一種雙轉子環裝高效勵磁混流式水輪發電機的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種雙轉子環裝高效勵磁混流式水輪發電機，包括第一電樞機構、第二電樞機構、勵磁機構、密封罩體機構、尾水管、導葉機構、第一轉輪、第二轉輪和蝸殼，蝸殼、導葉機構、第一轉輪、第二轉輪和尾水管依次構成水流通道，密封罩體機構包括第一旋轉罩和第二旋轉罩，第一旋轉罩和第二旋轉罩同軸連接構成封閉的環形空腔,第一電樞機構、勵磁機構和第二電樞機構依次同軸內、中、外層并列安裝在環形空腔內，勵磁機構安裝在第一旋轉罩內的中部，第一電樞機構安裝第二旋轉罩內的內徑側，第二電樞機構安裝在第二旋轉罩內的外徑側；本發明所述雙轉子環裝高效勵磁混流式水輪發電機壽命長，建設成本與生產管理成本較低，水能轉化效率高。
【專利說明】
一種雙轉子環裝高效勵磁混流式水輪發電機
技術領域
[0001]本發明涉及水電設備領域，尤其涉及一種雙轉子環裝高效勵磁混流式水輪發電機。
【背景技術】
[0002]水輪發電裝置按工作原理可分為沖擊式水輪機和反擊式水輪機兩大類。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。
[0003]沖擊式水輪機，由于其工作輪僅部分過水，部分水斗受力，故該類水輪機所需流量較小，比較適合小流量高水頭的發電場所。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，在等徑水輪條件下，切擊式的受力力臂相對斜擊式較大，但運行水輪轉速相對較小。
[0004]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，水流徑向進入導葉機構，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。軸流式、貫流式和斜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。當前使用較為廣泛的主要是軸流式和混流式水輪機。
[0005]現有的水輪機普遍所存在的問題是:I)水輪機的葉輪與發電機和勵磁電機需通過較長的傳動軸傳動，而一般情況下，為了便于傳動軸的安裝更換，傳動軸連接處會采用法蘭連接，同時為了維持傳動軸穩定轉動，避免偏心轉動，會在轉軸的連接處以及中部設置多個軸承，軸承的增多會加大轉動過程中的摩擦耗能，軸承容易因摩擦升溫燒壞，且較長傳動軸出現偏心轉動時，容易導致對發電機造成損壞;2)現有水輪發電裝置的發電機和勵磁機在工作中會產生大量的廢熱(主要由導線中強電流產熱、及軸承轉動摩擦產熱)，需要安裝專用的散熱、冷卻系統，當散熱、冷卻系統出現問題時，容易導致機芯、軸承燒壞，而且即使在冷卻系統正常工作下，由于定子和轉子呈內、外層分布，位于內層的轉子產生的廢熱需通過定子與轉子的隔空間隙層傳導到外界，隔空間隙層的導熱速率小，內層轉子與外層定子存在較大的溫差，內層轉子容易燒毀;3)現有水輪機，由于在水流能量利用上存在較大的水流動能余留和摩擦產熱損耗，水流能量的利用率相對較低，現階段，軸流式水輪機的較高穩定效率僅為90%;4)現有的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;5)由于水輪發電機中的定子、轉子、凸極、傳動軸等部件需要承受較高的溫度或較大的受力，其定子、轉子、凸極、傳動軸等部件對材料強度要求高;6)勵磁繞組的磁極僅能利用其中一磁極，勵磁效率較低，勵磁能耗較大。上述因素給電站的建設造成了較大的投入成本與生產管理成本，且電站生產產能相對較低，部分小型可利用水能資源被浪費。
【發明內容】
[0006]本發明所要解決的技術問題為:I)現有水輪發電裝置中傳動軸和軸承由于受力較大、摩擦產溫較高，其損耗較大;2)現有水輪發電裝置的發電機和勵磁機在工作中會產生大量的廢熱，需要安裝專用的冷卻系統，且其冷卻系統的冷卻效果欠佳，容易燒毀機芯;3)現有水輪機的較高穩定效率僅在90%左右;4)現有的水輪發電機均是針對不同地形的定制機，體積存在較大差異，不能夠批量生產;5)水輪發電機中的定子、轉子、凸極、傳動軸等部件對材料強度要求高;6)勵磁繞組的勵磁效率低。
[0007]為解決其技術問題本發明所采用的技術方案為:一種雙轉子環裝高效勵磁混流式水輪發電機，包括第一電樞機構、第二電樞機構、勵磁機構、密封罩體機構、尾水管、導葉機構、第一轉輪、第二轉輪和蝸殼;蝸殼、導葉機構、第一轉輪、第二轉輪和尾水管依次構成水流通道；
其特征在于:密封罩體機構包括第一旋轉罩和第二旋轉罩，第一旋轉罩與第二旋轉罩同軸通過密封軸承連接構成封閉的環形空腔，第一旋轉罩與第二旋轉罩分別位于上、下層；第一電樞機構、勵磁機構和第二電樞機構依次同軸內、中、外層并列安裝在環形空腔內；
勵磁機構安裝在第一旋轉罩內的中部，第一電樞機構安裝第二旋轉罩內的內徑側，第二電樞機構安裝在第二旋轉罩內的外徑側；
第一電樞機構包括第一電樞繞組和第二電樞繞組，第一電樞繞組和第二電樞繞組同軸上、下層并列環形分布在第二旋轉罩內的內徑側；
第二電樞機構包括第三電樞繞組和第四電樞繞組，第三電樞繞組和第四電樞繞組同軸上、下層并列環形分布在第二旋轉罩內的外徑側；
勵磁機構包括第一勵磁繞組和第二勵磁繞組，第一勵磁繞組與第二勵磁繞組同軸上、下層環形分布在第一旋轉罩內的中部；
第一轉輪的下環外圓周固定連接第一旋轉罩內圓周，第二轉輪的外圓周固定連接第二旋轉罩的內圓周，第二旋轉罩的下方通過支撐軸承安裝在尾水管上端部；
第一轉輪的葉片軸向角與第二轉輪的葉片軸向角相反，第一轉輪與第二轉輪受到的水流推力力矩相反。
[0008]作為進一步優化說明，所述第一旋轉罩與第二旋轉罩的連接間隙處設置有導電刷，導電刷用于勵磁電流的輸入。
[0009]作為進一步優化，所述尾水管和導葉機構與第一旋轉罩的間隙部位設置陶瓷密封軸承;該種結構可提高環形空腔的密封性，改善密封軸承的工作環境，減小密封軸承的受力負荷，減小第二旋轉罩與第一旋轉罩的摩擦。
[0010]作為進一步優化，為了具有更好的防水性能，所述第一旋轉罩與第二旋轉罩邊角連接處設置有相互配合的折形離心甩水邊環，折形離心甩水邊環的間隙口沿徑向朝外。
[0011]作為進一步優化，為了更好的增強折形離心甩水邊環的甩水效果和耐磨性，所述折形離心甩水邊環內還安裝有樹脂耐磨環。
[0012]工作原理:該發明所述雙轉子環裝高效勵磁混流式水輪發電機，工作時，水流經過導葉機構的引導與控制，流入第一轉輪，第一轉輪在水流壓力的驅動下帶動第一旋轉罩共同轉動，同時，水流流經第一轉輪后，再流入第二轉輪，第二轉輪在水流壓力作用下帶動第二旋轉罩以反方向旋轉，第一勵磁繞組和第二勵磁繞組的上端磁極分別切割第一電樞繞組和第二電樞繞組的線圈，第一勵磁繞組和第二勵磁繞組的下端磁極分別切割第三電樞繞組和第四電樞繞組，第一電樞繞組和第三電樞繞組的電流用于勵磁供電，第二電樞繞組和第四電樞繞組用于輸出。
[0013]本發明所述的雙轉子環裝高效勵磁混流式水輪發電機，由于其電樞機構和勵磁機構直接通過密封罩體機構安裝在尾水管和轉輪之間，發電工作過程產生的廢熱可直接通過第一旋轉罩與第二旋轉罩散熱到水流中，有效的省去了專門的冷確散熱系統。
[0014]本發明所述的雙轉子環裝高效勵磁混流式水輪發電機，相對于常規發電機的轉子結構模式，在散熱方面，其熱量傳導無需通過轉子與定子間的隔空層，其電樞機構和勵磁機構廢熱可直接散熱到水流中，相比現有的發電機具有更好的散熱效果，能有效避免燒毀機芯的問題，增長設備的使用壽命;在能效能方面，其水流排出速率小，水能轉化率高;在勵磁效能方面，由于發電勵磁繞組的兩個磁極的磁通量均被利用于切割發電機電樞繞組，在同等勵磁電流下，勵磁效率相對傳統勵磁方式提高一倍。
[0015]有益效果:本發明所述的雙轉子環裝高效勵磁混流式水輪發電機，有效的省去了常規的冷確散熱系統，具有更好的散熱效果，能有效避免燒毀機芯的問題，增長設備的使用壽命;同時，由于電樞機構、勵磁機構與轉輪的一體化，動力傳動無需通過傳動軸部件傳動，本發明所述的雙轉子環裝高效勵磁混流式水輪發電機能有效的避免傳動軸偏心問題和軸承摩擦耗能問題，簡化水輪發電裝置的結構，降低材料要求，較大程度地縮小設備體積，增強設備的通用性，減少電站建設成本與生產管理成本。
[0016]此外，本發明所述的雙轉子環裝高效勵磁混流式水輪發電機具有較高的傳動效率，其水輪機發電機的穩定效率可達95%以上，且勵磁效率高。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明方案一的垂直剖視視結構示意圖；
圖2為本發明方案一的A-A剖面水平剖視結構示意圖；
圖3為本發明方案一的B-B剖面水平剖視結構示意圖；
圖4為本發明方案二的垂直剖視視結構示意圖；
圖5為本發明方案二中折形離心甩水邊環結構放大示意圖；
圖6為本發明方案三中折形離心甩水邊環結構放大示意圖；
圖中:Ia為第一電樞機構、IIa為第一電樞繞組、12a為第二電樞繞組、Ib為第二電樞機構、Ilb為第三電樞繞組、12b為第四電樞繞組、2為勵磁機構、21為第一勵磁繞組、22為第二勵磁繞組、3為密封罩體機構、31為第一旋轉罩、32為第二旋轉罩、33為密封軸承、34為環形空腔、35為陶瓷密封軸承、36為折形離心甩水邊環、37為樹脂耐磨環、4為尾水管、5為導葉機構、6a為第一轉輪、6b為第二轉輪、7為蝸殼、8為導電刷。
【具體實施方式】
[0018]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。
[0019]方案一(如圖1、圖2、圖3和圖4所示):一種雙轉子環裝高效勵磁混流式水輪發電機，包括第一電樞機構Ia、第二電樞機構Ib、勵磁機構2、密封罩體機構3、尾水管4、導葉機構
5、第一轉輪6a、第二轉輪6b和蝸殼7 ；蝸殼7、導葉機構5、第一轉輪6a、第二轉輪6b和尾水管4依次構成水流通道；
密封罩體機構3包括第一旋轉罩31和第二旋轉罩32，第一旋轉罩31與第二旋轉罩32同軸通過密封軸承33連接構成封閉的環形空腔34，第一旋轉罩31與第二旋轉罩32分別位于上、下層；
第一電樞機構la、勵磁機構2和第二電樞機構Ib依次同軸內、中、外層并列安裝在環形空腔34內；
勵磁機構2安裝在第一旋轉罩31內的中部，第一電樞機構Ia安裝第二旋轉罩32內的內徑側，第二電樞機構Ib安裝在第二旋轉罩32內的外徑側；
第一電樞機構Ia包括第一電樞繞組Ila和第二電樞繞組12a，第一電樞繞組Ila和第二電樞繞組12a同軸上、下層并列環形分布在第二旋轉罩32內的內徑側；
第二電樞機構Ib包括第三電樞繞組Ilb和第四電樞繞組12b，第三電樞繞組Ilb和第四電樞繞組12b同軸上、下層并列環形分布在第二旋轉罩32內的外徑側；
勵磁機構2包括第一勵磁繞組21和第二勵磁繞組22，第一勵磁繞組21與第二勵磁繞組22同軸上、下層環形分布在第一旋轉罩31內的中部；
第一轉輪6a的下環外圓周固定連接第一旋轉罩31內圓周，第二轉輪6b的外圓周固定連接第二旋轉罩32的下部內圓周，第二旋轉罩32的下方通過支撐軸承安裝在尾水管4上端部；第一轉輪6a的葉片軸向角與第二轉輪6b的葉片軸向角相反，第一轉輪6a與第二轉輪6b受到的水流推力力矩相反；
第一旋轉罩32與第二旋轉罩33的連接間隙處設置有導電刷8，導電刷8用于導電連接外界整流設備與勵磁機構2。
[0020]作為進一步說明，為了減小第一旋轉罩32受到的摩擦，同時提高其密封性，所述導葉機構5與第一旋轉罩32的間隙部位設置陶瓷密封軸承35。
[0021]通過上述方案一實施方式，所述雙轉子環裝高效勵磁混流式水輪發電機的穩定效率可達95%，相比傳統的軸流式水輪發電機，效率提高7%左右。
[0022]方案二(如圖5和圖6所示):與方案一不同之處在于:為了具有更好的防水性能，所述第一旋轉罩32與第二旋轉罩33連接邊角處設置有相互配合的折形離心甩水邊環36，折形離心甩水邊環36的間隙口沿徑向朝外。
[0023]方案三(如圖6所示):與方案一不同之處在于:為了更好的增強折形離心甩水邊環36的甩水效果和耐磨性，所述折形離心甩水邊環36內還安裝有樹脂耐磨環37。
[0024]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】
1.一種雙轉子環裝高效勵磁混流式水輪發電機，包括第一電樞機構(la)、第二電樞機構(Ib)、勵磁機構(2)、密封罩體機構(3)、尾水管(4)、導葉機構(5)、第一轉輪(6a)、第二轉輪(6b)和蝸殼(7)，蝸殼(7)、導葉機構(5)、第一轉輪(6a)、第二轉輪(6b)和尾水管(4)依次構成水流通道，其特征在于:密封罩體機構(3)包括第一旋轉罩(31)和第二旋轉罩(32)，第一旋轉罩(31)與第二旋轉罩(32)同軸通過密封軸承(33)連接構成封閉的環形空腔(34)，第一旋轉罩(31)與第二旋轉罩(32)分別位于上、下層，第一電樞機構(Ia)、勵磁機構(2)和第二電樞機構(Ib)依次同軸內、中、外層并列安裝在環形空腔(34)內，勵磁機構(2)安裝在第一旋轉罩(31)內的中部，第一電樞機構(Ia)安裝第二旋轉罩(32)內的內徑側，第二電樞機構(Ib)安裝在第二旋轉罩(32)內的外徑側，第一電樞機構(Ia)包括第一電樞繞組(IIa)和第二電樞繞組(12a)，第一電樞繞組(Ila)和第二電樞繞組(12a)同軸上、下層并列環形分布在第二旋轉罩(32)內的內徑側，第二電樞機構(Ib)包括第三電樞繞組(IIb)和第四電樞繞組(12b)，第三電樞繞組(Ilb)和第四電樞繞組(12b)同軸上、下層并列環形分布在第二旋轉罩(32)內的外徑側，勵磁機構(2)包括第一勵磁繞組(21)和第二勵磁繞組(22)，第一勵磁繞組(21)與第二勵磁繞組(22)同軸上、下層環形分布在第一旋轉罩(31)內的中部，第一轉輪(6a)的下環外圓周固定連接第一旋轉罩(31)內圓周，第二轉輪(6b)的外圓周固定連接第二旋轉罩(32)的內圓周，第二旋轉罩(32)的下方通過支撐軸承安裝在尾水管(4)上端部，第一轉輪(6a)的葉片軸向角與第二轉輪(6b)的葉片軸向角相反，第一轉輪(6a)與第二轉輪(6b)受到的水流推力力矩相反。2.根據權利要求1所述的雙轉子環裝高效勵磁混流式水輪發電機，其特征在于:所述第一旋轉罩(31)與第二旋轉罩(32)的連接間隙處設置有導電刷(8)。3.根據權利要求2所述的雙轉子環裝高效勵磁混流式水輪發電機，其特征在于:所述第一旋轉罩(31)與尾水管(4)的間隙部位、以及第一旋轉罩(31)與導葉機構(5)的間隙部位均設置有陶瓷密封軸承(35)。4.根據權利要求3所述的雙轉子環裝高效勵磁混流式水輪發電機，其特征在于:所述第一旋轉罩(31)與第二旋轉罩(32)邊角連接處設置有相互配合的折形離心甩水邊環(36)，折形離心甩水邊環(36)的間隙口沿徑向朝外。5.根據權利要求4所述的雙轉子環裝高效勵磁混流式水輪發電機，其特征在于:所述折形離心甩水邊環(36)內還安裝有樹脂耐磨環(37)。
【文檔編號】H02K7/20GK106014833SQ201610469074
【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