CN108005834A - 一种水流式向心涡轮 - Google Patents

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罗建群
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徐秋红
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Abstract

本发明涉及水流发电技术领域，公开了一种用于管道式发电机的水流式向心涡轮。所述水流式向心涡轮包括涡壳，所述蜗壳内设有向心涡轮，所述向心涡轮外设有导流的导流叶片，所述向心涡轮包括内环和外环，所述外环上固定有旋转的大叶片，任意相邻的大叶片之间还设有固定在外环上的旋转的小叶片，所述内环套在外环上形成向心涡轮的进水口和出水口，所述大叶片的两端分别延伸至进水口和出水口，所述小叶片的一端延伸至进水口，另一端在轴向方向低于出水口的位置，所述外环上还设有安装转子的螺纹管。

Description

一种水流式向心涡轮
技术领域
本发明涉及水流发电技术领域，更具体地，涉及一种用于管道式发电机的水流式向心涡轮。
背景技术
随着全球工业化的发展，能源问题逐渐凸显，一方面是能源的来源不能满足日益扩大的高耗能产业需求，重要的能源物资逐渐变得紧缺，日趋消耗殆尽，另一方面能源的消耗和开采对环境的影响也累积加深，导致气候变化，影响工业和产业的发展以及人类的生活质量。在这样的背景下，社会需要开发新型的能源形式，这种能源形式应当满足取之不尽，用之不竭，并且对环境没有过度有害影响，例如利用空气冷热对流产生的风能，利用潮汐和水流产生的能量，利用太阳辐射产生的能量等形式。
管道式发电机是将管道余压转化为电能的装置，主要由两个部分组成：向心式水轮机及发电机，现有水轮机行业常用的混流式和斜流式，中国专利CN203161423U 公开了一种水渠道水力发电装置，这种水力发电装置包括叶轮和支架，叶轮上设有轮叶，叶轮输出轴一端固定连接第一齿轮，第一齿轮与第二齿轮啮合传动，第二齿轮带动发电机转子旋转发电，其中轮叶的形状与水渠道形状匹配，从而增大了水对轮叶的冲击力，提高了水流能量的利用率。中国专利CN203822528U公开了一种水力发电装置，这种水力发电装置包括水力转动轮、变速装置和发电机等部件，由设在转动轮上方的供水槽提供水流，利用水流的落差冲击转动轮带动电机发电。文件中还特别指出，可以包括多套上述水力发电装置，这些水力发电装置布置在同一垂直的水流落差方向上，从而实现了多级发电的方式，提高了水流能量的使用率。
综上所述，现有技术中的水力发电设备都是采用水流冲击裸露在外的大型水轮实现能量转换的，但是无法控制水流冲击方向，能量转化率较低，而且设备尺寸大，使用不方便。
发明内容
本发明解决的技术问题针对现有技术的不足，采用航空发动机里向心涡轮的设计方法，提一种用于管道式发电机的水流式向心涡轮。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
提供一种水流式向心涡轮，包括涡壳，所述蜗壳内设有向心涡轮，所述向心涡轮外设有导流的导流叶片，所述向心涡轮包括内环和外环，所述外环上固定有旋转的大叶片，任意相邻的大叶片之间还设有固定在外环上的旋转的小叶片，所述内环套在外环上形成向心涡轮的进水口和出水口，所述大叶片的两端分别延伸至进水口和出水口，所述小叶片的一端延伸至进水口，另一端在轴向方向低于出水口的位置，所述外环上还设有安装转子的螺纹管。
本发明的工作原理如下：高压水流进入蜗壳内，在静止的导流叶片的引导下，冲击向心涡轮，从而使向心涡轮转动并输出功率，同时水压降低，最后水流从向心涡轮出水口流出，解决了现有技术中管道发电无法控制水流冲击方向，能量转化率较低，而且设备尺寸大，使用不方便的问题。
进一步地，所述蜗壳内的流道管径按水流进入方向从大到小，始终能保持水流的高压和流速。
进一步地，所述外环的外壁上还设有迷宫式篦齿，用于减小水流从高压端向低压端泄露。
进一步地，所述内环的外壁上还设有螺纹用于旋转，从而无需额外的安装固定机构。
进一步地，所述导流叶片在径向方向上的厚度大于进水口的口径，保证导流效果。
进一步地，所述导流叶片固定在蜗壳内，用于抵消高压水流冲向大、小叶片时反向的冲击力。
进一步地，所述小叶片的长度为大叶片长度的三分之一至三分之二。
进一步地，所述大叶片沿径向和轴线呈空间螺旋形弯曲。
进一步地，所述小叶片沿径向和轴线呈空间螺旋形弯曲。
进一步地，所述导流叶片环绕向心涡轮360°均匀分布，所述导流叶片边缘弯曲卷起，从而形成类似于喇叭形状，其目的是为了聚集水流而设置的。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
本发明创造性地将航空发动机里向心涡轮的设计方法引入到水流发电中，与水轮机行业常用的混流式和斜流式不同，极大地提高了发电效率，可达86%以上，广泛应用于各种管道式发电机中，尤其适用于高压水流环境下（200～300m/S），通过导流叶片能控制高压水流的方向，不断冲击向心涡轮，由于向心涡轮采用了大小叶片的流动结构，配合导流叶片极大提高了水流势能的转化率。
本发明在外环的外壁上还设有迷宫式篦齿，用于减小水流从高压端向低压端泄露齿；蜗壳内的流道管径按水流进入方向从大到小，始终能保持水流的高压和流速；内环的外壁上还设有螺纹用于旋转，从而无需额外的安装固定机构，使用安装方便。
附图说明
图1 水流式向心涡轮示意图。
图2 水流式向心涡轮剖视图。
图3 向心涡轮结构示意图。
图4 向心涡轮剖视图。
图5 水流式向心涡轮结构示意图。
图6 管道式发电机剖视图。
图7 管道式发电机示意图。
图8 向心式水轮机结构示意图。
其中，1-蜗壳，2-导流叶片，3-向心涡轮，4-向心涡轮进水口，5-向心涡轮出水口，6-上机匣，7-下机匣，8-发电机，9-向心式水轮机，11-蜗壳进水口，12-蜗壳流道，31-外环，32-内环，33-大叶片，34-小叶片，35-螺纹管，36-螺纹，37-迷宫式篦齿，91-涡轮轴，92-轴承，93-轴承，94-定距套，95-弹性卡箍，96-螺母，97-螺母。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
实施例1
如图1～5所示，本实施例提供一种水流式向心涡轮，包括涡壳1，所述蜗壳1内设有向心涡轮3，向心涡轮3外设有导流的导流叶片2，向心涡轮3包括内环32和外环31，外环31上固定有旋转的大叶片33，任意相邻的大叶片33之间还设有固定在外环31上的旋转的小叶片34，内环32套在外环31上形成向心涡轮3的向心涡轮进水口4和向心涡轮出水口5，大叶片33的两端分别延伸至心涡轮进水口4和向心涡轮出水口5，小叶片34的一端延伸至向心涡轮进水口4，另一端在轴向方向低于向心涡轮出水口5的位置，外环31上还设有安装转子的螺纹管35，内环的外壁上还设有螺纹36用于旋转，蜗壳1内的流道管径按水流进入方向从大到小，外环31的外壁上还设有迷宫式篦齿37，用于减小水流从高压端向低压端泄露，导流叶片2在径向方向上的厚度大于进水口的口径。
本实施例的工作原理如下：高压水流从蜗壳进水口11进入蜗壳内，在静止的导流叶片2的引导下，冲击向心涡轮3，从而使向心涡轮3转动并输出功率，同时水压降低，最后水流从向心涡轮出水口5流出。
本实施例蜗壳1内的流道管径按水流进入方向从大到小设置，始终能保持水流的高压和流速。
如图2所示，导流叶片2环绕向心涡轮3呈360°均匀分布，导流叶片2边缘弯曲卷起，从而形成类似于喇叭形状，其目的是为了聚集水流而设置的。
如图5所示，小叶片的长度为大叶片长度的三分之一至三分之二，大叶片和小叶片沿径向和轴线呈空间螺旋形弯曲。
本实施例中导流叶片按360°均匀分布，形成了促使高压水流螺旋旋转的通道，从而使得高压水流形成有规则的向心聚集流动，不断冲击向心涡轮，推动向心涡轮转动，从而带动外环上的转子转动，转子连接发电机进行发电。
本实施例高压水流在冲击外环31的同时带动外环31旋转，因此外环31与静止的导流叶片之间存在一定缝隙，为了防止高压水流从缝隙中向低压端泄露，在外环31的外壁上设有迷宫式篦齿37，通过篦齿密封。
本实施例水流式向心涡轮可广泛应用于各种管道式发电机中，尤其是高压水流中（200～300m/S），与水轮机行业常用的混流式和斜流式不同，通过导流叶片能控制高压水流的方向，不断冲击向心涡轮，而向心涡轮则采用了大小叶片的流动结构，配合导流叶片极大提高了水流势能的转化率。
本实施例中导流叶片固定在蜗壳上，相比现有水轮机中的导流叶片为可调整或可活动的，固定式连接可以抵消高压水流冲向大、小叶片时反向的冲击力，由于是固定在蜗壳上，通过蜗壳即可抵消这一部分的冲击了，不会影响向心涡轮的转动。
实施例2
本实施例提供一种采用实施例1水流式向心涡轮的管道式发电机，如图6～7所示，包括向心式水轮机3和发电机8，发电机8与向心式水轮机3连接，向心式水轮机3包括上机匣6、下机匣7和涡轮组件，下机匣7分别设有进水口和出水口，涡轮组件贯穿上机匣6和下机匣7，水流从下机匣7进水口进入，穿过涡轮组件，从下机匣7的出水口流出，出水口为S型流道，并且沿着出水的方向逐渐升高；
如图8所示，本实施例涡轮组件包括向心涡轮3和涡轮轴91，向心涡轮3设在下机匣7内，涡轮轴91连接向心涡轮3和发电机8，涡轮轴91通过轴承92和轴承93固定在上机匣6内，轴承92和轴承93固之间的涡轮轴91上还套有定距套94，轴承92上还设有弹性卡箍95用于防止轴承92窜动。
本实施例将航空发动机里向心涡轮的设计方法引入到水流发电中，与水轮机行业常用的混流式和斜流式不同，采用向心涡轮效率更高，围绕向心涡轮设计用上、下机匣集成式结构，具有结构紧凑、小巧灵活、安装更方便的优点，具有很高的实用价值。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护之内。

Claims (10)

1.一种水流式向心涡轮，其特征在于，包括涡壳，所述蜗壳内设有向心涡轮，所述向心涡轮外设有导流的导流叶片，所述向心涡轮包括内环和外环，所述外环上固定有旋转的大叶片，任意相邻的大叶片之间还设有固定在外环上的旋转的小叶片，所述内环套在外环上形成向心涡轮的进水口和出水口，所述大叶片的两端分别延伸至进水口和出水口，所述小叶片的一端延伸至进水口，另一端在轴向方向低于出水口的位置，所述外环上还设有安装转子的螺纹管。
2.根据权利要求1所述水流式向心涡轮，其特征在于，所述蜗壳内的流道管径按水流进入方向从大到小。
3.根据权利要求1所述水流式向心涡轮，其特征在于，所述外环的外壁上还设有迷宫式篦齿，用于减小水流从高压端向低压端泄露。
4.根据权利要求1所述水流式向心涡轮，其特征在于，所述内环的外壁上还设有螺纹用于旋转。
5.根据权利要求1所述水流式向心涡轮，其特征在于，所述导流叶片在径向方向上的厚度大于进水口的口径。
6.根据权利要求1所述水流式向心涡轮，其特征在于，所述导流叶片固定在蜗壳内。
7.根据权利要求1所述水流式向心涡轮，其特征在于，所述小叶片的长度为大叶片长度的三分之一至三分之二。
8.根据权利要求1所述水流式向心涡轮，其特征在于，所述大叶片沿径向和轴线呈空间螺旋形弯曲。
9.根据权利要求1所述水流式向心涡轮，其特征在于，所述小叶片沿径向和轴线呈空间螺旋形弯曲。
10.根据权利要求1所述水流式向心涡轮，其特征在于，所述导流叶片环绕向心涡轮360°均匀分布，所述导流叶片边缘弯曲卷起。
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