專利名稱：偏心滑移式水輪機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及借助水在流動中所形成的水能用來驅動機器的一個間接傳動部件，更確切更具體地來講就是用來驅動發電機或其他機器的水輪機。
背景技術：
水力發電是人類改造大自然，利用大自然最成功的一個典范，是取之不盡、用之不竭的綠色再生能源。水輪機是以水作為介質的流動機械，是水電廠帶動發電機的原動機，水輪機運行的經濟性和安全性直接影響水電廠的經濟效益，根據水輪機其結構的不同有混流式、軸流式、斜流式、貫流式和水斗式等多種。混流式水輪機的水流進入轉輪前是沿主軸半徑方向，在轉輪內轉變為斜向，最后沿主軸軸線方向流出轉輪，水流在轉輪內做旋轉運動的同時，還進行徑向運動和軸向運動，所以稱為“混流式”，其結構與做功原理見圖1 (箭頭表示水流路線，正中為主軸，葉片安裝在主軸四周，下文同)；軸流式水輪機的水流在進入轉輪前，已經轉過90°角，水流沿主軸軸線方向進入轉輪，又沿主軸軸線方向流出轉輪，水流在轉輪內同時做旋轉運動和軸向運動，沒有徑向運動，所以稱為軸流式，其結構與做功原理如圖2所示；斜流式水輪機其轉輪內的水流運動與混流式轉輪一樣，轉輪葉片與軸流式基本相同，其性能吸取了上述兩種水輪機的優點，但結構和工藝要求較復雜，如圖3所示；貫流式水輪機的轉輪結構及轉輪內的水流運動與軸流式安全一樣，所不同之處為貫流式水輪機的水流從進入水輪機到流出水輪機幾乎始終與主軸軸線平行貫通，“貫流式”名稱由此而來，其結構形狀與·做功原理如圖4所示；水斗式水輪機其水流徑噴嘴形成高速射流，射流沿著轉輪旋轉平面的切線方向沖擊轉輪斗葉促其旋轉，所以又稱為“切擊式”水輪機，它的結構與做功原理如圖5及圖6所示。到此為止，不管是哪一種水輪機，都是借助于水的流動來推動其葉輪(轉輪)連及主軸運轉，主軸在運轉中直接或間接(通過主被傳動輪)驅動發電機或其他機器運轉。由于轉輪上的葉片在運轉中其尺寸大小因早已定型而不能改變，在每運轉一周中其外緣周線360°的每一個點與旋轉中心距離是相等的，以水斗式水輪機為例，受水流推動的一側往下，相對的一側往上，往上的一側邊重量越多和距離旋轉中心越遠所形成的阻力也相應越大，反之越小，阻力大便意味著耗能多；另外傳統做法中的水輪機較笨重，如三峽水電站安裝的混流式水輪機其轉輪0為9.832m和10.416m兩種，水輪機質量分別為3200t和3323t，從而制造成本略高；還有在運轉中當發電機斷路跳閘甩負荷時使水輪機運轉阻力瞬間下降，其轉速上升到一個極限值，轉速越高，水流隨葉片旋轉的機會也就越大，高速運轉稱為機組發生了飛逸，機組飛逸是很危險的一個信號，因為轉動部件的離心力與轉速平方成正t匕，也就是說機組轉速上升到原來的兩倍，則傳動部件的離心力增大到原來的四倍，強大的離心力將對發電機轉子的機械強度構成極大的威脅。
發明內容[0005]本實用新型為解決上述不足，旨在提供一種節能省力，重量較輕，當在抽水儲能電站中使用時，具備正轉軸水儲能和反轉放水發電兩種功能，采用以下技術方案予以實現。在轉輪其長度上除兩端頭封口板少量尺寸外，四周以等距離(圓周等分)做成若干條對中橫向穿通的縱向通道(通槽)，每個通道穿通于轉輪的左右或上下，六個通道將轉輪橫斷面分為十二塊，八個為十六塊，以此類推，并在每個通道的兩側分別安裝可內外滑移的板片和滑桿做為轉輪的葉片，葉片外邊緣兩頭頂端分別安裝有走輪在運轉中因離心力的作用順環形軌道滑移，每片葉片在長度上至少有兩根滑桿與轉輪通道中相對應的內外至少兩組靠輪套合，每組左右各一個靠輪將滑桿夾在中間與其緊貼，當板片連及滑桿在運轉中內外移位時，滑桿為主動兩靠輪為被動一個為左旋一個為右旋，從而減輕被此相對磨擦，由于各一個環形軌道分別安裝在同一個轉輪的兩端頂頭之外，并且與轉輪保持一定的偏心，由水流推動葉片為主動轉輪為被動而不斷旋轉，在旋轉中各葉片受偏心和固定安裝的環形軌道制約，促使在每運轉一周中其葉片在通道中做伸出變長和縮進變短和不外露的內外移位，伸出通道變長以實現接受水流的推力，縮進通道變短和不外露以達到減小運轉中的阻力。單片葉片在寬度上外邊一半為板葉與滑桿及孔洞三者結合體，內邊一半為單獨滑桿，在同一個轉輪中各根滑桿在長度上相互錯開，并且每兩片葉片以左右或上下相互對應為一字形排列安放在同一通道中，各一片板葉與對方對應的滑桿位做成孔洞，葉片縮進時各滑桿插入對方的孔洞中。由板葉和滑桿及孔洞所組合而成的葉片在運轉中伸出量達到最大時留在轉輪通道中僅只有滑桿，依據環形管道與轉輪的偏心尺寸伸出轉輪尺寸和留在轉輪中的尺寸各占二分之一左右。縮進量達到最大時其葉片外邊距轉輪緣周表面為轉輪半徑的二分之一，相對兩 片葉片其外邊都位于轉輪之內而不外露時各方滑桿全插入對方的孔洞中，此時的兩塊板葉相互貼合成一體。滑桿插進孔洞的做法是為了增大伸縮尺寸，否則就會減少一半伸出量，例如轉輪的$為2m，每片葉片的寬度同樣也是2m，其中外邊板葉與內邊單獨滑桿各為lm，當伸出量最大時外邊緣距旋轉中心為2m，而對邊葉片外緣距旋轉中心僅為0.5m，此值為4:1 (2:05)由此所形成的杠桿之力也為4:1，遠超出傳統做法的1:1。由安裝在主軸上的轉輪和安放在轉輪通道中的葉片及環形軌道為主要部件所組合而成的水輪機既可是單臺安裝作業，也可以雙組合形式將兩臺水輪機安裝在同一橫向斷面為方形的水流通道其左右或上下(以水的流向而定，即平流或立流)兩側為對稱排列，共同接受同一股水流的推力，其中一臺為左旋一臺為右旋，既可各自單獨帶動各一臺發電機，也可以借助兩個結構與尺寸一致的齒輪彼此相互嚙合共同驅動同一臺發電機。平裝與立裝做工原理不變。在橫向斷面為方形的水流通道(管道)中安裝單臺水輪機時，運轉中葉片在轉輪通道中縮進尺寸最多的一側和對應方葉片伸出最多的一側與管道內壁保持最小的間隙，以互不發生磨擦為準，葉片在前伸和后退過程中與通道內壁貼近而不貼緊所占周線長度(角度)以至少前一葉片在脫開之前后一葉片起始進入為準，其目的是減少水流從無葉片處通過(漏流)，換言之就是更大限度地接受水的能力。當在同一管道中的左右或上下或前后以對稱的形式安裝雙臺水輪機時，各臺葉片縮進的一側位于外邊與水流管道貼近，讓水流從兩臺水輪機之間通過，為了實現兩臺水輪機轉速一致而分別在各主軸相對位置安裝其結構與尺寸相同的兩齒輪并彼此相互嚙合，兩臺水輪機在運轉中至少保持有各自一片葉片外邊緣與對方相貼靠，即至少前相對兩葉片在脫開之前后相對兩葉片起始貼合，只要將每相對的兩葉片相互貼合處做成一凸一凹，并在凸凹平面加裝軟墊，便可實現杜絕水的漏流而優于安裝單個水輪機。當用來抽水儲能發電時，其抽水上流存水儲能和放水下流用于發電可共用同一管道，由電動機帶動水輪機順轉用于抽水，由水流推動水輪機反轉驅動發電機用于發電，前者由電動機帶動轉輪為主動、葉片為被動，后者由水流推動葉片為主動、轉輪為被動，其轉向依據水的流向而定，即或者為反過來的狀況(反轉用于抽水，順轉用于發電)，當改變轉向用于抽水時其水輪機便變為水泵了，即一機可兩用，無須另安裝和無須拖動，因為它順轉與反轉只是改變水的流動方向，其做功原理和效率不變。偏心滑移式水輪機既可安裝在水流通道中，其轉輪與葉片完全被水淹沒,也可以像水斗式水輪機那樣安裝于明處，借助噴嘴形成的高速射流推動，適合在水源不足的場合下使用。綜上所述，本實用新型所選用的技術方案是:葉片為可內外滑移的活動式；環形管道與轉輪的安裝位彼此存在一定的偏心率；葉片由外邊板葉和滑桿及孔洞所組合而成，板葉兩端頂頭分別有走輪與環形管道內側相貼；轉輪長度上的外緣周線以等距離開有若干條對中橫向穿道的縱向通道，各通道中安裝有靠輪，每兩個為一組分左右以橫向排列將滑桿夾于其中；在同一縱向水流管道中以橫向對稱的形式安裝雙臺水輪機時，運轉中各自至少有其中一葉片與對方相互貼合，彼此相互貼合處分別為一凸一凹。其做功原理為:水流為主動，葉片和轉輪為被動快速旋轉，運轉中所形成的離心力將葉片往外甩出，促使其向距離旋轉中遠的一頭滑移，由此實現外邊兩頭走輪與環形軌道內側緊貼，受環形軌道的制約每運轉一周既往外伸出轉輪通道又往內縮進轉輪通道，依據環形軌道與轉輪的偏心量，當同一葉片縮進的一側距旋轉中心近于另一側邊時，受離心力的影響便會反向滑移，直到滑桿全部插入對邊另一塊葉片的孔洞中至兩葉片板葉緊貼為止，此時向內滑移的葉片其走輪與環形軌道脫開并相隔一定距離。運轉中的葉片伸出和縮進不斷重復換位，伸出長的一塊在縮進中將對方往外推促其復位，同一個轉輪上的多塊葉片在同一時間其中一半在前伸一半在后退相互輪流交替進行.增大或減小環形軌道與轉輪的偏心量便可實現提高或降 低做功效率，二者為正比關系。本實用新型有益效果簡述如下:—是節能省力。其原由是接受水流推力的一側葉片相對另一側距離旋轉中心遠，其此值最大可達4:1，遠多于傳統做法即現有技術中的1:1，由此形成杠桿之力，恰似一根省力杠桿，以支點為界，動力臂長是阻力臂長的四倍，因此更容易被推動，特別是借助噴嘴形成的高速射流作為推力更顯其優越性.[0016]二是運轉更平穩和更安全。由于運轉中的葉片走輪是順環形軌道內側滑移，即使是轉輪兩頭軸承位有所松動也不存在偏位的因素，即只能在軌道之內圓中運轉；又由于轉輪的一側邊與管道保持極小的間隙使水流難于通過，從而不存在水流繞水輪機旋轉的現象發生，轉輪的旋轉完全受水流的制約，因而沒有形成飛逸的條件。三是一機多用，順轉用于抽水儲能，反轉用于放水發電；既可安裝在水流通道中，也可安裝在明處接受噴嘴的射流推動。此外還存在結構簡單，制造成本低等優越性。
圖1至圖5是傳統做法即現有技術中的水輪機其結構與做功原理示意圖；圖6是水斗式水輪機其葉輪結構展示圖；圖7是本實用新型即偏心滑移式水輪機其結構與做功原理示意圖；圖8是雙個水輪機以橫向對稱的形式安裝在同一水流通道中的單頭橫向剖視圖；圖9是葉片與轉輪及環形軌道和轉輪中的靠輪各配件其組合就位顯示圖；圖10是本實用新型中的主要部件其轉輪結構與形狀展示圖；圖11和圖12是偏心滑移式水輪機中其葉片平面視圖；圖13是運轉中的水輪機相對兩葉片彼此相互套合貼靠明示圖；圖14和圖15是葉片縱向斷面剖視圖；圖16是本實用新型各配件縱向排列就位主視圖；具本實施方式
以下結合附圖做更進一步的說明。參照圖7、圖8和圖9，轉輪I外緣周線以等距離開有對中的若干通道6，每個通道的左右或上下分別安裝有各一塊葉片2為一字形對稱排列，每塊葉片的外邊兩頭(圖中只示出其中一頭)安裝有走輪9在水流方向13的推力下順環形軌道其內側以圓圈線路重復滑移，由于靜置安裝的環形軌道3與轉輪I存在一定的偏心率，在葉片移位帶連轉輪旋轉的同時每運轉一周做伸出和縮進運動，伸出以接受水流的推力，縮進以減少運轉中的阻力。圖8中的兩個水輪機在運轉中各自有兩葉片與對方貼近對接，在前兩葉片相互脫開之前后兩葉片已起始貼近，從起始貼靠套合至脫開兩葉片的貼靠取代了軌道，其運行路線為一字形直線，由此實現完全接受水流的推力而避免因漏流造成浪費。在圖9中，每個通道中都安裝有靠輪5和葉片2 (圖中只示出其中之一)，葉片上的滑桿11在每組由左右兩個靠輪5與其中間做內外滑移，由于各根滑桿和靠輪在長度(縱向)上是相互錯開的，即不在一個橫斷面。參照圖10，轉輪緣周以等距離開有與中心對稱的多個縱向通道6，縱向除兩端頂頭封口蓋板14外，其余縱橫為完全穿通用于安裝葉片，主軸15其中一頭安裝有傳動輪7用于借助皮帶與電動機或發電機傳動輪相牽連，為間接傳動，轉輪正中為主軸15的兩頭借助軸承與軸承座支承和定位(圖中未示出)。參照圖11至圖15，葉片由板葉10和孔洞12及滑桿11所組成，在其外邊邊緣兩端頂頭分別安裝有走輪9，在轉輪通道中是以每兩片相互滑桿對孔洞一字形橫向排列，運轉中相互隔開又相互貼近，隔開時滑桿從孔洞中抽出，貼近時滑桿插入孔洞中，由此實現伸出量更大而更有利于接受水的推力。參照圖16，水輪機由轉輪I和多塊葉片(圖中未示出)及主軸15與兩頭各一個環形軌道3所組合而成。除 主軸15兩頭外，其所有部件都安裝在其橫向斷面為長方形的水流通道16中。
權利要求1.一種偏心滑移式水輪機，由安裝在主軸上的轉輪和安裝在轉輪上的若干葉片為主要部件所組成，其特征在于:各葉片為可內外滑移的活動式，環形軌道與轉輪的安裝位彼此存在一定的偏心率，葉片由板葉(10)和滑桿(11)及孔洞(12)所組成，板葉外邊兩頭分別安裝有走輪(9)與環形軌道(3)內側相貼，并在轉輪長度其外緣周線上以圓周等分開有若干條對中橫向穿通的縱向通道(6)。
2.根據權利要求1所述的一種偏心滑移式水輪機，其特征是轉輪各縱向通道中安裝有靠輪(5)每兩個為一組分左右以橫向排列將滑桿夾于其中。
3.根據權利要求1所述的一種偏心滑移式水輪機，其特征是在同一水流管道中以橫向對稱排列的形式安裝雙臺水輪機。
4.根據權利要求3所述的一種偏心滑移式水輪機，其特征是雙臺水輪機在運轉中各自至少有一片葉片與對方相互貼合。
5.如權利要求4所述的一種偏心滑移式水輪機，其特征為雙臺水輪機在運轉中其轉輪上相互對應兩葉片貼 合位彼此分別為一凸一凹。
專利摘要本實用新型公開了一種偏心滑移式水輪機，旨在提供一種節能省力、成本較低，具備由動力驅動順轉用于抽水儲能和由水流推動反轉用于放水發電兩種功能，其技術方案的要點是在轉輪長度其外緣周線上以圓周等分對準中心做成若干對中橫向穿通的縱向通道，每兩片葉片以左右或上下為一字形排列於同一通道中順環形軌道做內外滑移，由于環形軌道與轉輪安裝位存在一定的偏心，運轉中由水流推動的葉片為主動、轉輪為被動連及葉片外邊兩端頂頭走輪順環形軌道做伸出通道變長和縮進通道變短為重復交替進行，伸出以接受水流的推力而做功，縮進以咸少運轉中的阻力而節能，每運轉一周各葉片伸縮一次，順轉和反轉只是改變了水流方向，其做功原理不變。
文檔編號F03B13/06GK203130344SQ20132006276
公開日2013年8月14日 申請日期2013年2月4日 優先權日2013年2月4日
發明者劉運武 申請人:劉運武