水輪機發電裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于水力發電技術領域，涉及水輪機發電裝置。
技術背景
[0002]我們知道，水位越高，其底下產生的壓力就越大，可由壓力P = 9.8*密度*水位差，計算出來。由其壓力推動水流驅動水輪機轉動作功，我們就說水輪機利用靜壓能作功。
[0003]重力的大小與物體的運動速度、加速度無關。如果水的質量是m千克，其單位面積上壓力就是P = 9.8*m牛頓。當它是從H米高、速度為O開始以自由落體方式墜落，我們可用H = l/2*g*t2來計算出時間t，利用V = g*t計算出它的落點速度，利用E = mv 2/2就能計算其所蘊含的動能。當m千克水到達落點，由速度V減速到速度O的時間是I秒，其單位面積上產生的作用力F = m*V，這時推動水流驅動水輪機轉動作功的合壓力是Σ P =9.8*m+m*V。水m千克從4.9米高度自由墜落所產生的單位面積壓力就相當于其靜態所產生的單位面積壓力9.8*m牛頓，現實水輪發電水頭大多高于4.9米，如水是從引水管50米高，O速度以接近自由落體過程下落，其動能將是靜壓能的10倍，說明其蘊含動能可以大于靜壓能是客觀事實，自然界還蘊藏著巨大的水動能未被利用。如水輪作功的受力面積S、力臂L、轉速η確定，利用功率N = Μ*η/9550 = Σ P*S*L*n/9550，我們就能計算它所蘊含功率。
[0004]現有技術的水輪機發電裝置，種類多，且水輪機都使用了葉片或水斗。使用葉片或水斗，除了復雜的加工過程外，還需要精細的焊接過程。
[0005]以下是摘自世界最大水輪機二峽70萬千瓦水輪機的相關資料:
[0006]三峽水電站由于自然條件和以防洪為主的需要，三峽水電站大壩高程185米，蓄水高程175米，水庫長2335米，初期水頭61-94米，后期水頭為71-113米，每年汛前水庫水位降到145米高程，防洪庫容221.5億立方米，水頭變幅很大，額定水頭80.6米，給水輪機設計增加了難度。三峽水電站安裝有32套70萬千瓦發電機組。三峽上游水庫的水經大壩引水口鋼制閘門進入引水管，以每秒1020立方米的流量傾瀉而下，再流入蝸殼做圓周旋轉運動，形成雷霆萬鈞般的強大沖擊力，經導水機構調節，將水流均勻、軸對稱地送入水輪機轉輪，推動轉輪葉片旋轉。三峽左岸Alstom供貨的水輪機轉輪直徑10.427米、高5.08米、喉口直徑9.8米，凈重450噸，由上冠、下環、15塊葉片、上下止漏環和泄水錐焊接而成，是目前世界最大的水電鑄鋼焊接件。上冠不銹鋼鑄件重達112噸，下環重達58噸，輪機葉片最大尺寸為4537 X 4951 X 2300毫米，凈重17.49噸，VOD精煉鋼水，探傷要求為CCH70-3，其尺寸、重量、技術含量、制造難度都堪稱當今世界同類產品之最，每片造價高達200萬元，僅數控機床加工費就達30萬元以上，切削下來的鐵肩重達數噸。轉輪葉片為防止變形，需要十幾個工人同時焊接，焊接耗時3個多月，用去焊條十幾噸。蝸殼是引水機構的關鍵部件，外型如同蝸牛殼，進口最大直徑12.4米，從進口開始斷面逐漸縮小，截面半徑從最6.2米到2.1米不等，尺寸及重量均為國內之最。左岸機組蝸殼現場安裝的二類以上焊縫總長度超過12.6公里，耗用焊條超過185噸。導水機構位于蝸殼內部，通過活動導葉調節水輪機進水流量從而控制水輪機工況的部件。三峽水輪機導水機構由底環、頂蓋、24片導葉、控制環及導葉操作機構等大小千余個零件組成，總重近千噸。
[0007]額定水頭80.6米，它所產生的靜壓力接近0.8MPa，引水管的水以每秒1020立方米的流量傾瀉而下，每小時其中所蘊含可發電的動能就相當于高達幾千萬千瓦，而它僅發出了 70萬千瓦的電量，這是因為它使用了當今還代表世界一流技術利用靜壓能發電的固定葉混流式水輪機的原故。固定葉混流式水輪機，結構簡單，具有較高的強度，運行可靠，流量大，效率高，應用水頭范圍廣，最適宜建造兆瓦級的水電站，但是存在上述要焊接轉輪葉片，要用到渦殼與導水機構，工程工藝復雜，利用水的靜壓能遠大于水的動能等缺點。如何高效利用這個大自然賜我們永不枯竭的清潔能源，在能源緊缺、環境污染、氣候變暖，提倡節能環保的今天，開發利用水動能技術就顯得非常重要和有意義。
[0008]專利號201410415779.3 一種提高渦輪發動機效率的方法及其裝置提出了:
[0009]用螺管轉子代替渦輪轉子，將渦輪發動機制造成水力螺管轉子發動機，使流動工質在螺管轉子螺管內的流動方向發生連續的改變，轉換流動工質所具有的能量為機械功輸出動力。
[0010]減少流動工質與作功過程無關的能量損失。
[0011]能通過減少螺管轉子的螺管條數和或螺管管徑應付因裝機功率減少而引起工質流量減少的，就不減少螺管轉子直徑。
[0012]同時提供了一種螺管轉子。
[0013]其專利只給出了使用有局限的水力螺管轉子發動機和螺管轉子，未給出具體發電裝置方案。
【發明內容】
[0014]本發明的目的是提供一種免焊接轉輪葉片，免渦殼與導水機構，能提高水流動能利用率的水輪機發電裝置。
[0015]本發明通過以下技術方案實現:
[0016]一種立式水輪機發電裝置，包括水輪機、引水管，機殼為立式，上設水室，下裝螺管轉子轉輪，轉輪的螺管至少設四條以上，且由澆鑄轉輪時整體成型，螺管轉子上端轉軸通過設在機殼蓋上面的支承軸承定位與發電機動力連接，下端轉軸通過設在尾水管下的地下室支承軸承定位，固定安裝在這兩個支承軸承之間轉動，所述引水管設有開、關與調節流量的裝置和吸氣口，并與機殼入水口水連接，水流進入水室，然后流過轉輪螺管使流動方向發生連續的改變，以此驅動轉子帶動發電機轉動，把水具有的能量轉換為電能輸出。
[0017]所述機殼為6字形。
[0018]—種臥式水輪機發電裝置，包括水輪機、引水管，機殼為臥式直罐結構，罐口端設有軸承固定架，罐底端罐身設有泄水口，罐底外面設有軸承，其轉子是螺管轉子，轉輪的螺管至少設四條以上，且由澆鑄轉輪時整體成型，固定安裝在這兩個軸承之間轉動，罐底端轉軸與發電機動力連接，設有開、關與調節流量的裝置的引水管與罐口連接，水流流入罐內，然后流過轉輪螺管使流動方向發生連續的改變，以此驅動轉子帶動發電機轉動，把水具有的能量轉換為電能輸出。
[0019]螺管轉子入水端設有包裹轉軸的引水錐。
[0020]設有開、關與調節流量的裝置信號輸入端與發電機轉速傳感器電連接。
[0021]一種螺管轉子，包括水力螺管轉子發動機的轉輪，所述的轉輪由四條以上螺管同時以順時針或逆時針方向與轉軸方向夾角大于0°小于90°穿過轉輪體內連通轉輪的兩端面，從螺管入口到出口，螺管之間是以一定間距布置在轉輪軸向的表層，轉輪的螺管是由澆鑄轉輪時整體成型。
[0022]所述轉輪的螺管同時以順時針或逆時針方向與轉軸方向45°夾角穿過轉輪體內連通轉輪的兩端面，從螺管入口到出口，螺管數為大于4雙數條，且之間是以一定間距、軸對稱布置在轉輪的表層。
[0023]轉輪高度小于或等于轉輪直徑的二分之一。
[0024]由于采取上述技術措施，本發明水輪機發電裝置能取得以下技術效果:
[0025]1、通用性好。可建成單機容量由幾兆瓦至千兆瓦級以上大型、特大型水輪機發電裝置，也能造幾兆瓦至I千瓦以下的水輪機發電裝置。
[0026]2、適應性好。流量大，應用水頭范圍廣。
[0027]3、性價比高。免焊接轉輪葉片，省卻了渦殼和導水機構，結構簡單，能降低造價。
[0028]4、靜壓能、動能都得到利用。經引水管開、關與調節流量的裝置出來的水，近乎以自由落體方式暢通無阻到達轉輪螺管入水口，其過程動能損失少。
【附圖說明】
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