CN107178455A - 一种箱式循环水、电水能转换多喷头冲击式水轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种箱式循环水、电水能转换多喷头冲击式水轮机，包括水箱、水泵、水管、高压喷头以及水轮机本体，水泵通过水管连接高压喷头，水轮机本体包括壳体和设于壳体中的水轮机轴、套设于水轮机轴的圆筒、水轮机轴承座以及多个绕水轮机轴的周向依次设于圆筒上的叶片，壳体的底部设有排水口，水轮机本体设于水箱中，水轮机排水口能够高于水箱内水的水平面，水轮机轴通过联轴器连接发电机转子。高压喷头设于叶片的上方且正对叶片设置，水泵设于水箱的外侧，且水泵的入口通过贯穿水箱的侧壁而连通于水箱。此种水轮机具有制造工艺简单、结构合理、造价低的优势，便于安装和维修，水泵自用电量占水轮机发出电量的比重小，使用较为灵活广泛。

Description

一种箱式循环水、电水能转换多喷头冲击式水轮机
技术领域
本发明涉及同步发电设备技术领域，特别涉及一种箱式循环水、电水能转换多喷头冲击式水轮机。
背景技术
随着人类人口增加，社会的发展，工业、农业、航天、航海、国防建设、交通运输以及人们日常生活都与电的应用密切相关。人类对生活质量要求越来越高，对电的需求量也越来越大。
一种典型的发电方式为水力发电(水轮机本体)，然而，目前的水电站受地理、地质、选址要求高，开发受到限制和制约，且建造水电站工期长，一般几年到十几年，例如三峡水电站，工期为17年，单位千瓦约7000-10000元，且投资大，前期收回成本慢，且远距离输电，工程费用高。目前，我国对特高电投入每年需3到5千亿，且建成后长距离的高压线路维护实属不易，火灾、冰灾、水灾都威胁供电线路安全。再者，水力发电受自然因素制约较大，枯水期有的水电站，不能正常运转，且地震、洪灾随时威胁水电站安全和人民生命财产安全。
因此，如何提供一种制造工艺简单、便于安装与维修的水轮机，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种箱式循环水、电水能转换多喷头冲击式水轮机，制造工艺简单、便于安装与维修。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种箱式循环水、电水能转换多喷头冲击式水轮机，包括水箱、水泵、水管、高压喷头以及水轮机本体，所述水泵通过所述水管连接所述高压喷头，所述水轮机本体包括壳体和设于所述壳体中的水轮机轴、套设于所述水轮机轴的圆筒、水轮机轴承座以及多个绕所述水轮机轴的周向依次设于所述圆筒上的叶片，所述壳体的底部设有排水口，所述水轮机本体设于所述水箱中，所述排水口能够高于所述水箱内水的水平面，所述水轮机轴通过联轴器连接发电机转子，所述高压喷头设于所述叶片的上方且正对所述叶片设置，所述水泵设于所述水箱的外侧，且所述水泵的入口通过贯穿所述水箱的侧壁而连通于所述水箱。
优选地，所述高压喷头为锥形体，且所述高压喷头的径向尺寸沿水的喷出方向渐缩。
优选地，每个所述高压喷头一一对应连接一个所述水泵。
优选地，所述高压喷头、所述水泵、所述水管的数量相同，且所述水泵的数量可以为6个、12个、24个、36个、48个、54个或57个。
优选地，所述水泵为1.5kw/380伏三相交流电扬程150米多级串离心式水泵。
优选地，所述叶片为H形斗叶。
优选地，所述发电机转子与所述水轮机轴之间设有飞轮。
优选地，所述壳体的上侧设有固定板，所述固定板上设有通孔，每个所述高压喷头对应设于一个所述固定孔中。
本发明提供的箱式循环水、电水能转换多喷头冲击式水轮机包括水箱、水泵、水管、高压喷头、水轮机本体，水泵通过水管连接高压喷头，水轮机本体包括壳体和设于壳体中的水轮机轴、套设于水轮机轴的圆筒、水轮机轴承座以及多个绕水轮机轴的周向依次设于圆筒上的叶片，壳体的底部设有排水口，水轮机本体设于水箱中，水轮机本体的排水口能够高于水箱内水的水平面。水轮机轴通过联轴器连接发电机转子，高压喷头设于叶片的上方且正对叶片设置，水泵设于水箱的外侧，且水泵的入口通过贯穿水箱的侧壁而连通于水箱。
水轮机本体设置在水箱的上方，水泵加电从水箱中抽水，抽至水轮机本体上方冲击水轮的叶片，推动水轮旋转做功后，水从排水口流回水箱中，再次由水泵抽出进行发电，从而使水在水箱内循环利用，绿色洁净、节能环保，且不受自然天气变化影响发电量，发电量稳定。壳体的设置可以防止高压喷头喷出的水在冲击叶片时飞溅。
此种箱式循环水、电水能转换多喷头冲击式水轮机通过循环水、水电能之间的转换进行发电，具有制造工艺简单、结构合理、造价低的优势，便于安装和维修，水泵自用电量占水轮机发出电量的比重小，水箱可以设置在陆地上，该水轮机可以在陆地上单独使用，也可以将池塘、水库、江河、湖泊、海水等引入水箱中，供本水轮发电机组动力水源，作功后将本机水轮排除的水，引入下级发电机组水箱内，梯阶式开发利用，效率十分好，使用较为灵活广泛。同时，此种水轮机作为原动机与三相交流同步发电机配套后可作为固定或移动的小型发电站，可以作为农村、城镇或工地的照明及动力的电源。具体地，此种水轮机本体与三相交流发电机配套2-3台机组组成小电网，多个小电网并网组成区域网近距离供电，便于普及推广，前景好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供箱式循环水、电水能转换多喷头冲击式水轮机的具体实施例的结构示意图。
图1中，1为水箱，2为水泵，3为水管，4为高压喷头，5为水轮机本体，6-飞轮，7-水轮机轴，8-水轮机轴承座。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的核心是提供一种箱式循环水、电水能转换多喷头冲击式水轮机，制造工艺简单、便于安装与维修。
请参考图1，图1为本发明所提供箱式循环水、电水能转换多喷头冲击式水轮机的具体实施例的结构示意图。
本发明所提供箱式循环水、电水能转换多喷头冲击式水轮机的一种具体实施例中，包括水箱1、水泵2、水管3、高压喷头4和水轮机本体5，水泵2通过水管3连接高压喷头4，水轮机本体5包括壳体和设置在壳体中的水轮机轴7、套设于水轮机轴7的圆筒、水轮机轴承座8以及多个绕水轮机轴7的周向依次设于圆筒上的叶片，壳体的底部设有排水口，水轮机本体设于水箱1中，排水口能够高于水箱1内水的水平面，在水箱1中装水时，具体可以使排水口高于水箱1内水的水平面10cm，水轮机轴7通过联轴器连接发电机转子，高压喷头4设置在叶片的上方且正对叶片设置，即高压喷头4喷出的水可以直接冲击叶片。水泵设置在水箱1的外侧，水泵的入口通过贯穿水箱1的侧壁而连通于水箱1。
水轮机本体设置在水箱1的上方，水泵加电从水箱1中抽水，抽至水轮机本体上方冲击水轮机本体的叶片，推动水轮旋转做功后，水从水轮机本体5底部排水口流回水箱1中，再次由水泵抽出进行发电，从而使水在水箱1内循环利用，绿色洁净、节能环保，且不受自然天气变化影响，发电量稳定，壳体的设置可以防止高压喷头喷出的水在冲击叶片时飞溅。
其中，水轮机在设计上充分利用了杠杆原理，可以根据高压喷头4与叶片的相对位置关系的设置，使高压喷头4设置在冲击叶片的理想位置上，使高压喷头4喷射出的水冲击在叶片上受力最大、作功最好的理想位置。同时，水轮旋转后的惯性作用力也是水轮作功的组成部分。
以一种具体的应用为例，一台200kw发电机，正常工作需要54台1.5kw/380v三相交流电多级串联离心式水泵2工作的支持保证发电机的正常运转。在设计上，本水轮机已增加了保险系数。如：一台额定功率为200kw的发电机，其功率因数为0.8。它的有效输出功率＝200×0.8＝160kw。本水轮机设计上取其功率因数为0.6设计中其有效输出功率＝200×0.6＝120kw，其保险数为160-120＝40kw。在水泵2使用消耗电能上，设计上采取了不减额定功率，而是减启动瞬时最大功率。即：水泵2正常工作状态时额定功率为1.5×54＝81kw。开机时，水泵2启动功率为81×1.15＝93.15kw。本例中水轮机发电机组可获纯电量为120-93.15＝26.85kw。所以说水泵2消耗电能小于发电机组发出的电能。
可见，此种水轮机通过循环水、水电能之间的转换进行发电，具有制造工艺简单、结构合理、造价低的优势，便于安装和维修，水泵2自用电量占水轮机发出电量的比重小，水箱可以设置在陆地上，该水轮机可以在陆地上单独使用，也可以将池塘、水库、江河、湖泊、海水等引入水箱1中，供本水轮发电机组动力水源，作功后将本机水轮排除的水，引入下级发电机组水箱内，梯阶式开发利用，效率十分好，使用较为灵活广泛。同时，此种水轮机作为原动机与三相交流同步发电机配套后可作为固定或移动的小型发电站，可以作为农村、城镇或工地的照明及动力的电源。具体地，此种水轮机本体5可以与三相交流发电机配套2-3台机组组成小电网，多个小电网并网组成区域网近距离供电，便于普及推广，前景好。
上述实施例中，高压喷头4可以设置为锥形体，且高压喷头4的径向尺寸沿水的喷出方向渐缩，即高压喷头4的进水口为大径端，而出水口为小径端。此种高压喷头4可以在水喷出时提供较大的压力和流速，便于充分利用水能。
一种具体的实施例中，高压喷头4呈圆台体，进水口的直径为2cm，出水口直径为0.7cm，高压喷头4的长度(即高压喷头4的进水口与出水口之间的垂直距离)为20cm。
上述各个实施例中，每个高压喷头4可以一一对应连接一个水泵2，即每个高压喷头4均对应设有一个水泵2进行抽水，有利于保证各个高压喷头4的工作效率。
上述各个实施例中，高压喷头4、水泵2、水管3的数量相同，且水泵2的数量可以为6个，可以保证发电动力，也可以为12个、24个、36个、48个、54个或57个，具体可以根据需要灵活选择。
具体地，水泵2可以为1.5kw/380伏三相交流电扬程150米多级串离心式水泵。每公斤压力提供十米高的扬程一台150米扬程三相交流电多击串联离心式水泵压力为150/10＝15公斤，以保证水泵2的抽水效率。
上述各个实施例中，叶片可以为H形斗叶，从而可以增加水轮机本体5的刚性和运行平稳性。
上述各个实施例中，发动机转子与水轮机轴7之间可以设有飞轮6，飞轮6可以在增大水轮机旋转的惯性，有利于提高工作效率。
壳体的底部设有连通水箱1的开口，水冲击叶片后，由壳体的底部开口回流至水箱1中。壳体的设置可以防止高压喷头4中的水冲击叶片时飞溅。
上述各个实施例中，壳体的上侧可以设有固定板，固定板上设有通孔，每个高压喷头4对应设于一个固定孔中，从而可以便于高压喷头4的位置调节以及保证高压喷头4的稳定性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
以上对本发明所提供的箱式循环水、电水能转换多喷头冲击式水轮机进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种箱式循环水、电水能转换多喷头冲击式水轮机，其特征在于，包括水箱(1)、水泵(2)、水管(3)、高压喷头(4)以及水轮机本体(5)，所述水泵(2)通过所述水管(3)连接所述高压喷头(4)，所述水轮机本体(5)包括壳体和设于所述壳体中的水轮机轴(7)、套设于所述水轮机轴(7)的圆筒、水轮机轴承座(8)以及多个绕所述水轮机轴(7)的周向依次设于所述圆筒上的叶片，所述壳体的底部设有排水口，所述水轮机本体(5)设于所述水箱(1)中，所述排水口能够高于所述水箱(1)内水的水平面，所述水轮机轴(7)通过联轴器连接发电机转子，所述高压喷头(4)设于所述叶片的上方且正对所述叶片设置，所述水泵(2)设于所述水箱(1)的外侧，且所述水泵(2)的入口通过贯穿所述水箱(1)的侧壁而连通于所述水箱(1)。
2.根据权利要求1所述的箱式循环水、电水能转换多喷头冲击式水轮机，其特征在于，所述高压喷头(4)为锥形体，且所述高压喷头(4)的径向尺寸沿水的喷出方向渐缩。
3.根据权利要求1所述的箱式循环水、电水能转换多喷头冲击式水轮机，其特征在于，每个所述高压喷头(4)一一对应连接一个所述水泵(2)。
4.根据权利要求1所述的箱式循环水、电水能转换多喷头冲击式水轮机，其特征在于，所述高压喷头(4)、所述水泵(2)、所述水管(3)的数量相同，且所述水泵(2)的数量可以为6个、12个、24个、36个、48个、54个或57个。
5.根据权利要求4所述的箱式循环水、电水能转换多喷头冲击式水轮机，其特征在于，所述水泵(2)为1.5kw/380伏三相交流电扬程150米多级串离心式水泵。
6.根据权利要求1所述的箱式循环水、电水能转换多喷头冲击式水轮机，其特征在于，所述叶片为H形斗叶。
7.根据权利要求1所述的箱式循环水、电水能转换多喷头冲击式水轮机，其特征在于，所述发电机转子与所述水轮机轴(7)之间设有飞轮(6)。
8.根据权利要求1所述的箱式循环水、电水能转换多喷头冲击式水轮机，其特征在于，所述壳体的上侧设有固定板，所述固定板上设有通孔，每个所述高压喷头(4)对应设于一个所述固定孔中。
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