CN101922401A - 冲击式双转轮水轮机发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种冲击式双转轮水轮机发电装置，包括安装有左喷嘴(2)、左转轮(3)和左转轮轴(4)的左冲击式水轮机(1)、安装有右转轮轴(7)、右喷嘴(8)和右转轮(9)的右冲击式水轮机(10)以及发电机外转子(5)和发电机内转子(6)，其特征在于，所述左冲击式水轮机(1)的左转轮(3)通过左转轮轴(4)与发电机外转子连接，右冲击式水轮机(10)的右转轮(9)通过右转轮轴(7)与发电机内转子连接，左转轮(3)与右转轮(9)对称布置且旋转方向相反；发电机内转子置于发电机外转子的内部。本发明双转轮冲击式水力发电装置的发电机出力可以提高2倍，使用流量的范围、电站负荷变动调整能力以及其运行稳定性均得到提高。

Description

冲击式双转轮水轮机发电装置
技术领域
本发明属于水力发电设备机械技术领域，具体涉及冲击式双转轮水轮机发电装置。
背景技术
水力发电工程、水力机械学科是一个具有悠久历史的学科。能源电力生产、电力设备、流体机械制造等都是国民经济的支柱行业，对社会的可持续发展有着举足轻重的作用。近年来随着经济的高速发展，能源紧缺矛盾日益突出，超梯度提高水力转轮水力性能、节能等被重视。
传统冲击式水轮机一般应用于高落差小流量发电机组使用，冲击式水轮机具有喷嘴及转轮，单转轮水轮机工作过程：高水头水流由引水管进入，经由喷嘴射入至转轮水斗内，流体能量由转轮及轴变换成机械能传给发电机转子继而转换成电能，做功后的水流由转轮流出至大气压下游。
可以通过增多喷嘴的数量加大水轮机流量的适用范围，通过调节设置于喷嘴内喷针的行程来调节流量。当前世界上最多为6喷嘴布置，喷嘴6个以上结构布置困难、射流干涉现象严重。带有高压能量的水射入转轮水斗，转轮带动主轴转动将水能转化成机械能，进而带动发电机发电输出电能。水斗沿转轮盘圆周均分布置，水斗个数依比转速不同而不同，约有16至18个。因技术原因我国使用至4喷嘴，多见使用单喷嘴或2喷嘴，限制了水轮机使用流量的范围，或说限制了电站的负荷变动调整能力。
当前国家重视发展水力发电，需求会继续增大不可估量，大型水轮机组一台价值在一亿元以上。因为冲击式水轮机所需的土木工程规模远比轴流式水轮机、混流式水轮机要小得多，因而成为当代选型热点。由于冲式水轮机电站不需要大量下挖工程，造价优势明显，近年来市场要求非常旺盛。
发明内容
本发明的主要目的在于提高冲击式水轮机的使用流量范围，提供一种冲击式双转轮水轮机发电装置。本装置为使用内外二重转子发电机的水力发电设备。发电机的左右或上下配备冲击式水轮机，例如左方水轮机使得外侧的转子顺时针旋转，右方的水轮机使得内侧转子逆时针旋转。由此，发电机的相对转速将为水轮机转速的2倍，亦即水轮机比转速可以提高2倍，当然发电机出力也会有2倍的提高。本发明的双转轮冲击式水力发电机组不仅可提高使用流量的范围、电站负荷变动调整能力、还可以提高其运行稳定性。
本发明目的通过以下方案来实现：
冲击式双转轮水轮机发电装置，包括安装有左喷嘴2、左转轮3和左转轮轴4的左冲击式水轮机1、安装有右转轮轴7、右喷嘴8和右转轮9的右冲击式水轮机10以及发电机外转子5和发电机内转子6，其特征在于，所述左冲击式水轮机1的左转轮3通过左转轮轴4与发电机外转子连接，右冲击式水轮机10的右转轮9通过右转轮轴7与发电机内转子连接，左转轮3与右转轮9对称布置且旋转方向相反；发电机内转子置于发电机外转子的内部。
所述左转轮轴4与发电机外转子5连接是左转轮轴与发电机外转子所在轴通过联轴节连接，所述右转轮轴7与发电机内转子6连接是右转轮轴与发电机内转子所在轴通过联轴节连接。
所述发电机外转子5和发电机内转子6均采用轴承支撑。
所述左转轮轴4与右转轮轴7的轴线在同一直线。左转轮3与右转轮9对称布置在冲击式双转轮水轮机发电装置的两端，水轮机左转轮与右转轮转向相反，两力矩被平衡所以振动非常小，有利于提高装置运行的稳定性；转速相反的双转子发电机切割磁力线的相对速度增加一倍。
当水流由上游有压进水管通过喷嘴流过水轮机转轮水斗时，产生的推动对水轮机转轮亦或主轴中心产生力矩使叶轮旋转，进而带动所连接的发电子转子旋转，切割磁力线发出电流。
所述水推动左转轮3、右转轮9做功后的出流由开敞式尾水池排出至下游。
本发明相对于现有技术所具有的优点及有益效果如下：
(1)双转轮可大幅度提高冲击式水轮机的使用流量。双转轮的冲击式水轮机将设计流量由左转轮与右转轮来分担，因此流量为传统单转轮水轮机流量的2倍，由于流量的增高出力亦可增加至2倍。
(2)本发明为内外二重转子发电机的水力发电设备，配备左右冲击式水轮机。例如左水轮机使得发电机外转子顺时针旋转，右水轮机使得发电机内转子逆时针旋转。由此，发电机的相对转速将为水轮机转速的2倍，亦即水轮机比转速可以提高2倍，当然发电机出力也会有2倍的提高。如果从电站出力一定来考虑，由于发电机内外转子互转则相对转速增加了一倍，那么发电机直径可以减小一倍，因而极大的减少了设备材料的使用，大大减少制造成本。
(3)水轮机左转轮与右转轮转向相反，两力矩被平衡所以振动非常小；转速相反的双转子发电机切割磁力线的相对速度增加一倍。
(4)可以根据不同的用水坏境及用电需求，适当调整水轮机喷嘴投入数量以及水轮机的单元参数，以适应电站极高的负荷变动调整能力。与单转轮冲击式水轮机相比，超宽范围的调节流量性能，亦即超强的负荷变动调整能力是本发明的明显的特点。
本发明的冲击式双转轮水轮机发电组工作过程：以左冲击式水轮机1为例：有压流体由进水管通过左水轮机喷嘴2流入左转轮3做功，由左转轴4转换为机械能至发电机外转子5；左转轮3转换了能量后水流流出至尾水池，依次流出至下游。右方转轮做功过程相同。其特点是：左转轮通过左转轴连接发电机外转子，右转轮通过右转轴连接发电机内转子，发电机内外转子转向相反，切割磁力线发出电流。
附图说明
图1为本发明的冲击式双转轮水轮机发电装置图。
图1中，左冲击式水轮机1、左喷嘴2、左转轮3、左转轮轴4、发电机外转子5、发电机内转子6、右转轮轴7、右喷嘴8、右转轮9、右冲击式水轮机10。
具体实施方式
如图1所示本发明冲击式双转轮水轮机发电装置，冲击式双转轮水轮机发电装置，包括安装有左喷嘴2、左转轮3和左转轮轴4的左冲击式水轮机1、安装有右转轮轴7、右喷嘴8和右转轮9的右冲击式水轮机10以及发电机外转子5和发电机内转子6，其特征在于，所述左冲击式水轮机1的左转轮3通过左转轮轴4与发电机外转子连接，右冲击式水轮机10的右转轮9通过右转轮轴7与发电机内转子连接，左转轮3与右转轮9对称布置且旋转方向相反；发电机内转子置于发电机外转子的内部。
所述左转轮轴4与发电机外转子5连接，是左转轮轴与发电机外转子所在轴通过联轴节连接，所述右转轮轴7与发电机内转子6连接是右转轮轴与发电机内转子所在轴通过联轴节连接。发电机外转子5和发电机内转子6均采用轴承支撑。左转轮轴4与右转轮轴7的轴线在同一直线。左转轮3与右转轮9对称布置在冲击式双转轮水轮机发电装置的两端，水轮机左转轮与右转轮转向相反，两力矩被平衡所以振动非常小，有利于提高装置运行的稳定性；转速相反的双转子发电机切割磁力线的相对速度增加一倍。
本发明的冲击式双转轮水轮机发电装置实施方式，以左冲击式水轮机1为例：有压流体由进水管通过左水轮机喷嘴2流入左转轮3做功，由左转轴4转换为机械能至发电机外转子5；左转轮3转换了能量后，水流流出至尾水池，依次流出至下游。右方转轮做功过程相同。其特点是：左转轮通过左转轴连接发电机外转子，右转轮通过右转轴连接发电机内转子，发电机内外转子转向相反，切割磁力线发出电流。
左右转轮有自己独立的转轴，可使用双转子发电机。双转轮最大的好处是可以设置2倍于单转轮的喷嘴数，对于机组大型化事半功倍。两个转轮使水轮机使承担流量及调节能力大幅度提高，可以根据不同的用水环境及用电需求，适当调整水轮机喷嘴投入数量及水轮机单元参数的大小，以适应电站极高的负荷变动调整能力。与单转轮冲击式水轮机相比，超宽范围的调节流量性能，亦即超强的负荷变动调整能力是本发明的明显的特点。即使在超大流量使用时，由于两转轮反转动量矩平衡因而具有超强的稳定性；双转轮冲击式水轮机具有结构紧凑、运转适应范围广、环境友好等优点。
本发明冲击式双转轮水轮机发电装置，最大的利益是可以设置2倍于单转轮的喷嘴数，对于机组大型化事半功倍。两个转轮可使承担流量能力大幅度提高。
这种双转轮冲击式水轮机有如下的优点：比转速高、流量大、广范围运行时效率性能好、射流干涉小、运行平稳。在出力一定条件下，满足相同的电压和转速，发电机组的尺寸可以大大缩小至一半，因而可大幅度地减少设备使用材料1/2左右及降低造价。

Claims (4)

1.冲击式双转轮水轮机发电装置，包括安装有左喷嘴(2)、左转轮(3)和左转轮轴(4)的左冲击式水轮机(1)、安装有右转轮轴(7)、右喷嘴(8)和右转轮(9)的右冲击式水轮机(10)以及发电机外转子(5)和发电机内转子(6)，其特征在于，所述左冲击式水轮机(1)的左转轮(3)通过左转轮轴(4)与发电机外转子连接，右冲击式水轮机(10)的右转轮(9)通过右转轮轴(7)与发电机内转子连接，左转轮(3)与右转轮(9)对称布置且旋转方向相反；发电机内转子置于发电机外转子的内部。
2.根据权利要求1所述的冲击式双转轮水轮机发电装置，其特征在于，所述左转轮轴(4)与发电机外转子(5)连接，是左转轮轴与发电机外转子所在轴通过联轴节连接，所述右转轮轴(7)与发电机内转子(6)连接，是右转轮轴与发电机内转子所在轴通过联轴节连接。
3.根据权利要求1所述的冲击式双转轮水轮机发电装置，其特征在于，所述发电机外转子(5)和发电机内转子(6)均采用轴承支撑。
4.根据权利要求1所述的冲击式双转轮水轮机发电装置，其特征在于，所述左转轮轴(4)与右转轮轴(7)的轴线在同一直线上。
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