quán)利要求
內(nèi)外套軸單燈泡體貫流式的兩級轉(zhuǎn)輪水輪機，包括進水管(1)、固定導葉(2)、后轉(zhuǎn)輪(5)、后轉(zhuǎn)輪軸(6)、燈泡體(7)和尾水管錐管(8)，其特征在于所述后轉(zhuǎn)輪軸(6)外周套裝有前轉(zhuǎn)輪軸(4)，前轉(zhuǎn)輪軸(4)與前轉(zhuǎn)輪(3)連接，后轉(zhuǎn)輪(5)與前轉(zhuǎn)輪(3)旋轉(zhuǎn)方向相反。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的兩級轉(zhuǎn)輪水輪機，其特征在于所述前轉(zhuǎn)輪軸(4)和后轉(zhuǎn)輪軸(6)靠近燈泡體(7)的一端分別與發(fā)電機轉(zhuǎn)子連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的兩級轉(zhuǎn)輪水輪機，其特征在于所述前轉(zhuǎn)輪(3)還包括有呈圓錐球面的輪轂(ll)，葉片安裝在輪轂(11)上，輪轂(11)與前轉(zhuǎn)輪軸(4)連接，且前轉(zhuǎn)輪(3)安裝在固定導葉(2)和后轉(zhuǎn)輪(5)之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的兩級轉(zhuǎn)輪水輪機，其特征在于所述前轉(zhuǎn)輪(3)的葉片傾斜設(shè)置；后轉(zhuǎn)輪(5)的葉片垂直于水平方向設(shè)置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的兩級轉(zhuǎn)輪水輪機，其特征在于所述傾斜設(shè)置是葉片中軸線與水平線呈50 70度的夾角。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的兩級轉(zhuǎn)輪水輪機，其特征在于所述前轉(zhuǎn)輪軸(4)和后轉(zhuǎn)輪軸(6)均采用軸承支撐。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種內(nèi)外套軸單燈泡體兩級轉(zhuǎn)輪貫流式水輪機。它將球面流道上的斜流轉(zhuǎn)輪(稱前轉(zhuǎn)輪)替代傳統(tǒng)貫流式水輪機導水機構(gòu)活動導葉環(huán)列葉柵，前轉(zhuǎn)輪與原有軸流轉(zhuǎn)輪(稱后轉(zhuǎn)輪)組成兩級轉(zhuǎn)輪，前后兩轉(zhuǎn)輪遵循能量轉(zhuǎn)換分配進行設(shè)計，可以對轉(zhuǎn)(反向轉(zhuǎn)動)。兩轉(zhuǎn)輪有自己獨立的轉(zhuǎn)軸，可用增速器連接傳統(tǒng)發(fā)電機，也可使用雙轉(zhuǎn)子發(fā)電機，具有單一燈泡體。后轉(zhuǎn)輪使用落差不變(能量輸出不變)，前轉(zhuǎn)輪可以設(shè)計為與后轉(zhuǎn)輪承擔相同的能量轉(zhuǎn)換與輸出，因此雙轉(zhuǎn)輪水輪機落差為傳統(tǒng)單轉(zhuǎn)輪水輪機落差的2倍，由于落差的增高出力亦可增加至2倍。在超高落差的使用條件下，兩轉(zhuǎn)輪反轉(zhuǎn)動量矩平衡，氣蝕性能好穩(wěn)定性強，具有結(jié)構(gòu)緊湊、運轉(zhuǎn)適應(yīng)范圍廣、環(huán)境友好等優(yōu)點。
文檔編號F03B3/12GK101737224SQ200910263689
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月22日
發(fā)明者久保田喬, 金元敏明, 韓鳳琴 申請人:華南理工大學