直接水輪發電的製造方法
2024-02-20 03:29:15
直接水輪發電的製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種直接水輪發電機，包括管道、水輪機和定子部件；所述定子部件設置於管道內壁上，所述水輪機沿管道軸向設置於管道內腔；所述水輪機的軸向線與管道內腔的軸向線重合；所述水輪機外圍圓周均勻布置的若干永久磁鐵，使得定子部件在水輪機旋轉時切割永久磁鐵的磁感線。本實用新型直接將水輪機與發電機轉子合二為一，結構變得非常緊湊，省掉所有的傳動裝置，不但製造成本可大幅降低，而且可獲得更高的發電效率；導水機構結構比較簡單，需要將裝置整體安裝在水中，也就不考慮將整個裝置密封，其結構緊湊。適合在江河、海洋，平流水環境中發電，發電效率高。
【專利說明】直接水輪發電機
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及水力發電機領域，特別涉及一種直接水輪發電機。
【背景技術】
[0002]在採用新能源的技術中，水力發電技術受到廣泛的關注，其原理是通過流動的水，對水輪做功來實現水力發電；一般包括水輪、水力發電機、抽水泵機、高位水塔、充灌水口和電能管理等組成，結構比較複雜，成本非常高；修建水電站還必須根據具體的地理條件進行，水力發電必需建壩及具備水流落差，水力發電必需依賴、大量水資源，必需改變、影響大量水資源生態環境。目前的水輪發電機通過水輪機來帶動發電機轉子，結構比較複雜，需要傳動裝置，不但製造成本高，而且發電效率也比較低。
[0003]因此急需一種結構簡單緊湊和發電效率高的水力發電機的設備。
實用新型內容
[0004]有鑑於此，本實用新型所要解決的技術問題是提供一種結構簡單緊湊和發電效率高的水力發電機的設備。
[0005]本實用新型的目的是這樣實現的:
[0006]本實用新型提供的直接水輪發電機，包括管道、水輪機和定子部件；所述定子部件設置於管道內壁上，所述水輪機沿管道軸向設置於管道內腔；所述水輪機的軸向線與管道內腔的軸向線重合；所述水輪機外圍圓周均勻布置的若干永久磁鐵，使得定子部件在水輪機旋轉時切割永久磁鐵的磁感線。
[0007]進一步，所述管道前端設置有敞口形的進水口，所述管道尾部設置有尾水管。
[0008]進一步，所述水輪機靠近管道進水端處設置有水輪發電機轉子前端軸承支架和靠近尾水管端設置有水輪機後端軸承支架，所述水輪發電機轉子前端軸承支架和水輪機後端軸承支架一端固定於水輪機的軸上，另一端固定於管道壁。
[0009]進一步，所述定子部件包括定子端蓋、定子線圈和定子鐵芯；所述定子鐵芯固定於管道壁上，所述定子線圈設置於定子鐵芯上，所述定子端蓋通過定子端蓋螺栓固定於管道壁上。
[0010]進一步，所述管道內腔側的定子部件設置有隔水環。
[0011]進一步，所述水輪機進水端還設置有進水端導水錐，所述水輪機出水端還設置有洩水錐。
[0012]進一步，所述管道的進水端還設置有導水機構，所述導水機構包括環形安裝座、調節控制電機、減速機、主動齒輪、傳動主軸、從動齒輪、環形齒輪、導水葉和導水錐；所述環形安裝座的直徑與管道直徑匹配；所述調節控制電機設置於環形安裝座上，所述減速機與調節控制電機的軸連接；所述主動齒輪通過傳動主軸與減速機連接；所述環形齒輪沿環形安裝座圓周方向設置，所述從動齒輪與環形齒輪嚙合連接；所述從動齒輪分別與導水葉的軸連接；所述導水錐設置於環形安裝座中心軸處。[0013]進一步，所述環形安裝座沿圓周方向設置有環形齒輪槽，所述環形齒輪設置於環形齒輪槽中，所述環形齒輪槽沿圓周方向設置有環形齒輪固定蓋板。
[0014]進一步，所述導水葉通過導水葉定位軸沿環形安裝座徑向設置，所述導水葉定位軸一端設置於導水錐上，另一端設置於環形安裝座上，所述導水葉設置於導水葉定位軸上。
[0015]本實用新型的優點在於:本實用新型直接將水輪機與發電機轉子合二為一，結構變得非常緊湊，省掉所有的傳動裝置，不但製造成本可大幅降低，而且可獲得更高的發電效率；水輪發電機轉子前後端軸承支架，既有軸承支撐作用，還可將其調整固定到最佳角度，起到導水板的作用；導水錐避免了水輪機前端軸承機構產生阻力，形成渦流和紊流，保證水流密度穩定的衝擊導水葉，洩水錐配合引導從轉輪葉片出口的水流，平順擴散流出尾水管，使水輪機達到較佳的運轉效果。
[0016]另外，導水機構結構比較簡單，需要將裝置整體安裝在水中，也就不考慮將整個裝置密封，其結構緊湊。在江河、海洋，平流水環境中發電，浮管式水力發電機，因其整體長期安裝在流水中，為提高發電效率，滿足綜合使用功能，任然需要一種結構緊湊、安裝密封方便的導水機構。
[0017]導水機構改變導葉出口角度使得水輪機槳葉更加協調高效，可以根據電力系統所需功率水輪機流量來控制功率，在平流水流速、電站水頭變化時控制水輪機流量以保證電力穩定。本導水機構是通過控制信號控制調節控制電機，通過減速機將大扭矩低轉速旋轉方向經輸出軸驅動主動齒輪，經環形齒輪帶動安裝在導水機構鋼圈上的全部從動齒輪，全部主動從動齒輪同時按給定的方向和角度轉動，並通過導水葉軸與導水葉一起轉動到指定角度，即完成本次導水控制；而後在流速變化導致發電機輸出變化的電信號，在自動控制器的作用下，自動經由控制電機、減速機等自動調節所需角度，保證發電及電力穩定。在發電機需要關閉時，關閉導葉減少水流量，避免甩負荷時產生飛逸轉速。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]為了使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本實用新型作進一步的詳細描述，其中:
[0019]圖1為本實用新型實施例提供的直接水輪發電機的橫向截面圖；
[0020]圖2為本實用新型實施例提供的直接水輪發電機的縱向截面圖；
[0021]圖3為本實用新型實施例提供的導水機構結構的縱向截面圖；
[0022]圖4為本實用新型實施例提供的導水機構結構的橫向截面圖。
[0023]圖中，定子鐵芯1、定子端蓋2、機座螺栓3、水輪發電機機座4、連接螺栓5、尾水管
6、水輪機後端軸承支架7、水輪軸承8、洩水錐9、間隙10、11、定子外套12、氣隙13、水輪機軸套14、水輪機前端軸承15、導水錐16、水輪機葉片17、水輪發電機轉子前端軸承支架18、進水端19、進水端連接螺栓20、定子線圈21、定子端蓋螺栓22、永久磁鐵23、水輪機外圈(發電機轉子)24、水輪機軸25、隔水環26 ;調節控制電機31、減速機32、傳動主軸33、減速機座34、環形安裝座35、導水葉安裝定位套36、從動齒輪37、導水葉定位軸臺階38、導水葉39、導水機構導水錐40、導水葉主軸安裝定位套41、環形齒輪42、環形齒輪槽43、減速及安裝螺栓44、導水葉定位軸45、導水葉內固定套46、主動齒輪47、導水葉內固定套蓋板48、內軸固定卡簧49、環形齒輪固定蓋板50。【具體實施方式】
[0024]以下將結合附圖，對本實用新型的優選實施例進行詳細的描述；應當理解，優選實施例僅為了說明本實用新型，而不是為了限制本實用新型的保護範圍。
[0025]圖1為本實用新型實施例提供的直接水輪發電機的橫向截面圖，圖2為本實用新型實施例提供的直接水輪發電機的縱向截面圖，圖3為本實用新型實施例提供的導水機構結構的縱向截面圖，圖4為本實用新型實施例提供的導水機構結構的橫向截面圖，如圖所示:本實用新型提供的直接水輪發電機，包括管道、水輪機和定子部件；所述定子部件設置於管道內壁上，所述水輪機沿管道軸向設置於管道內腔；所述水輪機的軸向線與管道內腔的軸向線重合；所述水輪機外圍圓周均勻布置的若干永久磁鐵，使得定子部件在水輪機旋轉時切割永久磁鐵的磁感線。
[0026]所述管道前端設置有敞口形的進水口，所述管道尾部設置有尾水管6。
[0027]所述水輪機靠近管道進水端處設置有水輪發電機轉子前端軸承支架18和靠近尾水管端設置有水輪機後端軸承支架7，所述水輪發電機轉子前端軸承支架18和水輪機後端軸承支架7 —端固定於水輪機的軸上，另一端固定於管道壁，水輪機後端軸承支架7和水輪發電機轉子前端軸承支架18與水輪機之間留有適當的間隙10，在水輪機和定子部件之間留有適當的間隙11。
[0028]所述定子部件包括定子端蓋2、定子線圈21和定子鐵芯I ;所述定子鐵芯固定於管道壁上，所述定子線圈設置於定子鐵芯上，所述定子端蓋通過定子端蓋螺栓22固定於管道壁上，該定子端蓋螺栓22為機座螺栓3，設置於管道上的水輪發電機機座4通過連接螺栓5固定，水輪機通過水輪軸承8固定，水輪機和定子部件之間設置有氣隙13，定子部件外部設置有定子外套12用於保護定子部件。水輪機的葉片17設置於水輪機軸套14上，水輪機前端設置有水輪機前端軸承15,
[0029]所述水輪機進水端19還設置有進水端導水錐16，所述水輪機出水端還設置有洩水錐9，進水端19處設置有進水端連接螺栓20用於固定進水端，所述管道內腔側的定子部件設置有隔水環26。
[0030]所述管道的進水端還設置有導水機構，所述導水機構包括
[0031]環形安裝座35、調節控制電機31、減速機32、主動齒輪47、傳動主軸33、從動齒輪37、環形齒輪42、導水葉39和導水機構導水錐40 ;所述環形安裝座採用鋼圈，所述環形安裝
座的直徑與管道直徑匹配；
[0032]所述調節控制電機31設置於環形安裝座35上，所述減速機32與調節控制電機31的軸連接；所述主動齒輪47通過傳動主軸33與減速機32連接；所述環形齒輪42沿環形安裝座35圓周方向設置，所述從動齒輪37與環形齒輪42嚙合連接；所述從動齒輪37分別與導水葉39的軸連接；所述導水機構導水錐40設置於環形安裝座35中心軸處。
[0033]所述環形安裝座35沿圓周方向設置有環形齒輪槽43，所述環形齒輪35設置於環形齒輪槽43中，所述環形齒輪槽43沿圓周方向設置有環形齒輪固定蓋板50。
[0034]所述導水葉39通過導水葉定位軸45沿環形安裝座徑向設置，所述導水葉定位軸45 一端設置於導水機構導水錐40上，另一端設置於環形安裝座上，所述導水葉設置於導水葉定位軸45上，導水葉定位軸45處設置有導水葉定位軸臺階38，在環形安裝座35和減速機32之間設置有減速機座34，減速機座34通過減速及安裝螺栓44固定，在減速機座34和減速機32之間設置有導水葉主軸安裝定位套41，在導水葉定位軸45上設置有導水葉內固定套46和內軸固定卡簧49,內軸固定卡簧49用於固定導水葉39。
[0035]導水機構主要功能:改變導葉出口角度是水輪機槳葉更加協調高效，按電力系統所需功率水輪機流量控制功率，在平流水流速、電站水頭變化時控制水輪機流量保證電力穩定。
[0036]本實施例提供的導水機構工作如下:通過控制信號控制調節控制電機，通過減速機將大扭矩低轉速旋轉方向經輸出軸驅動主動齒輪，經環形齒輪帶動安裝在導水機構鋼圈上的全部從動齒輪，全部主動從動齒輪同時按給定的方向和角度轉動，並通過導水葉軸與導水葉一起轉動到指定角度，即完成本次導水控制；而後在流速變化導致發電機輸出變化的電信號，在自動控制器的作用下，自動經由控制電機、減速機等自動調節所需角度，保證發電及電力穩定。在發電機需要關閉時，關閉導葉減少水流量，避免甩負荷時產生飛逸轉速。
[0037]本實施例提供的直接水輪發電機將水輪機與發電機轉子合二為一，結構變得非常緊湊，省掉所有的傳動裝置，不但製造成本可大幅降低，而且可獲得更高的發電效率。
[0038]本實施例提供的直接水輪發電機水輪機後端軸承支架7和水輪發電機轉子前端軸承支架18，既有軸承支撐作用，還可將其調整固定到最佳角度，起到導水板的作用；導水錐16的設置主要為避免水輪機前端軸承機構產生阻力，形成渦流和紊流，保證水流密度穩定的衝擊葉片17，洩水錐9配合引導從轉輪葉片出口的水流，平順擴散流出尾水管，使水輪機達到較佳的運轉效果。
[0039]流水不斷由進水端19流經水輪機從尾水管6流出，流水不斷衝擊葉片17使其繞水輪機軸25旋轉，水輪機外圈24 (發電機轉子)隨之旋轉，水輪機外圈24轉子外延一周均勻布置的若干永久磁鐵23，在旋轉中不斷切割磁感線產生電流從而達到發電的作用。
[0040]以上所述僅為本實用新型的優選實施例，並不用於限制本實用新型，顯然，本領域的技術人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和範圍。這樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬於本實用新型權利要求及其等同技術的範圍之內，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內。
【權利要求】
1.直接水輪發電機，其特徵在於:包括管道、水輪機和定子部件；所述定子部件設置於管道內壁上，所述水輪機沿管道軸向設置於管道內腔；所述水輪機的軸向線與管道內腔的軸向線重合；所述水輪機外圍圓周均勻布置的若干永久磁鐵，使得定子部件在水輪機旋轉時切割永久磁鐵的磁感線。
2.根據權利要求1所述的直接水輪發電機，其特徵在於:所述管道的前端設置有敞口形的進水口，所述管道的尾部設置有尾水管。
3.根據權利要求1所述的直接水輪發電機，其特徵在於:所述水輪機靠近管道進水端處設置有水輪發電機轉子前端軸承支架和靠近尾水管端設置有水輪機後端軸承支架，所述水輪發電機轉子前端軸承支架和水輪機後端軸承支架一端固定於水輪機的軸上，另一端固定於管道壁。
4.根據權利要求1所述的直接水輪發電機，其特徵在於:所述定子部件包括定子端蓋、定子線圈和定子鐵芯；所述定子鐵芯固定於管道壁上，所述定子線圈設置於定子鐵芯上，所述定子端蓋通過定子端蓋螺栓固定於管道壁上。
5.根據權利要求1所述的直接水輪發電機，其特徵在於:所述管道內腔側的定子部件設置有隔水環。
6.根據權利要求1所述的直接水輪發電機，其特徵在於:所述水輪機進水端還設置有進水端導水錐，所述水輪機出水端還設置有洩水錐。
7.根據權利要求1所述的直接水輪發電機，其特徵在於:所述管道的進水端還設置有導水機構，所述導水機構包括環形安裝座、調節控制電機、減速機、主動齒輪、傳動主軸、從動齒輪、環形齒輪、導水葉和導水錐；所述環形安裝座的直徑與管道直徑匹配；所述調節控制電機設置於環形安裝座上，所述減速機與調節控制電機的軸連接；所述主動齒輪通過傳動主軸與減速機連接；所述環形齒輪沿環形安裝座圓周方向設置，所述從動齒輪與環形齒輪嚙合連接；所述從動齒輪分別與導水葉的軸連接；所述導水錐設置於環形安裝座中心軸處。
8.根據權利要求7所述的直接水輪發電機，其特徵在於:所述環形安裝座沿圓周方向設置有環形齒輪槽，所述環形齒輪設置於環形齒輪槽中，所述環形齒輪槽沿圓周方向設置有環形齒輪固定蓋板。
9.根據權利要求7所述的直接水輪發電機，其特徵在於:所述導水葉通過導水葉定位軸沿環形安裝座徑向設置，所述導水葉定位軸一端設置於導水錐上，另一端設置於環形安裝座上，所述導水葉設置於導水葉定位軸上。
【文檔編號】F03B13/00GK203394678SQ201320504529
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年8月16日 優先權日:2013年8月16日
【發明者】沈家同 申請人:重慶同利實業有限公司