CN104564487B - 一种直流双击式垂直轴水轮机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流双击式垂直轴水轮机，包括机壳体、主轴、增速器和转轮；所述主轴设置在机壳体内，所述主轴下端与水下基础垂直连接，上端与增速器输入轴连接；所述转轮设置在所述主轴上；所述转轮包括多个叶片和至少两个转盘；所述多个叶片设置在转盘上且呈环形阵列分布，所述转盘设置在主轴上且所述转盘的径向与所述主轴垂直；所述叶片为弧形钢板，且该叶片的外侧边与所述主轴平行。本发明的直流双击式垂直轴水轮机，通过将多个弧形叶片整体设置在转盘上，提高了叶片承载能力和可靠性；将转盘设置在主轴上，增强转轮整体的动态稳定性，提高发电效率。

Description

一种直流双击式垂直轴水轮机

技术领域

本发明涉及一种水轮机，尤其涉及一种直流双击式垂直轴水轮机。

背景技术

我国存在丰富的水资源，内陆雅鲁藏布江峡谷、长江及珠江流域、海洋潮流、现有水电站下游的直接流动的水电资源均是可持续开发的资源。开发利用水资源，将水能转换成电能的水轮机成为了众多学者研究的主题。利用河水直接流动发电因不需要建设水库大坝而受到广泛关注。但是，通常直流垂直轴水轮机的叶片是直接设置在转轴上的，体积大、叶片易损，并且发电效率也不高。此外国内外常用的垂直轴水轮机如达里厄垂直轴水轮机和戈尔洛夫垂直轴水轮机等，不仅发电效率低，常无故障停机，安装和检修麻烦复杂，而且成本高，价格贵；除此之外，上述水轮机不能作速度调节，不能实现全负荷保持稳定和高效率发电，且适用范围有限，只能适用于大流量的深水域，对于水头、流量变化大的水流环境不能适用。

发明内容

本发明在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种发电效率高、适用范围广、结构简单、可靠性高且对环境影响小的直流双击式垂直轴水轮机。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种直流双击式垂直轴水轮机，包括机壳体、主轴、增速器和转轮；所述主轴设置在机壳体内，所述主轴下端与水下基础连接，上端与增速器输入轴连接；所述转轮设置在所述主轴上；所述转轮包括多个叶片和至少两个转盘；所述多个叶片设置在转盘上且呈环形阵列分布，所述转盘设置在主轴上且所述转盘的径向与所述主轴垂直；所述叶片为弧形钢板，且该叶片的外侧边与所述主轴平行。

本发明的直流双击式垂直轴，通过将多个弧形叶片整体设置在转盘上，提高了叶片承载能力和可靠性；将转盘设置在主轴上，增强转轮整体的动态稳定性，提高发电效率。

进一步地，还包括一调速器，所述调速器包括调速叶片、调速轴和防止调速叶片碰到转轮的两个限位挡块；所述调速叶片设置在机壳体的内侧面并位于转轮与机壳体之间，所述调速轴与所述调速叶片连接且外露于机壳体，并带动调速叶片向转轮方向转动；所述两个限位档位设置在机壳体上并分别位于转轮的上下端。

进一步地，所述进水通道与转轮之间设有减小了水能损失、提高水轮机效率的间隙。

进一步地，所述主轴上串联设置多个转轮并连接成整体，可以根据水流深度设置串联的转轮数目，使得本发明的水轮机可以适应任何深度的水流。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1是本发明直流双击式垂直轴水轮机实施例的俯视图；

图2是本发明直流双击式垂直轴水轮机实施例的主视图；

图3是图2所示多个转轮4串联在主轴2上的结构示意图。

具体实施方式

请参阅同时参阅图1和图2，图1是本发明直流双击式垂直轴水轮机实施例的俯视图；图2是本发明直流双击式垂直轴水轮机实施例的主视图。该直流双击式垂直轴水轮机，包括机壳体1、主轴2、增速器3、转轮4和调速器。所述机壳体1的两侧分别设有进水通道11和出水通道12，所述主轴2设置在机壳体1的中心并位于进水通道11和出水通道12之间，且进水通道11和出水通道12均与主轴2垂直，使水流方向与主轴垂直。所述主轴2下端通过下轴承6与水下基础7连接，上端通过上轴承8和联轴器(图中未示)与增速器3的输入轴连接，所述增速器3的输出轴与发电机连接并带动发电机发电。所述转轮4设置在所述主轴2上；所述调速器设置机壳体1的内侧面并位于所述转轮4与机壳体1之间。

所述转轮4包括多个叶片41和至少两个转盘42。所述多个叶片41设置在转盘42上且呈环形阵列分布，所述转盘42设置在主轴2上且所述转盘42的径向与所述主轴2垂直。所述叶片41为弧形钢板，该叶片41的外侧边与所述主轴2平行。流水从进水通道11内流入冲击叶片41，叶片41转动，带动主轴2转动，转盘42设置在主轴上，可增强转轮4整体的动态稳定性。当流水从转轮中心流向出水通道12时，第二次撞击叶片41，带动主轴2转动，增大转动能量，提高发电效率。根据流量和流速，可改变叶片41的面积，如对于流量小流速慢的流水环境，可采用面积小的叶片41，保证转轮4的转动效率；对于流量大流速快的流水环境，可采用面积大的叶片41，保证叶片41的强度，增大发电效率。

本实施例中，所述转盘42上设有叶片槽(图中未示)，所述叶片41插入叶片槽内，并通过钢板垫片与转盘42整体焊接，进一步提高叶片41的强度及可靠性。

所述调速器包括调速叶片51、调速轴(图中未示)和两个限位挡块52。所述调速叶片51设置在机壳体1的内侧面并位于转轮4与机壳体1之间，所述调速轴与所述调速叶片51连接且外露于该机壳体1，通过调节调速轴带动所述调速叶片51向转轮4的方向转动。所述两个限位挡块52设置在机壳体1上并分别位于转轮4的上下两端，所述调速叶片51的高度大于转轮4的高度，当调速叶片51接近转轮4时，上下端的限位挡块52将挡住调速叶片51的转动，防止调速器叶片51碰到转轮4。当水流速度慢，使得转轮4的速度慢，发电效率较低时，转动调速轴使调速叶片51往转轮4方向旋转，挡住流水冲击转轮4的部分通路，即减小通过转轮4的过水面积；在一定时间内，通过转轮4的水流流量不变，横截面积减小，则水流速度将变大，冲击转轮4时，便可提高转轮4的转速，进而确保在水流速度慢时，水轮机的发电效率仍然可以保持在一定的范围内。

为确保水能的动态稳定性，所述进水通道11截面呈矩形，且通道由外至内逐渐变窄，按照一定角度引导水流冲向转轮4。另外，本实施例中所述进水通道11和出水通道12的通道壁是由钢板制成的。

为减小水能损失，提高水轮机效率，所述进水通道11与转轮4之间设有间隙9。

请参阅图3，其是图2所示多个转轮4串联在主轴2上的结构示意图。为适应不同深度的河床，本发明根据水流深度确定串联的转轮数目，可在同一主轴1上串联设置多个转轮4，驱动发电机发电，进一步提高发电效率。

流水沿着垂直于主轴2的方向通过进水通道11进入转轮4的中心时，冲击叶片41，叶片41转动，并带动主轴2转动，实现第一次能量转换。当流水从转轮4的中心流向出水通道12时，将对叶片41进行再次冲击，第二次带动主轴2转动，实现第二次能量转换。当水流流量和速度变化时，为保证发电效率不至于发生较大的改变，可转动调速轴51，带动所述调速叶片51绕着调速轴转动，控制流水流过转轮4的横截面积，确保转轮4的转动速度保持在一定范围内，实现稳定的发电效率。

本发明的直流双击式垂直轴，通过将多个弧形叶片整体设置在转盘上，提高了叶片承载荷能力和可靠性；将转盘设置在主轴上，增强转轮整体的动态稳定性，提高发电效率。进一步地，通过调速器调节转轮速度，使得转轮速度保持在一定范围内，实现稳定的发电效率。本发明的直流双击式垂直轴可根据流量、流速定量设计30-100000KW范围的发电功率，可建造安装于江河的急流、峡口、海洋潮流、现有水电站下游处，能适应不同流量、不同落差水头等任何有价值可开发的水域。并且不需要建坝，结构简单，投资少成本低，对环境影响小，检修保护方便，使用寿命长，发电效率高(最大效率可达80％)，是水电工程中解决环境保护问题最具开发利用价值的装置。

本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。

Claims (3)

1.一种直流双击式垂直轴水轮机，包括机壳体、主轴、增速器和转轮；所述主轴设置在机壳体内，所述主轴下端与水下基础连接，上端与增速器输入轴连接；所述转轮设置在所述主轴上；其特征在于：所述机壳体的两侧分别设有进水通道和出水通道，所述主轴设置在机壳体的中心并位于进水通道和出水通道之间，且进水通道和出水通道均与主轴垂直，使水流方向与主轴垂直；所述进水通道截面呈矩形，且由外至内逐渐变窄；所述转轮包括多个叶片和至少两个转盘；所述多个叶片设置在转盘上且呈环形阵列分布，所述转盘设置在主轴上且所述转盘的径向与所述主轴垂直；所述叶片为弧形钢板，且该叶片的外侧边与所述主轴平行；

还包括一调速器，所述调速器包括调速叶片、调速轴和防止调速叶片碰到转轮的两个限位挡块；所述调速叶片设置在进水通道与出水通道之间的机壳体的内侧面，并位于转轮与机壳体之间，且在调速叶片向转轮方向靠近时，所述调速叶片与机壳体内壁形成一集水空间；所述调速轴与所述调速叶片连接且外露于机壳体，并带动调速叶片向转轮方向转动；所述两个限位档位设置在机壳体上并分别位于转轮的上下端。

2.根据权利要求1所述的直流双击式垂直轴水轮机，其特征在于：所述进水通道与转轮之间设有减小水能损失、提高水轮机效率的间隙。

3.根据权利要求1所述的直流双击式垂直轴水轮机，其特征在于：所述主轴上串联设置多个转轮并连接成整体。