一種雙轉(zhuǎn)子高效反裝水斗式水輪發(fā)電機(jī)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙轉(zhuǎn)子高效反裝水斗式水輪發(fā)電機(jī)，包括第一轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)、第二轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)輪機(jī)構(gòu)、固定主軸和噴管,轉(zhuǎn)輪機(jī)構(gòu)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(nèi)圓周固定安裝第一轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)外圓周，第二轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)與第一轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)同軸內(nèi)、外間隔，第二轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)中心固定安裝在固定主軸上，噴管安裝在水斗徑向外側(cè)；本發(fā)明所述雙轉(zhuǎn)子高效反裝水斗式水輪發(fā)電機(jī)無需通風(fēng)系統(tǒng)或冷卻水系統(tǒng)，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(zhuǎn)子高效反裝水斗式水輪發(fā)電機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及水電設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種雙轉(zhuǎn)子高效反裝水斗式水輪發(fā)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]水輪機(jī)是把水流的能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的動力機(jī)械，用于帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。水輪機(jī)按工作原理可分為沖擊式水輪機(jī)和反擊式水輪機(jī)兩大類。
[0003]沖擊式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪受到水流的沖擊而旋轉(zhuǎn)，工作過程中水流的壓力不變，主要是動能的轉(zhuǎn)換；
反擊式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪在水中受到水流的反作用力而旋轉(zhuǎn)，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(zhuǎn)換。
[0004]沖擊式水輪機(jī)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(jī)可分為混流式、軸流式、斜流式和貫流式;在混流式水輪機(jī)中，水流徑向進(jìn)入導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，軸向流出轉(zhuǎn)輪;在軸流式水輪機(jī)中，水流徑向進(jìn)入導(dǎo)葉，軸向進(jìn)入和流出轉(zhuǎn)輪;在斜流式水輪機(jī)中，水流徑向進(jìn)入導(dǎo)葉而以傾斜于主軸某一角度的方向流進(jìn)轉(zhuǎn)輪，或以傾斜于主軸的方向流進(jìn)導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪;在貫流式水輪機(jī)中，水流沿軸向流進(jìn)導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪。
[0006]目前沖擊式水輪機(jī)中應(yīng)用最廣泛是切擊式水輪機(jī)(也稱水斗式水輪機(jī));理論分析證明，當(dāng)水斗節(jié)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(jī)在負(fù)荷發(fā)生變化時，轉(zhuǎn)輪的進(jìn)水速度方向不變，加之這類水輪機(jī)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(fù)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(xiàn)有的水輪發(fā)電機(jī)均是由分離的水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)組成，水輪機(jī)需通過主軸、轉(zhuǎn)動軸等部件連接發(fā)電機(jī)，水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)至少需要三個軸承，個別型號還需要用到結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價昂貴的接力器;且由于發(fā)電機(jī)在工作過程中會產(chǎn)生大量的廢熱，需要設(shè)計通風(fēng)或冷卻系統(tǒng)給發(fā)電機(jī)散熱；另外，由于現(xiàn)有的發(fā)電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子、凸極所需的耐熱性較大，其定子、轉(zhuǎn)子、凸極材料強(qiáng)度要求高;此外，現(xiàn)有的水輪發(fā)電機(jī)采用水輪、發(fā)電機(jī)、勵磁機(jī)串聯(lián)式連接結(jié)構(gòu)，造成體積巨大，需要材料多，成本、造價高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明旨在提供一種無需通風(fēng)系統(tǒng)或冷卻水系統(tǒng)的水斗式水輪發(fā)電機(jī)；同時，該水斗式水輪發(fā)電機(jī)所需軸承少，其定子、轉(zhuǎn)子可采用常規(guī)制造，能實時測量轉(zhuǎn)子溫度，原材料能夠通用，能夠批量生產(chǎn)，體積較小，造價較低。
[0009]本發(fā)明提供的技術(shù)方案是:一種雙轉(zhuǎn)子高效反裝水斗式水輪發(fā)電機(jī)，包括第一轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)、第二轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)、第一轉(zhuǎn)輪機(jī)構(gòu)、第二轉(zhuǎn)輪機(jī)構(gòu)、固定主軸、第一噴管和第二噴管；
其特征在于:第一轉(zhuǎn)輪機(jī)構(gòu)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(huán)槽型，第二轉(zhuǎn)輪機(jī)構(gòu)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(huán)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(cè)與第二輪盤的外徑側(cè)通過密封軸承連接，第一輪盤與第二輪盤的中部環(huán)槽形成密封空腔，第一轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)與第二轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)同軸內(nèi)、外層安裝在密封空腔內(nèi)，第一轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)固定在第一輪盤圓槽內(nèi)的外徑側(cè)，第二轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)固定在第二輪盤圓槽內(nèi)的內(nèi)徑側(cè)；
第一噴管安裝在第一水斗徑向外側(cè)，第二噴管安裝在第二水斗徑向外側(cè)；
第一轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)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(huán)形分布在勵磁鐵芯內(nèi)圓周，勵磁鐵芯外圓周固定第一輪盤圓槽內(nèi)的外徑側(cè)；
第二轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)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(huán)形分布在電樞鐵芯外圓周，電樞鐵芯內(nèi)圓周固定第二輪盤圓槽內(nèi)的內(nèi)徑側(cè)；
第一勵磁繞組和第二勵磁繞組圍繞第一電樞繞組和第二電樞繞組轉(zhuǎn)動。
[0010]作為進(jìn)一步優(yōu)化，為了能減小第一轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)中勵磁鐵芯的磁感渦流產(chǎn)熱，以及減小第二轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)中電樞鐵芯的磁感渦流產(chǎn)熱，所述勵磁鐵芯或電樞鐵芯均由沖壓的硅鋼片疊成。
[0011]作為進(jìn)一步優(yōu)化，所述第一勵磁繞組可通過永磁凸子替代。
[0012]作為進(jìn)一步優(yōu)化，所述第一轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)或第二轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)的軸向側(cè)邊還設(shè)置有控制其轉(zhuǎn)動性的離合卡齒。
[0013]作為進(jìn)一步優(yōu)化，所述水斗的工作面為單勺形或雙勺形或多勺形。
[0014]工作原理:本發(fā)明所述雙轉(zhuǎn)子高效反裝水斗式水輪發(fā)電機(jī)，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(zhuǎn)動，第一輪盤與第二輪盤相對轉(zhuǎn)動時，使第一轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)中的第一勵磁繞組和第二勵磁繞組分別切割第二轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)中的第一勵磁繞組和第二勵磁繞組產(chǎn)生的磁場，使第一勵磁繞組和第二勵磁繞組產(chǎn)生感應(yīng)電壓。其中，第一勵磁繞組的感應(yīng)電壓用于輸入第二勵磁繞組，產(chǎn)生較強(qiáng)的勵磁磁場，第二勵磁繞組的感應(yīng)電壓用于輸出到外界。
[0015]本發(fā)明所述雙轉(zhuǎn)子高效反裝水斗式水輪發(fā)電機(jī)，將傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)輪裝置、發(fā)電機(jī)裝置與勵磁裝置實現(xiàn)了一體化，使發(fā)電機(jī)裝置和勵磁裝置的第一轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)產(chǎn)熱可直接通過輪盤和轉(zhuǎn)葉散熱到水流中，可省去常規(guī)發(fā)電裝置中的通風(fēng)系統(tǒng)或冷卻水系統(tǒng)，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(zhuǎn)子材料的耐熱性、導(dǎo)熱性、熱形變性的要求降低，可米用常規(guī)制造。
[0016]本發(fā)明所述雙轉(zhuǎn)子高效反裝水斗式水輪發(fā)電機(jī)，其第一勵磁繞組和第二勵磁繞組位于外部，第一勵磁繞組和第二勵磁繞組位于內(nèi)部，該種結(jié)構(gòu)分布與現(xiàn)有常規(guī)發(fā)電機(jī)中電樞繞組與勵磁繞組的分布相反，也即反裝結(jié)構(gòu)模式，該種結(jié)構(gòu)的勵磁繞組具有較大的分布面積，各勵磁繞組端子產(chǎn)生的磁場相互影響較小，磁場強(qiáng)度分布振幅較大，具有較好的勵磁效率。另外，本發(fā)明所述雙轉(zhuǎn)子高效反裝水斗式水輪發(fā)電機(jī)采用雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，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(diào)節(jié)范圍大。
[0017]有益效果:本發(fā)明所述的雙轉(zhuǎn)子高效反裝水斗式水輪發(fā)電機(jī)具有如下優(yōu)點:1.制造、安裝成本低，2.省去了常規(guī)的通風(fēng)、冷卻系統(tǒng)，3.能規(guī)?；可a(chǎn)(常規(guī)水輪發(fā)電機(jī)是定制)，4.體積節(jié)省60%以上，5.成本相對常規(guī)水電站設(shè)計節(jié)省50%，6.轉(zhuǎn)輪效率提高9%以上；
7.定子、轉(zhuǎn)子鋼材強(qiáng)度要求降低，能采用常規(guī)材料制造，8.節(jié)省多個軸承和傳動軸，9.輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍大。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明方案一的垂直橫向剖視結(jié)構(gòu)不意圖；
圖2為本發(fā)明方案一中前部垂直縱向剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明方案一中后部垂直縱向剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明方案三的水斗放大結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為本發(fā)明方案四的水斗放大結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6為本發(fā)明方案五的垂直縱向剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中:I為第一轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)、11為勵磁鐵芯、12為第一勵磁繞組、13為第二勵磁繞組、2為第二轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)、21為電樞鐵芯、22為第一電樞繞組、23為第二電樞繞組、3為第一轉(zhuǎn)輪機(jī)構(gòu)、31為第一水斗、32為第一輪盤、4為第二轉(zhuǎn)輪機(jī)構(gòu)、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O
【具體實施方式】
[0019]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述;顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0020]方案一:一種雙轉(zhuǎn)子高效反裝水斗式水輪發(fā)電機(jī)，包括第一轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)1、第二轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)2、第一轉(zhuǎn)輪機(jī)構(gòu)3、第二轉(zhuǎn)輪機(jī)構(gòu)4、固定主軸5、第一噴管6a和第二噴管6b;
第一轉(zhuǎn)輪機(jī)構(gòu)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(huán)槽型；
第二轉(zhuǎn)輪機(jī)構(gòu)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(huán)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(cè)與第二輪盤42的外徑側(cè)通過密封軸承7b連接，第一輪盤32與第二輪盤42的中部環(huán)槽形成密封空腔8;
第一轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)I與第二轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)2同軸內(nèi)、外層安裝在密封空腔8內(nèi)，第一轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)I固定在第一輪盤32圓槽內(nèi)的外徑側(cè)，第二轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)2固定在第二輪盤42圓槽內(nèi)的內(nèi)徑側(cè)；
第一噴管6a安裝在第一水斗31徑向外側(cè)，第二噴管6b安裝在第二水斗41徑向外側(cè)；第一轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)I包括勵磁鐵芯11、第一勵磁繞組12和第二勵磁繞組13，第一勵磁繞組12和第二勵磁繞組13同軸并列環(huán)形分布在勵磁鐵芯11內(nèi)圓周，勵磁鐵芯11外圓周固定第一輪盤32圓槽內(nèi)的外徑側(cè)；
第二轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)2包括電樞鐵芯21、第一電樞繞組22和第二電樞繞組23，第一電樞繞組22和第二電樞繞組23同軸并列環(huán)形分布在電樞鐵芯21外圓周，電樞鐵芯21內(nèi)圓周固定第二輪盤42圓槽內(nèi)的內(nèi)徑側(cè)。
[0021]作為上述實施方式的具體優(yōu)化，為了能減小第一轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)I中勵磁鐵芯11的磁感渦流產(chǎn)熱，以及減小第二轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)2中電樞鐵芯21的磁感渦流產(chǎn)熱，所述勵磁鐵芯11和電樞鐵芯21均由沖壓的娃鋼片置成。
[0022]作為上述實施方式的具體優(yōu)化，所述第一水斗31和第二水斗41的工作面均為雙勺形。
[0023]通過上述方案一實施方式，所述雙轉(zhuǎn)子高效反裝水斗式水輪發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定效率可達(dá)95%，相比常規(guī)的水斗式水輪發(fā)電機(jī)，效率提高9%左右。
[0024]方案二:與方案一不同之處在于:所述第一勵磁繞組12可通過永磁凸子替代;該種結(jié)構(gòu)可簡化勵磁供電，減少外接電導(dǎo)線。
[0025]方案三:所述水斗31的工作面為單勺形。
[0026]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。
[0027]方案五:與方案一不同之處在于:所述第一轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)I或第二轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)2的軸向側(cè)邊還設(shè)置有控制其轉(zhuǎn)動性的離合卡齒9;采用該結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)單邊轉(zhuǎn)動，也即可轉(zhuǎn)換成常規(guī)單轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)模式。
[0028]最后應(yīng)說明的是:以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種雙轉(zhuǎn)子高效反裝水斗式水輪發(fā)電機(jī)，包括第一轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)(I)、第二轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)(2)、第一轉(zhuǎn)輪機(jī)構(gòu)(3)、第二轉(zhuǎn)輪機(jī)構(gòu)(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(zhuǎn)輪機(jī)構(gòu)(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(huán)槽型，第二轉(zhuǎn)輪機(jī)構(gòu)(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(huán)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(cè)與第二輪盤(42)的外徑側(cè)通過密封軸承(7b)連接，第一輪盤(32)與第二輪盤(42)的中部環(huán)槽形成密封空腔(8)，第一轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)(I)與第二轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)(2)同軸內(nèi)、外層安裝在密封空腔(8)內(nèi)，第一轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)(I)固定在第一輪盤(32)圓槽內(nèi)的外徑側(cè)，第二轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)(2)固定在第二輪盤(42)圓槽內(nèi)的內(nèi)徑側(cè)，第一噴管(6a)安裝在第一水斗(31)徑向外側(cè)，第二噴管(6b)安裝在第二水斗(41)徑向外側(cè)，第一轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)(I)包括勵磁鐵芯(11)、第一勵磁繞組(12)和第二勵磁繞組(13)，第一勵磁繞組(12)和第二勵磁繞組(13)同軸并列環(huán)形分布在勵磁鐵芯(11)內(nèi)圓周，勵磁鐵芯(11)外圓周固定第一輪盤(32)圓槽內(nèi)的外徑側(cè)，第二轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)(2)包括電樞鐵芯(21)、第一電樞繞組(22)和第二電樞繞組(23)，第一電樞繞組(22)和第二電樞繞組(23)同軸并列環(huán)形分布在電樞鐵芯(21)外圓周，電樞鐵芯(21)內(nèi)圓周固定第二輪盤(42)圓槽內(nèi)的內(nèi)徑側(cè)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙轉(zhuǎn)子高效反裝水斗式水輪發(fā)電機(jī)，其特征在于:所述勵磁鐵芯(11)和電樞鐵芯(21)均由沖壓的硅鋼片疊成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙轉(zhuǎn)子高效反裝水斗式水輪發(fā)電機(jī)，其特征在于:所述第一勵磁繞組(12)可通過永磁凸子替代。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙轉(zhuǎn)子高效反裝水斗式水輪發(fā)電機(jī)，其特征在于:所述第一轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)(I)或第二轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)(2)的軸向側(cè)邊還設(shè)置有控制其轉(zhuǎn)動性的離合卡齒(9)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙轉(zhuǎn)子高效反裝水斗式水輪發(fā)電機(jī)，其特征在于:所述第一水斗(31)或第一水斗(31)的工作面為單勺形或雙勺形或多勺形。
【文檔編號】H02K16/00GK106026573SQ201610469082
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月25日
【發(fā)明人】郭遠(yuǎn)軍
【申請人】郭遠(yuǎn)軍