CN102684391A - 一种涡管电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涡管电机，该涡管电机包括涡管转子、定子、推力轴承、端盖和机壳，涡管转子包括管和结构于管内呈螺旋状的涡状板，及铸造于管外围的管状磁性材料，推力轴承套装在涡管两端，定子为环绕在转子的外围，与转子有一定的间隙，固定套装在机壳内侧的圆筒形磁性线槽及镶嵌于线槽内的线包，端盖封闭在所述涡管转子及机壳的两端，机壳套装在定子外围。本发明中涡管电机采用机电一体设计，结构简单，无需传动装置，电机直接与液体或气体的管道串联工作，节省传动系统的成本投入，节省现场安装空间，节省机械传动产生的能量消耗，另外与涡轮电机串联使涡轮电机利用涡管电机排出的水二次发电，涡管电机还可安装在舰船底部驱动舰船行驶或转向。

Description

一种涡管电机

技术领域

本发明涉及机电设备技术领域，尤其涉及一种涡管电机。

背景技术

电能是现代社会最主要的能源之一。发电机是将其它形式的能源转换成电能的机械设备，它由水轮机、汽轮机、柴油机或其它动力机械驱动，将水流，气流，燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能。发电机在工农业生产，国防，科技及日常生活中有广泛的用途。

而在现有技术中应用最广泛要属水力或蒸汽驱动的涡轮传动发电机，即对于涡轮传动的发电机其需要与其他的机械设备向相配套，由其他的机械设备提供水力或者蒸汽驱动能量，从而带动涡轮传动达到发电的目的。而对于发电现场而言，由于涡轮传动发电机需要与其他的机械设备相配合，因此其需要较大的放置空间，导致发电站的占地面积较大，浪费的较大的空间。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种涡管电机，用以解决现有技术涡轮驱动的发电机与其他机械设备配合发电时，占用空间大浪费占地面积的问题。

本发明提供一种涡管电机，所述电机包括：涡管转子、定子、推力轴承、端盖和机壳；

所述涡管转子包括管和结构于管内沿管长度方向呈螺旋状的涡状板，及结构于管外围的磁性材料，其中该涡状板的宽度与管的半径相等，涡状板在管内构成两个相互缠绕的θ型半圆空间，管的外围中间部位铸造管状磁性材料；

所述推力轴承套装在所述管的两端；

所述定子为环绕在所述管状磁性材料的外围，与所述磁性材料之间存在一定的间隙，固定套装在机壳内侧的圆筒形线包，该线包与电网连接输入或输出电压、电流；

所述端盖封闭在所述涡管转子及所述机壳的两端，所述机壳套装在定子外围。

较佳地，所述涡管电机还包括：密封环；

所述密封环套装在所述推力轴承的外侧的涡管两端。

较佳地，所述管状磁性材料铸造在所述涡管外围的中间部位。

较佳地，所述端盖包括第一连接部、第二连接部和旋转联接；

其中所述第一连接部通过法兰螺栓连接在所述涡管电机两端的管道；

所述第二连接部通过法兰螺栓连接在所述机壳的两端；

所述旋转联接是和通过推力轴承与涡管转子组成旋转联接。

较佳地，所述端盖内部设置有水流通道；且

所述机壳包括两层中间为中空夹层，该中空夹层与所述端盖内部的水流通道连通形成灯笼状的C型回水降温系统。

本发明提供了一种涡管电机，该涡管电机包括涡管转子、定子、推力轴承、端盖和机壳，其中涡管转子包括管和结构于管内呈螺旋状的涡状板，及连接于管外围的磁性材料，其中该涡状板的宽度与管的半径相等，涡状板在管内构成两个相互缠绕的θ型半圆空间，管的外围中间部位铸造管状磁性材料，推力轴承套装在所述管的两端，定子为环绕在磁性材料的外围，与其有一定的间隙，固定套装在机壳内侧的圆筒形线包，所述端盖封闭在所述涡管转子及所述机壳的两端，所述机壳套装在定子外围。由于在本发明中涡管电机采用机电一体设计，结构简单，无需传动装置，涡管直接与液体或气体的管道串联工作，从而可以节省传动系统的成本投入，并节省现场安装空间，另外也可以节省机械传动产生的能量消耗。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明提供的等直径等涡距涡管电机的剖面图；

图2为本发明提供的上述图1中A-A方向的剖视图；

图3为本发明提供的上述图1中B-B向的剖视图；

图4为本发明提供的上述图1中C-C向的剖视图；

图5为本发明提供的变直径变涡距涡管电机的剖面图；

图6为本发明提供的图5所示A-A方向的剖视图；

图7为本发明提供的图5所示B-B向的剖视图；

图8为本发明提供的图5所示C-C向的剖视图；

图9为本发明提供的图5所示D-D向的剖视图。

具体实施方式

本发明实施例为了有效的减小电机的占地面积，满足电机部署在小空间的需求，提供了一种涡管电机。

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为本发明提供的等直径等涡距涡管电机的轴线方向的剖视图，该涡管电机包括：端盖1、涡管转子2、密封环3、推力轴承4、定子5和机壳6。

其中，涡管转子2包括管21、结构于管内作为转子的涡状板22（图1管内所示斜线）和磁性材料23，其中该涡状板22沿管21的长度方向呈螺旋状，该涡状板22与该管21的长度相等，且涡状板22的宽度与管21的半径相等；磁性材料23铸造于管21外围的中间部位。

推力轴承4套装在端盖内侧和涡管21的两端密封环的内侧，使转子构成可自由转动的空心构件。

定子5为环绕在转子磁性材料23外围，与磁性材料23之间存在一定的间隙，固定套装在机壳5内侧的圆筒形线包，该线包与电网连接输入或输出电压、电流。

所述端盖1封闭在涡管转子2及机壳6的两端。机壳6套装在定子5的外侧。

密封环3安装于推力轴承4的外侧，防止电机内进水。

在本发明中该涡管电机的机壳6可以采用双层结构设计，其中间夹层为水流通道，该水流通道与端盖水流通道贯通。当电机工作时输出端的水压和水流方向使输出端的水通过输出端盖孔洞压入端盖通道，再经过机壳中空夹层通道反向流入输入端端盖反馈于输入端管内，如此循环把电机工作产生的热量通过水的输出降下来。

涡管电机为机电一体，流入涡管内的高压、高速水流从电机中心的涡管内通过，推动转子高速转动，通过电机定子线包使机械能转换为可用的电能，同样的，涡管电机连接液体管道和接通电源可以直接替代液泵工作而无需传动。

本发明中提供的涡管电机采用机电一体设计，结构简单，无需传动装置，涡管直接与液体或气体的管道串联工作，从而可以节省传动系统的成本投入，并节省现场安装空间，另外也可以节省机械传动产生的能量消耗。另外，由于本发明的涡管电机采用了机电一体设计，因此其在现场占用空间小，便于安装，维修、拆换，可直接安装在水库大坝内，通过阀门与进出水管道串联，水流驱动涡管转子转动发电，排出的水通过落差可驱动大坝下边安装的涡轮电机二次发电，极大的提高了水电站的发电效率。

涡管电机在运转时产生的热量可以通过涡管内部的水流和机壳循环水通道带出机体瓦面实现电机降温。

在图1中转子磁性材料为中间部分竖线标示的部分，横线标示的为电机定子，即线包部分。

图2为本发明提供的上述图1中A-A方向的剖视图，在本发明中端盖1包括端盖小法兰和端盖大法兰，其中该端盖小法兰即该端盖的第一连接部，该第一连接部与外接水（气）管道连接。在该A-A向的剖视图中端盖小法兰通过螺栓孔11连接在外接水（气）管道法兰上。

图3为本发明提供的上述图1中B-B方向的剖视图，在该B-B向的剖视图中可以看出涡状板22结构于管21的内部，推力轴承4连接在管21的外侧。在本发明中涡状板22沿轴线的任何界面都是两个面积相等的“θ”状半圆形空腔，并且两个空腔隔着涡状板，象拧绳一样互相缠绕于管内部的整个空间。端盖1的端盖大法兰为该端盖的第二连接部，该第二连接部通过其上设置的螺栓孔12与机壳6连接。

图4为本发明提供的上述图1中C-C方向的剖视图，在该图4中，涡状板22结构于管21内，磁性材料23（图4中竖线所示）铸造在管21外围，定子5（图4中横线所示）环绕在磁性材料23的外围，并与磁性材料23具有一定的间隙，固定套装在机壳6内侧。

为了详细的说明书上述涡管电机的结构，现结合图5所示的变直径变涡距涡管电机的剖面图，本发明的涡管电机进行详细说明。

在该图5中可见该涡管电机包括端盖1、涡管转子2、密封环3、推力轴承、定子5和机壳6。

其中涡管转子2包括管21、涡状板22和磁性材料23，该涡状板22位于管21内，沿管21的长度方向呈螺旋状，该涡状板22的长度与管21的长度相同，且涡状板22的宽度与管21对应处的半径相等，管状磁性材料23通过焊接或铸造的方式结构在管21外围。在本实施例中该涡管电机为变直径变涡距电机，可从图5中看出涡管转子沿长度方向各个部分的直径不同，涡状板沿长度方向各个部分的涡距也不同，但涡状板的宽度与管对应处的半径相等，并且相应的机壳沿长度方向各个部分的直径也不同。

推力轴承4套装在管21的两端，承受高压水流的冲击力，并使转子构成可自由转动的空心构件。推力轴承4的外侧安装有密封环3，从而可以防止电机内进水。

在该磁性材料23的外侧环包着定子5，该定子5为圆筒形线包，与磁性材料23之间具有一定的间隙，该线包与电网连接输入或输出电压、电流。

机壳6套装在定子5的外侧，端盖1封闭在涡管转子2及机壳6的两端。

该端盖1包括两个连接部，并且在端盖1设置容纳推力轴承4的空间，该端盖1安装在涡管转子2和机壳6的两端，第一连接部通过螺栓固定联接于外接水（气）管道上，第二连接部通过螺栓连接在机壳6的两端。端盖1还包括旋转联接结构，端盖通过推力轴承与涡管转子组成旋转联接。

在本发明中为了将涡管电机工作产生的热量带走，提高涡管电机的工作效率，该端盖1中设置有水流通道12，并且该机壳6为两层设计，在两层中间形成中空夹层61，该中空夹层61与该端盖1内部的通道12连通形成C形通道，环绕于电机外围的若干条C形通道就像灯笼似的形成回水降温系统。

由于两端盖与机壳组装后形成的C形通道的特性，和管内的水流方向决定，输出端的水通过输出端间隙压入端盖水流通道，再经过机壳中空夹层通道反向流入输入端端盖反馈于输入端管道内，如此循环把电机工作产生的热量通过水的输出降下来。

图6为本发明提供的图5所示A-A方向的剖视图，在本发明中端盖1包括端盖小法兰和端盖大法兰，其中该端盖小法兰即该端盖的第一连接部，该第一连接部与外接水（气）管道连接。在该图6中示出了端盖小法兰，即端盖的第一连接部与管之间的连接关系，端盖1的第一连接部通过螺栓孔11连接在外接水（气）管道的法兰上。

图7为本发明提供的图5所示B-B方向的剖视图，在该B-B向的剖视图中可以看出涡状板22结构于管21的内部，推力轴承4连接在管21的外侧。在本发明中涡状板22沿轴线的任何界面都是两个面积相等的“θ”状半圆形空腔，并且两个空腔隔着涡状板，象拧绳一样互相缠绕于管内部的整个空间。在该图7中示出了端盖大法兰，即端盖的第二连接部与机壳6之间的连接关系，端盖1的第二连接部通过其上设置的螺栓孔12与机壳6连接。

图8为本发明提供的图5所示C-C方向的剖视图，涡状板22结构于管21内，磁性材料23（图8中竖线所示）焊接或铸造在管21外围，定子5（图8中横线所示）环绕在所述磁性材料23的外围，并与磁性材料具有一定得间隙，定子5固定套装在机壳内侧。机壳6采用双层设计，双层内形成中空夹层61与端盖通道连接形成C形回水通道和灯笼状降温系统。

图9为本发明提供的图5所示D-D方向的剖视图，涡管转子2中涡状板22位于管21内部，推力轴承4设置在端盖1与涡管转子2的外侧构成的空间内，在该推力轴承4的外侧设置有密封环3。该密封环3为橡胶或其他弹性材料。

在本发明中该涡管电机还包括变直径等涡距涡管电机、等直径变涡距涡管电机，其结构域上述图1和图5所示结构类似，相信本领域技术人员可以根据上述涡管电机的描述，确定变直径等涡距涡管电机、等直径变涡距涡管电机的结构。

由于涡管电机包括上述多种类型，根据水力资源状况可选择不同类型的电机功率即涡管的直径大小和涡状板在管内的涡距和涡管长度及变径变距和推力轴承参数以求取理想的功效。

在本发明中当将涡管电机用于水力发电时，可以将大坝的闸门改换成硐室，将涡管电机通过阀门和供排水管道安装于硐室内，打开阀门水库，上游高压水通过涡管推动电机高速运转，使机械能转换呈电能，达到发电的目的之一，排除的水通过一定落差还可以驱动大坝下的涡轮机组二次发电，从而达到在较少的投资状况下，发电能力的大幅度提高，这同样是涡管电机应用的特点。

而目前所有的大型舰船，潜水艇都是发动机通过传动系统传动舰船体外的螺旋桨，搅动船尾的水驱动舰船运行的，在舰船运行中，我们可以看到船尾拖带很长的白色浪带，原因之一就是螺旋桨转动过程中搅入水中的空气而导致的，正是这些空气导致了螺旋桨的功率损失。将涡管电机安装于舰船的底部，从船底吸入水流再经过加速从船尾排出高压水柱，产生对船舰的推动力，这样的水流不带空气，功率损失就小得多。资料显示国外的大型航空母舰的主机功率达到五万至七万千瓦，如果涡管电机功率每台能达到5000-10000千瓦，在船底并列安装5~10台同类型涡管电机组合体，且各有发电机匹配带动，部分电机启动，可以使舰船慢速或加速及转向行驶，全部电机启动舰船的航行动力就可得到全速行驶要求。如此可以减少机械空载消耗，同样可较好利用底舱空间，减去机械传动系统为舰船底舱节省空间和成本投入，这同样是涡管电机应用的另一个特点。

本发明提供了一种涡管电机，该涡管电机包括涡管转子、定子、推力轴承、端盖和机壳，其中涡管转子包括管和结构于管内呈螺旋状的涡状板，及结构于管外围的磁性材料，其中该涡状板的宽度与管的半径相等，涡状板在管内构成两个相互缠绕的θ型半圆空间，管的外围中间部位铸造管状磁性材料，推力轴承套装在所述管的两端，定子为环绕在磁性材料的外围，与其有一定的间隙，固定套装在机壳内侧的圆筒形线包，所述端盖封闭在所述涡管转子及所述机壳的两端，所述机壳套装在定子外围。由于在本发明中涡管电机采用机电一体设计，结构简单，无需传动装置，涡管直接与液体或气体的管道串联工作，从而可以节省传动系统的成本投入，并节省现场安装空间，另外也可以节省机械传动产生的能量消耗。

上述说明示出并描述了本发明的一个优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述构思或相关领域的技术或知识进行改进。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种涡管电机，其特征在于，所述电机包括：涡管转子、定子、推力轴承、端盖和机壳；

所述涡管转子包括管和结构于管内沿管长度方向呈螺旋状的涡状板，及结构于管外围的磁性材料，其中该涡状板的宽度与管的半径相等，涡状板在管内构成两个相互缠绕的θ型半圆空间，管的外围中间部位铸造管状磁性材料；

所述推力轴承套装在所述管的两端；

所述定子为环绕在所述管状磁性材料的外围，与所述磁性材料之间存在一定的间隙，固定套装在机壳内侧的圆筒形线包，该线包与电网连接输入或输出电压、电流；

所述端盖封闭在所述涡管转子及所述机壳的两端，所述机壳套装在定子外围。

2.如权利要求1所述的涡管电机，其特征在于，所述涡管电机还包括：密封环；

所述密封环套装在所述推力轴承的外侧的涡管两端。

3.如权利要求1所述的涡管电机，其特征在于，所述管状磁性材料铸造在所述涡管外围的中间部位。

4.如权利要求1所述的涡管电机，其特征在于，所述端盖包括第一连接部、第二连接部和旋转联接；

其中所述第一连接部通过法兰螺栓连接在所述涡管电机两端的管道；

所述第二连接部通过法兰螺栓连接在所述机壳的两端；

所述旋转联接是和通过推力轴承与涡管转子组成旋转联接。

5.如权利要求1或4所述的涡管电机，其特征在于，所述端盖内部设置有水流通道；且

所述机壳包括两层中间为中空夹层，该中空夹层与所述端盖内部的水流通道连通形成灯笼状的C型回水降温系统。

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