一種高效平裝水斗式水輪發電機的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種高效平裝水斗式水輪發電機，包括轉子機構、定子機構、轉輪機構、固定主軸和噴管,轉輪機構包括水斗和輪盤，輪盤中空，水斗分布在輪盤外圓周，輪盤的內圓周前側邊固定密封連接轉子機構外圓周，輪盤的內圓周后側邊通過密封軸承連接定子機構外圓周，轉子機構與定子機構同軸前后平行，轉子機構內徑通過密封軸承安裝在固定主軸上，定子機構內徑密封固定安裝在固定主軸上，噴管安裝在水斗徑向外側；本發明所述高效平裝水斗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】
一種高效平裝水斗式水輪發電機
技術領域
[0001]本發明涉及水電設備領域，尤其涉及一種高效平裝水斗式水輪發電機。
【背景技術】
[0002]水輪機是把水流的能量轉換為旋轉機械能的動力機械，用于帶動發電機發電。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]目前沖擊式水輪機中應用最廣泛是切擊式水輪機(也稱水斗式水輪機);理論分析證明，當水斗節圓處的圓周速度約為射流速度的一半時，效率最高。這種水輪機在負荷發生變化時，轉輪的進水速度方向不變，加之這類水輪機都用于高水頭電站，水頭變化相對較小，速度變化不大，因而效率受負荷變化的影響較小，效率曲線比較平緩，最高效率超過91%。
[0007]然而，現有的水輪發電機均是由分離的水輪機和發電機組成，水輪機需通過主軸、轉動軸等部件連接發電機，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;且由于發電機在工作過程中會產生大量的廢熱，需要設計通風或冷卻系統給發電機散熱；另外，由于現有的發電機的定子、轉子、凸極所需的耐熱性較大，其定子、轉子、凸極材料強度要求高;此外，現有的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，成本、造價高。
【發明內容】
[0008]本發明旨在提供一種無需通風系統或冷卻水系統的水斗式水輪發電機；同時，該水斗式水輪發電機所需軸承少，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，能夠批量生產，體積較小，造價較低。
[0009]本發明提供的技術方案是:一種高效平裝水斗式水輪發電機，包括轉子機構1、定子機構2、轉輪機構3、固定主軸4和噴管5;
其特征在于:轉輪機構3包括水斗31和輪盤32，輪盤32中空，水斗31分布在輪盤32外圓周，輪盤32的內圓周前側邊固定密封連接轉子機構I外圓周，輪盤32的內圓周后側邊通過密封軸承6a連接定子機構2外圓周，轉子機構I與定子機構2同軸前后平行； 轉子機構I內徑通過密封軸承6b安裝在固定主軸4上；
定子機構2內徑密封固定安裝在固定主軸4上；
噴管5安裝在水斗31徑向外側；
轉子機構I包括轉子鐵芯11、轉子內環柱12、轉子外環柱13、第一電樞繞組14和第二電樞繞組15，轉子鐵芯11呈圓餅形，轉子內環柱12環形分布在轉子鐵芯11后側圓面內環區，轉子外環柱13環形分布在轉子鐵芯11后側圓外環區，轉子內環柱12和轉子外環柱13的側邊分別纏繞有第一電樞繞組14和第二電樞繞組15;
定子機構2包括定子鐵芯21、定子內環柱22、定子外環柱23、第一勵磁繞組24和第二勵磁繞組25，定子鐵芯21呈圓餅形，定子內環柱22環形分布在定子鐵芯21前側圓面內環區，定子外環柱23環形分布在定子鐵芯21前側圓外環區，定子內環柱22和定子外環柱23的側邊分別纏繞有第一勵磁繞組24和第二勵磁繞組25;
轉子鐵芯11外圓周固定密封連接輪盤32前側內圓周，轉子鐵芯11內圓周通過密封軸承6b連接在固定主軸4上；
定子鐵芯21外圓周通過密封軸承6a連接連接輪盤32后側內圓周，定子鐵芯21內圓周固定密封連接在固定主軸4上；
轉子機構I的轉子內環柱12和轉子外環柱13分別平對定子機構2的定子內環柱22和定子外環柱23，轉子內環柱12和轉子外環柱13圍繞其中心軸線轉動。
[0010]作為進一步優化，為了簡化勵磁供電，減少外接電導線，所述定子內環柱與第一勵磁繞組可通過永磁凸子替代。
[0011]作為進一步優化，為了便于監測轉子機構的溫度，轉子機構的轉子內環柱或轉子外環柱的內芯安裝有溫度感應管。
[0012]作為進一步優化，為了減小轉子機構中轉子鐵芯、轉子內環柱和轉子外環柱的磁感渦流產熱，以及減小定子機構中定子鐵芯、定子內環柱和定子外環柱的磁感渦流產熱，所述轉子機構中轉子鐵芯、轉子內環柱和轉子外環柱均由沖壓的硅鋼片疊成，所述定子機構中定子鐵芯、定子內環柱和定子外環柱均由沖壓的硅鋼片疊成。
[0013]作為進一步優化，為了減少定子機構中定子鐵芯與定子內環柱和定子外環柱之間勵磁磁通泄漏，所述定子鐵芯與定子內環柱和定子外環柱由連體的硅鋼片疊成。
[0014]作為進一步優化，為了便于轉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，所述轉子內環柱和轉子外環柱與轉子鐵芯之間的連接采取活動可拆裝連接;如在轉子鐵芯內圓周均勻設置卡槽，并將轉子內環柱或轉子外環柱安裝在卡槽內。
[0015]作為進一步優化，所述水斗的工作面為單勺形或雙勺形或多勺形。
[0016]作為進一步優化，所述噴管包含單個或多個噴射口，噴管的噴射口環形分布在水斗31徑向外側。
[0017]工作原理:本發明所述高效平裝水斗式水輪發電機，工作時，水流從噴管射出，沖擊到水斗，水斗受到水流沖擊力獲得推力，并帶動輪盤轉動，該過程的實質是從水流中獲取動能;輪盤轉動時，帶動轉子鐵芯轉動，并使轉子機構中的第一電樞繞組和第二電樞繞組分別切割定子機構中的第一勵磁繞組和第二勵磁繞組產生的磁場，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。
[0018]本發明所述高效平裝水斗式水輪發電機，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輪盤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。
[0019]此外，本發明所述高效平裝水斗式水輪發電機，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。
[0020]本發明所述高效平裝水斗式水輪發電機，其轉子機構與定子機構分別在兩個平行平面，轉子機構和定子機構的廢熱分別可通過轉子鐵芯和定子鐵芯散熱到外界水流中，與常規的轉子內裝或轉子外裝存在較大的散熱效果差異，該種平裝結構方式，較大程度的提高了散熱效率。
[0021 ]有益效果:本發明所述的高效平裝水斗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60%以上，5.成本相對常規水電站設計節省50%，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】
[0022]圖1為本發明方案一的垂直縱向剖視結構示意圖；
圖2為本發明方案一中前部垂直橫向剖視結構示意圖；
圖3為本發明方案一中后部垂直橫向剖視結構示意圖；
圖4為本發明方案五的水斗放大結構示意圖；
圖5為本發明方案六的水斗放大結構示意圖；
圖6為本發明方案七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為轉子內環柱、13為轉子外環柱、14為第一電樞繞組、15為第二電樞繞組、2為定子機構、21為定子鐵芯、22為定子內環柱、23為定子外環柱、24為第一勵磁繞組、25為第二勵磁繞組、3為轉輪機構、31為水斗、32為輪盤、4為固定主軸、5為噴管、6a和6b為密封軸承、7為溫度感應管。
【具體實施方式】
[0023]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。
[0024]方案一:一種高效平裝水斗式水輪發電機，包括轉子機構1、定子機構2、轉輪機構
3、固定主軸4和噴管5;
轉輪機構3包括水斗31和輪盤32，輪盤32中空，水斗31分布在輪盤32外圓周，輪盤32的內圓周前側邊固定密封連接轉子機構I外圓周，輪盤32的內圓周后側邊通過密封軸承6a連接定子機構2外圓周，轉子機構I與定子機構2同軸前后平行；
轉子機構I內徑通過密封軸承6b安裝在固定主軸4上；
定子機構2內徑密封固定安裝在固定主軸4上；
噴管5安裝在水斗31徑向外側；
轉子機構I包括轉子鐵芯11、轉子內環柱12、轉子外環柱13、第一電樞繞組14和第二電樞繞組15，轉子鐵芯11呈圓餅形，轉子內環柱12環形分布在轉子鐵芯11后側圓面內環區，轉子外環柱13環形分布在轉子鐵芯11后側圓外環區，轉子內環柱12和轉子外環柱13的側邊分別纏繞有第一電樞繞組14和第二電樞繞組15;
定子機構2包括定子鐵芯21、定子內環柱22、定子外環柱23、第一勵磁繞組24和第二勵磁繞組25，定子鐵芯21呈圓餅形，定子內環柱22環形分布在定子鐵芯21前側圓面內環區，定子外環柱23環形分布在定子鐵芯21后側圓外環區，定子內環柱22和定子外環柱23的側邊分別纏繞有第一勵磁繞組24和第二勵磁繞組25;
轉子鐵芯11外圓周固定密封連接輪盤32前側內圓周，轉子鐵芯11內圓周通過密封軸承6b連接在固定主軸4上；
定子鐵芯21外圓周通過密封軸承6a連接連接輪盤32后側內圓周，定子鐵芯21內圓周固定密封連接在固定主軸4上；
轉子機構I的轉子內環柱12和轉子外環柱13分別平對定子機構2的定子內環柱22和定子外環柱23，轉子內環柱12和轉子外環柱13圍繞其中心軸線轉動。
[0025]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、轉子內環柱12和轉子外環柱13的磁感渦流產熱，以及減小定子機構2中定子鐵芯21、定子內環柱22和定子外環柱23的磁感渦流產熱，所述轉子機構I中轉子鐵芯11、轉子內環柱12和轉子外環柱13均由沖壓的硅鋼片疊成，所述定子機構2中定子鐵芯21、定子內環柱22和定子外環柱23均由沖壓的硅鋼片疊成;為了減少定子機構2中定子鐵芯21與定子內環柱22和定子外環柱23之間勵磁磁通泄漏，所述定子鐵芯21與定子內環柱22和定子外環柱23由連體的硅鋼片疊成。
[0026]作為上述實施方式的具體優化說明，所述水斗31的工作面為雙勺形。
[0027]通過上述方案一實施方式，所述高效平裝水斗式水輪發電機的穩定效率可達93%，相比常規的水斗式水輪發電機，效率提高7%左右。
[0028]方案二:與方案一不同之處在于:所述定子內環柱22與第一勵磁繞組24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。
[0029]方案三:與方案一不同之處在于:為了便于監測轉子機構I的溫度，轉子機構I的轉子內環柱12或轉子外環柱13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:所述轉子內環柱12和轉子外環柱13與轉子鐵芯11之間的連接采取活動可拆裝連接，轉子鐵芯11內圓周均勻設置卡槽，并將轉子內環柱12或轉子外環柱13安裝在卡槽內，該種結構便于轉子機構I中第一電樞繞組14和第二電樞繞組15的安裝或容量擴充。
[0031]方案五:與方案一不同之處在于:所述水斗31的工作面為單勺形。
[0032]方案六:與方案一不同之處在于:所述水斗31的工作面為三勺形。
[0033]方案七:與方案一不同之處在于:所述噴管5包含多個噴射口，噴管5的噴射口環形分布在水斗31徑向外側。
[0034]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】
1.一種高效平裝水斗式水輪發電機，包括轉子機構1、定子機構2、轉輪機構3、固定主軸4和噴管5，其特征在于:轉輪機構3包括水斗31和輪盤32，輪盤32中空，水斗31分布在輪盤32外圓周，輪盤32的內圓周前側邊固定密封連接轉子機構I夕卜圓周，輪盤32的內圓周后側邊通過密封軸承6a連接定子機構2外圓周，轉子機構I與定子機構2同軸前后平行，轉子機構I內徑通過密封軸承6b安裝在固定主軸4上，定子機構2內徑密封固定安裝在固定主軸4上，噴管5安裝在水斗31徑向外側，轉子機構I包括轉子鐵芯11、轉子內環柱12、轉子外環柱13、第一電樞繞組14和第二電樞繞組15，轉子鐵芯11呈圓餅形，轉子內環柱12環形分布在轉子鐵芯11后側圓面內環區，轉子外環柱13環形分布在轉子鐵芯11后側圓外環區，轉子內環柱12和轉子外環柱13的側邊分別纏繞有第一電樞繞組14和第二電樞繞組15，定子機構2包括定子鐵芯21、定子內環柱22、定子外環柱23、第一勵磁繞組24和第二勵磁繞組25，定子鐵芯21呈圓餅形，定子內環柱22環形分布在定子鐵芯21前側圓面內環區，定子外環柱23環形分布在定子鐵芯21后側圓外環區，定子內環柱22和定子外環柱23的側邊分別纏繞有第一勵磁繞組24和第二勵磁繞組25，轉子鐵芯11外圓周固定密封連接輪盤32前側內圓周，轉子鐵芯11內圓周通過密封軸承6b連接在固定主軸4上，定子鐵芯21外圓周通過密封軸承6a連接連接輪盤32后側內圓周，定子鐵芯21內圓周固定密封連接在固定主軸4上，轉子機構I的轉子內環柱12和轉子外環柱13分別平對定子機構2的定子內環柱22和定子外環柱23，轉子內環柱12和轉子外環柱13圍繞其中心軸線轉動。2.根據權利要求1所述的高效平裝水斗式水輪發電機，其特征在于:所述定子內環柱(22)與第一勵磁繞組(24)可通過永磁凸子替代。3.根據權利要求1所述的高效平裝水斗式水輪發電機，其特征在于:轉子機構(I)的轉子內環柱(12)或轉子外環柱(13)的內芯安裝有溫度感應管(7)。4.根據權利要求1所述的高效平裝水斗式水輪發電機，其特征在于:所述轉子機構(I)中轉子鐵芯(11)、轉子內環柱(12)和轉子外環柱(13)均由沖壓的硅鋼片疊成，所述定子機構(2)中定子鐵芯(21)、定子內環柱(22)和定子外環柱(23)均由沖壓的硅鋼片疊成。5.根據權利要求1所述的高效平裝水斗式水輪發電機，其特征在于:所述定子鐵芯(21)與定子內環柱(22)和定子外環柱(23)由連體的硅鋼片疊成。6.根據權利要求1所述的高效平裝水斗式水輪發電機，其特征在于:所述轉子內環柱(12)和轉子外環柱(13)與轉子鐵芯(11)之間的連接采取活動可拆裝連接。7.根據權利要求1所述的高效平裝水斗式水輪發電機，其特征在于:所述水斗(31)的工作面為單勺形或雙勺形或多勺形。8.根據權利要求1所述的高效平裝水斗式水輪發電機，其特征在于:所述噴管(5)包含單個或多個噴射口，噴管(5)的噴射口環形分布在水斗(31)徑向外側。
【文檔編號】H02K1/12GK106014836SQ201610469079
【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