一種中通正裝轉槳貫流式水輪發電機的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種中通正裝轉槳貫流式水輪發電機，包括轉子機構、定子機構、轉輪機構、導葉機構、進水管和尾水管，定子機構與轉子機構同軸，定子機構位于轉子機構的內側，轉子機構的前側固定安裝有導葉機構，導葉機構前方為進水管，轉子機構的后側為尾水管；本發明所述中通正裝轉槳貫流式水輪發電機無需通風系統或冷卻水系統，且所需耗材少，通用性好，體積小，材料要求低，使用壽命長。
【專利說明】
一種中通正裝轉槳貫流式水輪發電機
技術領域
[0001]本發明涉及水電設備領域，尤其涉及一種中通正裝轉槳貫流式水輪發電機。
【背景技術】
[0002]水輪機按工作原理可分為沖擊式水輪機和反擊式水輪機兩大類。
[0003]沖擊式水輪機的轉輪受到水流的沖擊而旋轉，工作過程中水流的壓力不變，主要是動能的轉換；
反擊式水輪機的轉輪在水中受到水流的反作用力而旋轉，工作過程中水流的壓力能和動能均有改變，但主要是壓力能的轉換。
[0004]沖擊式水輪機按水流的流向可分為切擊式(又稱水斗式)和斜擊式兩類。
[0005]反擊式水輪機可分為混流式、軸流式、斜流式和貫流式;在混流式水輪機中，水流徑向進入導水機構，軸向流出轉輪;在軸流式水輪機中，水流徑向進入導葉，軸向進入和流出轉輪;在斜流式水輪機中，水流徑向進入導葉而以傾斜于主軸某一角度的方向流進轉輪，或以傾斜于主軸的方向流進導葉和轉輪;在貫流式水輪機中，水流沿軸向流進導葉和轉輪。
[0006]軸流式、斜流式和貫流式水輪機按其結構還可分為定槳式和轉槳式。定槳式的轉輪葉片是固定的；轉槳式的轉輪葉片可以在運行中繞葉片軸轉動，以適應水頭和負荷的變化。
[0007]我國的水資源水頭普遍偏低，其中在1m左右的水資源占我國總水資源的5%，而這種低水頭資源的開發利用較難被沖擊式水輪機、軸流式水輪機及斜流式水輪機適用，因而我國較多的低水頭水電站大多采用貫流式水輪機。
[0008]我國貫流式水輪機的研究工作起步較晚，但發展較快，現階段我國貫流式水輪機的轉輪最高效率為93%，但普遍的效率在86%左右。
[0009]現有貫流式水輪機水輪機均是通過主軸連接發電機，從而帶動發電機轉子旋轉切割磁力線進行發電，水輪機和發電機的結構至少需要三個軸承，個別型號還需要用到結構復雜、造價昂貴的接力器。
[0010]且現有水輪發電機均需要設計通風系統給發電機散熱，設計密封，需要冷卻水系統給發電機散熱，需要至少一個推力點，多個軸承，定子、轉子、凸極對材料強度要求高，不能實時測量轉子溫度，每組水輪發電機均是針對不同地形的定制機，造成原材料、組件、線材和零部件不能夠通用，不能夠批量生產，由于水輪發電機采用水輪、發電機、勵磁機串聯式連接結構，造成體積巨大，需要材料多，直接造成造價高。外殼不變的情況下容量不能隨意調整。
【發明內容】
[0011]本發明旨在提供一種無需通風系統或冷卻水系統的貫流式水輪發電機；同時，該貫流式水輪發電機，只需要兩個軸承，其定子、轉子可采用常規制造，能實時測量轉子溫度，原材料能夠通用，水輪發電機能夠批量生產，體積較小，造價較低，外殼不變的情況下容量能隨意調整。
[0012]本發明提供的技術方案是:一種中通正裝轉槳貫流式水輪發電機，包括轉子機構、定子機構、轉輪機構、導葉機構、進水管和尾水管；
其特征是:定子機構與轉子機構同軸，定子機構位于轉子機構的外側，轉子機構中空，轉子機構內圓周固定安裝有轉輪機構；
轉輪機構的前側固定安裝有導葉機構，導葉機構前方為進水管，轉輪機構的后側為尾水管；
轉子機構包括轉子鐵芯、第一轉子齒、第二轉子齒、第一勵磁繞組和第二勵磁繞組，轉子鐵芯外圓周同軸前后并列嵌有第一轉子齒和第二轉子齒，第一轉子齒和第二轉子齒的側邊分別纏繞有第一勵磁繞組和第二勵磁繞組；
定子機構包括定子鐵芯、第一定子齒、第二定子齒、第一電樞繞組和第二樞繞繞組，定子鐵芯內圓周同軸前后并列嵌有第一定子齒和第二定子齒，第一定子齒和第二定子齒的側邊分別纏繞有第一電樞繞組和第二樞繞繞組，定子鐵芯外圓周固定密封安裝在水流通道內壁；
轉輪機構包括轉葉、轉輪和轉葉調節機構，轉葉調節機構的外圓周固定連接轉輪內圓周，轉葉調節機構的內圓周均勻分布有活動轉軸，轉葉調節機構控制活動轉軸的旋轉角度，轉葉安裝在活動轉軸徑向內端；
轉子機構的轉子鐵芯內圓周固定連接轉輪機構的轉輪外圓周；
轉子機構的第一轉子齒和第二轉子齒分別圍繞定子機構的第一定子齒和第二定子齒旋轉。
[0013]作為進一步優化，為了簡化勵磁供電，減少外接電導線，所述第一轉子齒與第一勵磁繞組可通過永磁凸子替代。
[0014]作為進一步優化，為了便于監測定子機構的溫度，定子機構的第一定子齒或第二定子齒的內芯安裝有溫度感應管。
[0015]作為進一步優化，為了減小轉子機構中轉子鐵芯、第一轉子齒和第二轉子齒的磁感渦流產熱，以及減小定子機構中定子鐵芯、第一定子齒和第二定子齒的磁感渦流產熱，所述轉子機構中轉子鐵芯、第一轉子齒和第二轉子齒均由沖壓的硅鋼片疊成，所述定子機構中定子鐵芯、第一定子齒和第二定子齒均由沖壓的硅鋼片疊成。
[0016]作為進一步優化，為了減少轉子機構中轉子鐵芯與第一轉子齒和第二轉子齒之間勵磁磁通泄漏，所述轉子鐵芯與第一轉子齒和第二轉子齒由連體的硅鋼片疊成。
[0017]作為進一步優化，為了便于定子機構中第一電樞繞組和第二電樞繞組的安裝或容量擴充，所述第一定子齒和第二定子齒與定子鐵芯之間的連接采取活動可拆裝連接;如在定子鐵芯內圓周均勻設置卡槽，并將第一定子齒或第二定子齒安裝在卡槽內。
[0018]工作原理:本發明所述中通正裝轉槳貫流式水輪發電機，工作時，水流從進水口進入，并通過導葉機構的導向，流向轉葉，水流受轉葉的作用力發生變向和減速，轉葉受水流反作用力獲得推力，并帶動轉輪轉動，該過程的實質是從水流中獲取能量;轉輪轉動時，帶動轉子鐵芯轉動，并使轉子機構中第一勵磁繞組和第二勵磁繞組產生的磁場分別切割定子機構中的第一電樞繞組和第二電樞繞組的線圈，使第一電樞繞組和第二電樞繞組產生感應電壓。其中，第一電樞繞組的感應電壓用于輸入第二勵磁繞組，產生較強的勵磁磁場，第二電樞繞組的感應電壓用于輸出到外界。
[0019]本發明所述中通正裝轉槳貫流式水輪發電機，將傳統的轉輪裝置、發電機裝置與勵磁裝置實現了一體化，使發電機裝置和勵磁裝置的轉子機構產熱可直接通過轉輪和轉葉散熱到水流中，可省去常規發電裝置中的通風系統或冷卻水系統；同時，由于其具備散熱性好的突出效果，其定子、轉子材料的耐熱性、導熱性、熱形變性的要求降低，可采用常規制造。
[0020]此外，本發明所述中通正裝轉槳貫流式水輪發電機，由于其轉輪裝置、發電機裝置與勵磁裝置的一體化，動力傳動無需通過傳動軸部件傳動，不僅能減少軸承使用，同時能有效的避免傳動軸偏心問題和軸承摩擦耗能問題，大大簡化了水輪發電裝置的結構和材料，較大程度地縮小了設備體積，并提高能量轉化效率;本設備在電站建設的諸多狀況下均可整體使用，較大地增強了設備的通用性，減少了電站建設成本與生產管理成本。
[0021]本發明所述中通正裝轉槳貫流式水輪發電機，其第一電樞繞組和第二電樞繞組位于外部，固定在定子機構中，第一勵磁繞組和第二勵磁繞組位于內部，安裝在轉子機構中，圍繞第一電樞繞組和第二電樞繞組旋轉，該種結構分布與現有常規發電機中電樞繞組與勵磁繞組的分布相同，也即正裝結構模式，同時，與常規發電機中轉子與定子的分布相同，也即正轉結構模式;本發明所述中通正裝轉槳貫流式水輪發電機的電樞繞組具有較大的分布面積，便于減小電樞繞組繞線厚度;同時，本發明所述中通反裝轉槳貫流式水輪發電機具有力矩小、轉速塊的特點。
[0022]有益效果:本發明所述的中通正裝轉槳貫流式水輪發電機具有如下優點:1.制造、安裝成本低，2.省去了常規的通風、冷卻系統，3.能規模化批量生產(常規水輪發電機是定制)，4.體積節省50%以上，5.成本相對常規水電站設計節省60%，6.轉輪效率提高7%以上;7.定子、轉子鋼材強度要求降低，能采用常規材料制造，8.節省多個軸承和傳動軸。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發明方案一的垂直橫向剖視結構示意圖；
圖2為本發明方案一的垂直縱向剖視結構示意圖；
圖3為本發明方案三的垂直縱向剖視結構示意圖；
圖中:I為轉子機構、11為轉子鐵芯、12為第一轉子齒、13為第二轉子齒、14為第一勵磁繞組、15為第二勵磁繞組、2為定子機構、21為定子鐵芯、22為第一定子齒、23為第二定子齒、24為第一電樞繞組、25為第二電樞繞組、26為主軸、3為轉輪機構、31為轉葉、32為轉輪、33為轉葉調節機構、34為活動轉軸、4為導葉機構、5為進水管、6為尾水管、7為溫度感應管。
【具體實施方式】
[0024]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述;顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0025]方案一(如圖1和圖2所示):一種中通正裝轉槳貫流式水輪發電機，包括轉子機構1、定子機構2、轉輪機構3、導葉機構4、進水管5和尾水管6;定子機構2與轉子機構I同軸，定子機構2位于轉子機構I的外側，轉子機構I中空，轉子機構I內圓周固定安裝有轉輪機構3 ；轉輪機構3的前側固定安裝有導葉機構4，導葉機構4前方為進水管5，轉輪機構3轉子機構I的后側為尾水管6 ；
轉子機構I包括轉子鐵芯11、第一轉子齒12、第二轉子齒13、第一勵磁繞組14和第二勵磁繞組15，轉子鐵芯11外圓周同軸前后并列嵌有第一轉子齒12和第二轉子齒13，第一轉子齒12和第二轉子齒13的側邊分別纏繞有第一勵磁繞組14和第二勵磁繞組15;
定子機構2包括定子鐵芯21、第一定子齒22、第二定子齒23、第一電樞繞組24和第二電樞繞組25，定子鐵芯21內圓周同軸前后并列嵌有第一定子齒22和第二定子齒23，第一定子齒22和第二定子齒23的側邊分別纏繞有第一電樞繞組24和第二電樞繞組25，定子鐵芯外圓周固定密封安裝在水流通道內壁；
轉輪機構3包括轉葉31、轉輪32和轉葉調節機構33，轉葉調節機構33的外圓周固定連接轉輪32內圓周，轉葉調節機構33的內圓周均勻分布有活動轉軸34，轉葉調節機構33控制活動轉軸34的旋轉角度，轉葉31安裝在活動轉軸34徑向內端；
轉子機構I的轉子鐵芯11內圓周固定連接轉輪機構3的轉輪32外圓周，轉子機構I的第一轉子齒12和第二轉子齒13分別圍繞定子機構2的第一定子齒22和第二定子齒23旋轉。
[0026]作為上述實施方式的具體優化，為了能減小轉子機構I中轉子鐵芯11、第一轉子齒12和第二轉子齒13的磁感渦流產熱，以及減小定子機構2中定子鐵芯21、第一定子齒22和第二定子齒23的磁感渦流產熱，所述轉子機構I中轉子鐵芯11、第一轉子齒12和第二轉子齒13均由沖壓的硅鋼片疊成，所述定子機構2中定子鐵芯21、第一定子齒22和第二定子齒23均由沖壓的娃鋼片疊成;為了減少轉子機構I中轉子鐵芯11與第一轉子齒12和第二轉子齒13之間勵磁磁通泄漏，所述轉子鐵芯11與第一轉子齒12和第二轉子齒13由連體的硅鋼片疊成。
[0027]通過上述方案一實施方式，所述中通正裝轉槳貫流式水輪發電機的穩定效率可達93%，相比常規的貫流式水輪發電機，效率提高7%左右。
[0028]方案二:與方案一不同之處在于:所述第一轉子齒12與第一勵磁繞組14可通過永磁凸子替代;該種結構可簡化勵磁供電，減少外接電導線和電刷。
[0029]方案三(如圖3所示):與方案一不同之處在于:為了便于監測定子機構I的溫度，定子機構2的第一定子齒22或第二定子齒23的內芯安裝有溫度感應管7。
[0030]方案四:與方案一不同之處在于:所述第一定子齒22和第二定子齒23與定子鐵芯21之間的連接采取活動可拆裝連接，定子鐵芯21內圓周均勻設置卡槽，并將第一定子齒22或第二定子齒23安裝在卡槽內，該種結構便于定子機構2中第一電樞繞組24和第二電樞繞組25的安裝或容量擴充。
[0031]最后應說明的是:以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種中通正裝轉槳貫流式水輪發電機，包括轉子機構(I)、定子機構(2)、轉輪機構(3)、導葉機構(4)、進水管(5)和尾水管(6)，其特征是:定子機構(2)與轉子機構(I)同軸，定子機構(2)位于轉子機構(I)的外側，轉子機構(I)中空，轉子機構(I)內圓周固定安裝有轉輪機構(3)，轉輪機構(3)的前側固定安裝有導葉機構(4)，導葉機構(4)前方為進水管(5)，轉輪機構(3)的后側為尾水管(6)，轉子機構(I)包括轉子鐵芯(11)、第一轉子齒(12)、第二轉子齒(13)、第一勵磁繞組(14)和第二勵磁繞組(15)，轉子鐵芯(11)外圓周同軸前后并列嵌有第一轉子齒(12)和第二轉子齒(13)，第一轉子齒(12)和第二轉子齒(13)的側邊分別纏繞有第一勵磁繞組(14)和第二勵磁繞組(15)，定子機構(2)包括定子鐵芯(21)、第一定子齒(22)、第二定子齒(23)、第一電樞繞組(24)和第二電樞繞組(25)，定子鐵芯(21)內圓周同軸前后并列嵌有第一定子齒(22)和第二定子齒(23)，第一定子齒(22)和第二定子齒(23)的側邊分別纏繞有第一電樞繞組(24)和第二電樞繞組(25)，轉輪機構(3)包括轉葉(31)、轉輪(32)和轉葉調節機構(33)，轉葉調節機構(33)的外圓周固定連接轉輪(32)內圓周，轉葉調節機構(33)的內圓周均勻分布有活動轉軸(34)，轉葉調節機構(33)控制活動轉軸(34)的旋轉角度，轉葉(31)安裝在活動轉軸(34)徑向內端，轉子機構(I)的轉子鐵芯(11)內圓周固定連接轉輪機構(3)的轉輪(32)外圓周，轉子機構(I)的第一轉子齒(12)和第二轉子齒(13)分別圍繞定子機構(2)的第一定子齒(22)和第二定子齒(23)旋轉。2.根據權利要求1所述的中通正裝轉槳貫流式水輪發電機，其特征在于:所述第一轉子齒(12)與第一勵磁繞組(14)可通過永磁凸子替代。3.根據權利要求1所述的中通正裝轉槳貫流式水輪發電機，其特征在于:定子機構(2)的第一定子齒(22)或第二定子齒(23)的內芯安裝有溫度感應管(7)。4.根據權利要求1所述的中通正裝轉槳貫流式水輪發電機，其特征在于:所述轉子機構(I)中轉子鐵芯(11)、第一轉子齒(12)和第二轉子齒(13)均由沖壓的硅鋼片疊成，所述定子機構(2)中定子鐵芯(21)、第一定子齒(22)和第二定子齒(23)均由沖壓的硅鋼片疊成。5.根據權利要求1所述的中通正裝轉槳貫流式水輪發電機，其特征在于:所述轉子鐵芯(II)與第一轉子齒(12)和第二轉子齒(13)由連體的娃鋼片疊成。6.根據權利要求1所述的中通正裝轉槳貫流式水輪發電機，其特征在于:所述第一定子齒(22)和第二定子齒(23)與定子鐵芯(21)之間的連接采取活動可拆裝連接。
【文檔編號】F03B3/04GK106014768SQ201610468583
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月25日
【發明人】郭遠軍
【申請人】郭遠軍