一種雙轉子高效正裝水斗式水輪發電機的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種雙轉子高效正裝水斗式水輪發電機，包括第一轉子機構、第二轉子機構、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，輪盤的內圓周固定安裝第一轉子機構外圓周，第二轉子機構與第一轉子機構同軸內、外間隔，第二轉子機構中心固定安裝在固定主軸上，噴管安裝在水斗徑向外側；本發明所述雙轉子高效正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】
一種雙轉子高效正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，尤其涉及一種雙轉子高效正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%〇
[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:一種雙轉子高效正裝水斗式水輪發電機，包括第一轉子機構、第二轉子機構、第一轉輪機構、第二轉輪機構、固定主軸、第一噴管和第二噴管；其特征在于:第一轉輪機構包括第一水斗和第一輪盤，第一水斗分布在第一輪盤外圓周，第一輪盤中部呈環槽型，第二轉輪機構包括第二水斗和第二輪盤，第二水斗分布在第二輪盤外圓周，第二輪盤中部呈環槽型，第一輪盤與第二輪盤同軸前、后并列，并通過密封軸承安裝在固定主軸，第一輪盤的外徑側與第二輪盤的外徑側通過密封軸承連接，第一輪盤與第二輪盤的中部環槽形成密封空腔，第一轉子機構與第二轉子機構同軸內、外層安裝在密封空腔內，第一轉子機構固定在第一輪盤圓槽內的外徑側，第二轉子機構固定在第二輪盤圓槽內的內徑側；第一噴管安裝在第一水斗徑向外側，第二噴管安裝在第二水斗徑向外側；第一轉子機構包括電樞鐵芯、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并列環形分布在電樞鐵芯內圓周，電樞鐵芯外圓周固定第一輪盤圓槽內的外徑側；第二轉子機構包括勵磁鐵芯、第一勵磁繞組和第二勵磁繞組，第一勵磁繞組和第二勵磁繞組同軸并列環形分布在勵磁鐵芯外圓周，勵磁鐵芯內圓周固定第二輪盤圓槽內的內徑側。
[0010]第一勵磁繞組和第二勵磁繞組在第一電樞繞組和第二電樞繞組內轉動。
[0011]作為進一步優化，為了能減小第一轉子機構中電樞鐵芯的磁感渦流產熱，以及減小第二轉子機構中勵磁鐵芯的磁感渦流產熱，所述電樞鐵芯和勵磁鐵芯均由沖壓的硅鋼片疊成。
[0012]作為進一步優化，所述第一勵磁繞組可通過永磁凸子替代。
[0013]作為進一步優化，所述第一轉子機構或第二轉子機構的軸向側邊還設置有控制其轉動性的離合卡齒。
[0014]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。[〇〇15]工作原理:本發明所述雙轉子高效正裝水斗式水輪發電機，工作時，水流從第一噴管和第二噴管射出，分別沖擊到第一水斗和第二水斗，第一水斗和第二水斗從水流沖擊力獲得推力，并帶動第一輪盤和第二輪盤以相反的方向轉動，第一輪盤與第二輪盤相對轉動時，使第一轉子機構中的第一電樞繞組和第二電樞繞組分別切割第二轉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。
[0016]本發明所述雙轉子高效正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第一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，并且可減少軸承使用，避免傳動軸偏心問題和軸承摩擦耗能問題，較大程度的減少了制造耗材。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，可米用常規制造。
[0017]本發明所述雙轉子高效正裝水斗式水輪發電機，其第一勵磁繞組和第二勵磁繞組位于中部，第一電樞繞組和第二電樞繞組位于外部，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，該種結構的電樞繞組具有較大的分布面積，同等電樞繞線面積下，繞組分布面積越大，繞組厚度越小；另外，本發明所述雙轉子高效正裝水斗式水輪發電機采用雙轉子結構，其電樞繞組與勵磁繞組的相對切割速度可大大提高，適于高壓輸出，其輸出電壓的調節范圍大。
[0018]有益效果:本發明所述的雙轉子高效正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9%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，9.輸出電壓的調節范圍大。【附圖說明】
[0019]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為本發明方案三的水斗放大結構示意圖；圖5為本發明方案四的水斗放大結構示意圖；圖6為本發明方案五的垂直縱向剖視結構示意圖；圖中:1為第一轉子機構、11為電樞鐵芯、12為第一電樞繞組、13為第二電樞繞組、2為第二轉子機構、21為勵磁鐵芯、22為第一勵磁繞組、23為第二勵磁繞組、3為第一轉輪機構、31 為第一水斗、32為第一輪盤、第二轉輪機構4、41為第二水斗、42為第二輪盤、5為固定主軸、 6a為第一噴管、6b為第二噴管、7a為密封軸承、7b為密封軸承、8為密封空腔、9為離合卡齒。【具體實施方式】
[0020]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。
[0021]方案一:一種雙轉子高效正裝水斗式水輪發電機，包括第一轉子機構1、第二轉子機構2、第一轉輪機構3、第二轉輪機構4、固定主軸5、第一噴管6a和第二噴管6b;第一轉輪機構3包括第一水斗31和第一輪盤32,第一水斗31分布在第一輪盤32外圓周， 第一輪盤32中部呈環槽型；第二轉輪機構4包括第二水斗41和第二輪盤42，第二水斗41分布在第二輪盤42外圓周， 第二輪盤42中部呈環槽型；第一輪盤32與第二輪盤42同軸前、后并列，并通過密封軸承7a安裝在固定主軸5,第一輪盤32的外徑側與第二輪盤42的外徑側通過密封軸承7b連接，第一輪盤32與第二輪盤42的中部環槽形成密封空腔8;第一轉子機構1與第二轉子機構2同軸內、外層安裝在密封空腔8內，第一轉子機構1固定在第一輪盤32圓槽內的外徑側，第二轉子機構2固定在第二輪盤42圓槽內的內徑側；第一噴管6a安裝在第一水斗31徑向外側，第二噴管6b安裝在第二水斗41徑向外側； 第一轉子機構1包括電樞鐵芯11、第一電樞繞組12和第二電樞繞組13，第一電樞繞組12 和第二電樞繞組13同軸并列環形分布在電樞鐵芯11內圓周，電樞鐵芯11外圓周固定第一輪盤32圓槽內的外徑側；第二轉子機構2包括勵磁鐵芯21、第一勵磁繞組22和第二勵磁繞組23，第一勵磁繞組22 和第二勵磁繞組23同軸并列環形分布在勵磁鐵芯21外圓周，勵磁鐵芯11內圓周固定第二輪盤42圓槽內的內徑側。
[0022]作為上述實施方式的具體優化，為了能減小第一轉子機構1中電樞鐵芯11的磁感渦流產熱，以及減小第二轉子機構2中勵磁鐵芯21的磁感渦流產熱，所述電樞鐵芯11和勵磁鐵芯21均由沖壓的娃鋼片置成。[〇〇23]作為上述實施方式的具體優化，所述第一水斗31和第二水斗41的工作面均為雙勺形。[〇〇24]通過上述方案一實施方式，所述雙轉子高效正裝水斗式水輪發電機的穩定效率可達95%，相比常規的水斗式水輪發電機，效率提高9%左右。
[0025] 方案二:與方案一不同之處在于:所述第一勵磁繞組22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。[〇〇26]方案三:所述水斗31的工作面為單勺形。[〇〇27]方案四:與方案一不同之處在于:所述水斗31的工作面為三勺形。
[0028]方案五:與方案一不同之處在于:所述第一轉子機構1或第二轉子機構2的軸向側邊還設置有控制其轉動性的離合卡齒9;采用該結構可實現單邊轉動，也即可轉換成常規單轉子結構模式。[〇〇29]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】
1.一種雙轉子高效正裝水斗式水輪發電機，包括第一轉子機構(1)、第二轉子機構(2)、 第一轉輪機構(3)、第二轉輪機構(4)、固定主軸(5)、第一噴管(6a)和第二噴管(6b)，其特征 在于:第一轉輪機構(3)包括第一水斗(31)和第一輪盤(32)，第一水斗(31)分布在第一輪盤 (32)外圓周，第一輪盤(32)中部呈環槽型，第二轉輪機構(4)包括第二水斗(41)和第二輪盤 (42)，第二水斗(41)分布在第二輪盤(42)外圓周，第二輪盤(42)中部呈環槽型，第一輪盤 (32)與第二輪盤(42)同軸前、后并列，并通過密封軸承(7a)安裝在固定主軸(5)，第一輪盤 (32)的外徑側與第二輪盤(42)的外徑側通過密封軸承(7b)連接，第一輪盤(32)與第二輪盤 (42)的中部環槽形成密封空腔(8)，第一轉子機構(1)與第二轉子機構(2)同軸內、外層安裝 在密封空腔(8)內，第一轉子機構(1)固定在第一輪盤(32)圓槽內的外徑側，第二轉子機構 (2)固定在第二輪盤(42)圓槽內的內徑側，第一噴管(6a)安裝在第一水斗(31)徑向外側，第 二噴管(6b)安裝在第二水斗(41)徑向外側，第一轉子機構(1)包括電樞鐵芯(11)、第一電樞 繞組(12)和第二電樞繞組(13)，第一電樞繞組(12)和第二電樞繞組(13)同軸并列環形分布 在電樞鐵芯(11)內圓周，電樞鐵芯(11)外圓周固定第一輪盤(32)圓槽內的外徑側，第二轉 子機構(2)包括勵磁鐵芯(21)、第一勵磁繞組(22)和第二勵磁繞組(23)，第一勵磁繞組(22) 和第二勵磁繞組(23)同軸并列環形分布在勵磁鐵芯(21)外圓周，勵磁鐵芯(11)內圓周固定 第二輪盤(42)圓槽內的內徑側，第一勵磁繞組(22)和第二勵磁繞組(23)在第一電樞繞組 (12)和第二電樞繞組(13)內轉動。2.根據權利要求1所述的雙轉子高效正裝水斗式水輪發電機，其特征在于:所述電樞鐵 芯(11)和勵磁鐵芯(21)均由沖壓的硅鋼片疊成。3.根據權利要求1所述的雙轉子高效正裝水斗式水輪發電機，其特征在于:所述第一勵 磁繞組(22)可通過永磁凸子替代。4.根據權利要求1所述的雙轉子高效正裝水斗式水輪發電機，其特征在于:所述第一轉 子機構(1)或第二轉子機構(2)的軸向側邊還設置有控制其轉動性的離合卡齒(9)。5.根據權利要求1所述的雙轉子高效正裝水斗式水輪發電機，其特征在于:所述第一水 斗(31)和第一水斗(31)的工作面為單勺形或雙勺形或多勺形。
【文檔編號】F03B1/00GK106014837SQ201610469081
【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