水力渦輪發(fā)電機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種渦輪發(fā)電機，特別涉及一種將水流能量轉(zhuǎn)換為電能的渦輪發(fā)電機，屬于水力發(fā)電設(shè)備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球工業(yè)化的發(fā)展，能源問題逐漸凸顯，一方面是能源的來源不能滿足日益擴大的高耗能產(chǎn)業(yè)需求，重要的能源物資逐漸變得緊缺，日趨消耗殆盡，另一方面能源的消耗和開采對環(huán)境的影響也累積加深，導致氣候變化，影響工業(yè)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及人類的生活質(zhì)量。在這樣的背景下，社會需要開發(fā)新型的能源形式，這種能源形式應(yīng)當滿足取之不盡，用之不竭，并且對環(huán)境沒有過度有害影響，例如利用空氣冷熱對流產(chǎn)生的風能，利用潮汐和水流產(chǎn)生的能量，利用太陽輻射產(chǎn)生的能量等形式。公開號是CN203161423U的專利文件公開了一種水渠道水力發(fā)電裝置，這種水力發(fā)電裝置包括葉輪和支架，葉輪上設(shè)有輪葉，葉輪輸出軸一端固定連接第一齒輪，第一齒輪與第二齒輪嚙合傳動，第二齒輪帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)發(fā)電，其中輪葉的形狀與水渠道形狀匹配，從而增大了水對輪葉的沖擊力，提高了水流能量的利用率。公開號是CN203822528U的專利文件公開了一種水力發(fā)電裝置，這種水力發(fā)電裝置包括水力轉(zhuǎn)動輪、變速裝置和發(fā)電機等部件，由設(shè)在轉(zhuǎn)動輪上方的供水槽提供水流，利用水流的落差沖擊轉(zhuǎn)動輪帶動電機發(fā)電。文件中還特別指出，可以包括多套上述水力發(fā)電裝置，這些水力發(fā)電裝置布置在同一垂直的水流落差方向上，從而實現(xiàn)了多級發(fā)電的方式，提高了水流能量的使用率。以上兩種水力發(fā)電設(shè)備都是采用水流沖擊裸露在外的大型水輪實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的，但是無法控制水流沖擊方向，能量轉(zhuǎn)化率較低，而且設(shè)備尺寸大，使用不方便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明水力渦輪發(fā)電機公開了新的方案，采用導流裝置調(diào)整水流沖擊方向，采用徑流式渦輪轉(zhuǎn)換輸出能量，提高了水流勢能轉(zhuǎn)化率，解決了現(xiàn)有水輪機尺寸大，使用維護不便的問題。
[0004]本發(fā)明水力渦輪發(fā)電機包括渦輪發(fā)電機殼體和設(shè)在渦輪發(fā)電機殼體內(nèi)的徑流式渦輪裝置，渦輪發(fā)電機殼體包括進水管、徑流式渦輪裝置腔室和出水管，進水管包括漸縮進水口 111和漸擴出水口 112，漸縮進水口 111與漸擴出水口 112密封連通，徑流式渦輪裝置腔室包括筒狀腔室121和密閉封蓋在筒狀腔室121兩端的端蓋122，出水管包括漸縮匯水口 131和漸擴排水口 132，漸縮匯水口 131與漸擴排水口 132密封連通，進水管通過漸擴出水口 112與高勢能端的筒狀腔室121密封連通，出水管通過漸縮匯水口 131與低勢能端的筒狀腔室121密封連通。徑流式渦輪裝置包括導流筒210和設(shè)在導流筒210內(nèi)的徑流式渦輪，導流筒210包括若干導流葉片211，上述若干導流葉片211的橫截面均勻分布在環(huán)形面上，徑流式渦輪包括若干渦輪葉片221和渦輪軸，上述若干渦輪葉片221的橫截面均勻分布在環(huán)形面上，徑流式渦輪通過渦輪軸穿設(shè)在端蓋122上。通過漸縮進水口 111和漸擴出水口 112的流體工質(zhì)經(jīng)導流葉片211整流后沖擊渦輪葉片221，釋放能量后的流體工質(zhì)通過漸縮匯水口 131和漸擴排水口 132排出。
[0005]本發(fā)明水力渦輪發(fā)電機采用內(nèi)置的導流裝置調(diào)整水流沖擊方向，采用內(nèi)置的徑流式渦輪轉(zhuǎn)換輸出能量，提高了水流勢能轉(zhuǎn)化率，具有尺寸適當，使用維護方便的特點。
【附圖說明】
[0006]圖1是本發(fā)明水力渦輪發(fā)電機示意圖。
[0007]圖2是圖1中水力渦輪發(fā)電機的徑流式渦輪裝置橫截面示意圖。
[0008]圖3是水力渦輪發(fā)電機改進型之一示意圖。
[0009]圖4是圖3中水力渦輪發(fā)電機的徑流式渦輪裝置橫截面示意圖。
[0010]圖5是水力渦輪發(fā)電機改進型之二示意圖。
[0011]圖6是水力渦輪發(fā)電機改進型之三示意圖。
[0012]圖7是圖6中水力渦輪發(fā)電機的徑流式渦輪裝置橫截面示意圖。
[0013]圖1?7中，111是漸縮進水口，112是漸擴出水口，121是筒狀腔室，122是端蓋，131是漸縮匯水口，132是漸擴排水口，210是導流筒，211是導流葉片，220是I級徑流式渦輪，221是渦輪葉片，222是I級徑流式渦輪軸，231是轉(zhuǎn)子，232是定子軸芯，233是導線，240是II級徑流式渦輪，242是II級徑流式渦輪軸，250是III級徑流式渦輪，252是III級徑流式渦輪軸，260是母徑流式渦輪，262是母徑流式渦輪軸，270是子徑流式渦輪，272是子徑流式渦輪軸。
【具體實施方式】
[0014]以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進一步說明。
[0015]如圖1和2所示，本發(fā)明水力渦輪發(fā)電機示意圖。水力渦輪發(fā)電機包括渦輪發(fā)電機殼體和設(shè)在渦輪發(fā)電機殼體內(nèi)的徑流式渦輪裝置，渦輪發(fā)電機殼體包括進水管、徑流式渦輪裝置腔室和出水管，進水管包括漸縮進水口 111和漸擴出水口 112，漸縮進水口 111與漸擴出水口 112密封連通，水流在漸縮進水口 111內(nèi)聚集，水壓升高，隨后從漸擴出水口 112內(nèi)噴射出去，流速升高。徑流式渦輪裝置腔室包括筒狀腔室121和密閉封蓋在筒狀腔室121兩端的端蓋122，端蓋122與筒狀腔室121封蓋處可以設(shè)置密封圈，密封圈增強了筒狀腔室121的密封性。出水管包括漸縮匯水口 131和漸擴排水口 132，漸縮匯水口 131與漸擴排水口 132密封連通，水流工質(zhì)在漸縮匯水口 131內(nèi)匯集，水壓升高，隨后從漸擴排水口 132內(nèi)排出，流速升高，排出的水流在一定落差處還可以被再次利用，即在設(shè)定的一定落差處還可以再設(shè)置一級水力渦輪發(fā)電機。進水管通過漸擴出水口 112與高勢能端的筒狀腔室121密封連通，出水管通過漸縮匯水口 131與低勢能端的筒狀腔室121密封連通，進水管、筒狀腔室121和出水管組成一由上至下的水流通道。徑流式渦輪裝置包括導流筒210和設(shè)在導流筒210內(nèi)的徑流式渦輪，導流筒210包括若干導流葉片211，上述若干導流葉片211的橫截面均勻分布在環(huán)形面上，導流筒210是一固定不動的筒狀導流層，水流經(jīng)漸擴出水口 112內(nèi)噴出，進入筒狀導流層，由導流葉片211調(diào)整噴射方向沖擊渦輪葉片。徑流式渦輪包括若干渦輪葉片221和渦輪軸，上述若干渦輪葉片221的橫截面均勻分布在環(huán)形面上，徑流式渦輪通過渦輪軸穿設(shè)在端蓋122上，水流沖擊渦輪葉片221帶動渦輪軸旋轉(zhuǎn)，渦輪軸可以外接發(fā)電機轉(zhuǎn)子，將動能轉(zhuǎn)化為電能。圖2示出了導流筒210與徑流式渦輪的位置關(guān)系。以上水流工質(zhì)能量的轉(zhuǎn)化過程大致是:通過漸縮進水口 111和漸擴出水口 112的流體工質(zhì)經(jīng)導流葉片211整流后沖擊渦輪葉片221，釋放能量后的流體工質(zhì)通過漸縮匯水口 131和漸擴排水口 132排出。
[0016]為了降低渦輪軸帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中機械傳動產(chǎn)生的能量損耗，加強發(fā)電機設(shè)計的結(jié)構(gòu)緊湊性，提高能量的利用率和轉(zhuǎn)化率，本方案基于上述基本的設(shè)計還做出了改進，如圖3和4所示，渦輪軸是一軸筒結(jié)構(gòu)，渦輪軸上設(shè)有轉(zhuǎn)子231，渦輪軸內(nèi)設(shè)有定子軸芯232，流體工質(zhì)沖擊渦輪葉片221帶動轉(zhuǎn)子231繞定子軸芯232旋轉(zhuǎn)，定子軸芯232將產(chǎn)生的電流調(diào)整后通過導線233輸出。以上方案取消了渦輪軸外接發(fā)電機轉(zhuǎn)子的傳動路線，將發(fā)電機的定子結(jié)構(gòu)移至渦輪軸內(nèi)部固定不動，而將轉(zhuǎn)子設(shè)在旋轉(zhuǎn)的渦輪軸上，既精簡了設(shè)備組成，又提高了能量利用率和轉(zhuǎn)化率。上述利用轉(zhuǎn)子和定子發(fā)電的方案中涉及電力轉(zhuǎn)換和調(diào)整的內(nèi)容可以采用本領(lǐng)域通用的設(shè)計，也可以根據(jù)具體應(yīng)用場合采用其他專門的設(shè)
i+o
[0017]為了進一步增加電力輸出，擴大水流資源的利用率，在一些寬水域、高落差應(yīng)用場合，可以串聯(lián)使用多臺水力渦輪發(fā)電機，為了實現(xiàn)這個技術(shù)構(gòu)想，本方案的渦輪發(fā)電機采用了多級串聯(lián)共軸線的設(shè)計方案，如圖5所示，具體是徑流式渦輪裝置包括沿軸向共軸布置的I級徑流式渦輪220、II級徑流式渦輪240和III級徑流式渦輪250，I級徑流式渦輪220的I級徑流式渦輪軸222嵌套在II