CN112997000A - 水轮旋转体管涡轮机及管转子涡轮机被多级串联安装的水力发电装置 - Google Patents

水轮旋转体管涡轮机及管转子涡轮机被多级串联安装的水力发电装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种使用管转子涡轮机的水力发电装置，其特征在于，包括：驱动轴(2)，贯穿在用于发电的流量通过内部的管道(22)的中心；管道支撑体(4)，用于支撑所述驱动轴(2)的同时自由旋转，并且臂(6)朝着所述管道(22)的内侧延伸；螺旋桨(7)，固定在所述管道支撑体(4)之间的所述驱动轴(2)上，并通过移动流速而旋转；内齿轮(8)，在所述管道支撑体(4)之间与所述驱动轴(2)一起旋转；外齿轮(13)，旋转力通过所述动力传递装置传递到所述内齿轮(8)，并从所述管道(22)的外部与轴(15)一起被驱动；发电机(10)，通过接收所述外齿轮(13)和轴(15)的旋转力来发电，至少两个管转子涡轮机单元(100)以多级串联布置。

Description

水轮旋转体管涡轮机及管转子涡轮机被多级串联安装的水力 发电装置
技术领域
本发明涉及一种使用管转子涡轮机的水力发电装置，更具体地，涉及通过在供水管线中多级安装管道水轮机并维持水质的同时能够低成本，大量发电，保持供应稳定的电源的水力发电装置。
背景技术
当前，产生电力的主要方法包括使用水力发电的水力发电，使用化石燃料的火力发电以及使用核能的核电。
由于环境问题，火力发电和核能发电在发达国家受到许多法规的约束，而水力发电利用涡轮机将水的势能转换为动能，然后发电，因此没有排放污染物质或没有环境风险，因此被认为是生态友好型发展。
但是，由于水力发电需要土建工程和大规模的设施投资，因此其主要是通过在电力水坝或多功能水坝中安装大型涡轮机和发电机来实现的。因此，在水力发电系统的建设中必须先进行巨额的成本投资，并且存在难以充分应对因气候变化而导致淡水量增加或减少的情况的问题。
另外，在诸如小水坝或水库之类的小流量的地方安装大型昂贵的涡轮机和发电机效率低下，从而难以应用水力发电。而且，在没有足够的空间或没有空间安装大型涡轮机和发电机的情况下更是如此。
同时，为了建立不间断电源(UPS)或存储产生的功率，使用了ESS(能量存储系统)。ESS存储过多的电力或商业电力，并在电力暂时短路或断开时提供电力。ESS是主要使用电池并且使用锂离子等的电池类型，并且随着这些材料的价格逐渐上涨，经济可行性降低并且价格上涨。
现有技术1：韩国实用新型注册号20-0478748(注册日期2015年11月5日)
现有技术2：韩国专利注册号10-1868973(注册日期为2018年6月12日)
发明内容
要解决的技术问题
本发明是鉴于所述诸多问题而提出的，其目的在于，提供一种能够以低成本进行高效发电的水力发电装置。
此外，本发明的另一个目在于提供一种即使在小流量下也能够高效发电的水力发电装置。
此外，本发明的另一个目的在于提供一种水力发电装置，该水力发电装置可以用于利用水的势能来构造ESS。
此外，本发明的另一个目的在于提供一种水力发电装置，即使发生故障或维护因素，该水力发电装置也可以通过允许更换或维护而不停止整个发电装置的方式来提供稳定的电力。
本发明的另一个目的在于提供除了现有的水力发电装置之外还可以容易地扩展的水力发电装置。
技术方案
为了实现所述目的，本发明的使用管转子涡轮机的水力发电装置，其特征在于，包括：驱动轴(2)，贯穿在用于发电的流量通过内部的管道(22)的中心；管道支撑体(4)，用于支撑所述驱动轴(2)的同时自由旋转，并且臂(6)朝着所述管道(22)的内侧延伸；螺旋桨(7)，固定在所述管道支撑体(4)之间的所述驱动轴(2)上，并通过移动流速而旋转；内齿轮(8)，在所述管道支撑体(4)之间与所述驱动轴(2)一起旋转；外齿轮(13)，旋转力通过所述动力传递装置传递到所述内齿轮(8)，并从所述管道(22)的外部与轴(15)一起被驱动；发电机(10)，通过接收所述外齿轮(13)和轴(15)的旋转力来发电，至少两个管转子涡轮机单元(100)以多级串联布置。
作为使用管转子涡轮机的水力发电装置，其特征在于，具有波纹管结构的挠性管(18)进一步延伸并安装在所述管(22)的下端。
作为使用管转子涡轮机的水力发电装置，其特征在于，与所述驱动轴(2)成一体的压力支撑件(3)安装在每个所述管道支撑体(4)的每个尖端的位置，并且在所述管道支撑体(4)与所述压力支承件(3)的抵接部之间形成有推力轴承(26)。
作为使用管转子涡轮机的水力发电装置，其特征在于，在以多级连续地布置的所述管转子涡轮机单元(100)的外部进一步安装辅助管系统(200)。
作为使用管转子涡轮机的水力发电装置，其特征在于，所述辅助管道系统(200)包括辅助管道(33)和通过缸装置(31)朝向所述管转子涡轮机单元(100)和所述辅助管道(33)转换位置的管道切换阀(30)转换流路的管道切换阀体(35)。
作为使用管转子涡轮机的水力发电装置，其特征在于，所述辅助管道系统(200)包括：两个排出管(29、34)，从所述管道切换阀体(35)的上侧分别连接到所述管道(22)及辅助管道(33)；两个填充配管(32、36)，在所述管道切换阀体(35)的下方分别连接在所述管道(22)及辅助管道(33)；排水管(44)，从所述两个排出管(29、34)选择性地排出水；填充水管(42)，向所述两个填充配管(32、36)选择性地填充水。
作为使用管转子涡轮机的水力发电装置，其特征在于，所述管支撑体(4)的臂(6)为平板形状，使得抵抗流线的横截面最小化，并且轴向方向上的长度大于所述管道(22)的半径。
有益效果
在根据本发明的使用管转子涡轮机的水力发电装置中，管转子涡轮机单元100可以使用低成本且紧凑的螺旋桨7，发电机10等代替安装多级来构成在管道22上，可以以低成本产生大的电力，并且具有可以根据需要容易地增加或减少设备数量的优点。
另外，由于使用根据本发明的管转子涡轮机的水力发电装置代替水管50而安装了具有比水管50的直径稍小的直径的装置，因此可以高效地发电，并且节省安装空间。
另外，当使用根据本发明的使用管转子涡轮机的水力发电装置时，可以通过在人造储水箱49、59之间安装多级来利用水的势能来构造ESS。
此外，在根据本发明的使用管转子涡轮机的水力发电装置中，易于在破损的部分更换或维修管转子涡轮机单元100，并且大部分电源不被切断。在此过程中关闭电源并保持稳定的电源，这可能是有利的。
另外，使用根据本发明的使用管转子涡轮机的水力发电装置通过组装管道可以简单地安装发电装置。
另外，根据本发明的使用管转子涡轮机的水力发电装置可以使用诸如水坝，水力发电厂水坝和泵站上方的水库之类的现有设施，并且可以显着提高发电能力。因此，可以获得在发电过程中不破坏环境并且不排放任何环境污染物的清洁能源。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施例的管转子涡轮单元的构造的透视图。
图2是图1的纵向截面图；
图3是图1的平面图。
图4是示出根据本发明的实施例的管转子涡轮单元被固定框架支撑的状态的平面图。
图5是示出在根据本发明的实施例的球链穿过管转子涡轮单元的位置处钻出用于安装固定件的孔和螺栓孔的状态的图。
图6是示出管道支撑件的主体和固定装置的分解状态的平面图。
图7是示出管转子涡轮单元被多级配置的状态的装置图。
图8是示出配备有通气孔的通气管的构造的截面图。
图9是示出本发明的辅助管被配管的状态的整体装置图。
图10是图9的主要部分的放大图。
图11是示出辅助管和打开和关闭管道涡轮机单元的入口的管道切换阀的安装状态的主要部分的平面图。
具体实施方式
通过以下结合附图的详细描述和实施例，本发明的目的，特定优点和新颖特征将变得更加明显。在本说明书中，在将附图标记添加到每个附图的元件中时，应当注意，即使相同的元件在不同的附图上指示，也仅具有相同的编号。
另外，在描述本发明时，当确定相关的已知技术的详细描述可能不必要地使本发明的主题模糊时，将省略其详细描述。在附图中，一些部件被放大，省略或示意性地示出，并且每个部件的尺寸不完全反映实际尺寸。
在下文中，将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。
根据本发明的优选实施方式的使用管转子涡轮机的水力发电设备能够通过由大坝或泵送水确保的水的下降和流速来进行水力发电。
在沿一个纵向延伸的水管中，多级连续地安装有管转子涡轮机单元100，各管转子涡轮机单元100将通过水坝或泵送水而确保的流体(水)的势能转换为动能。能量转化为电能。因此，当组合每个管转子涡轮单元100的发电容量时，可以将总发电容量增加到大容量。
安装在管道22的中央的驱动轴2通过管道支撑体4被支撑在管道22的中央，流体(水)通过该驱动轴在管涡轮单元100中移动，从而能够稳定地维持驱动轴2的旋转运动。有能力去。
管道支撑体4通过相同长度的多个(优选为四个)臂6支撑在管道22的内表面上，并且臂6被多个螺栓紧固到定位的固定台5上。在管道22和驱动轴2保持同轴的同时，在外表面上的螺孔稳定地支撑驱动轴2的旋转。
管道支撑体4例如被分成两部分，并且通过螺栓紧固至法兰，并且被组装为圆筒形，并且在其中安装有轴承26、27。
例如，在管道支撑体4和驱动轴2之间的接触部分处形成三个轴承27，从而支撑驱动轴2的旋转。尤其，在管道支撑体4与压力支撑件3的接触部分与在其上施加载荷的压力支撑件3和驱动轴2之间形成推力轴承26。沿管道支撑体4的轴向方向，使其在旋转时不受此阻力地被支撑。
驱动轴2的前端模制成半圆形或尖锥形，以减小头部阻力，压力支撑件3在每个管道支撑体4的前端与驱动轴2整体连接，因此，驱动轴2的负载由各自的管道支撑体4支撑，但是在自由旋转的状态下由上述推力轴承26支撑。
压力支撑件3安装在每个管道支撑体4的前端，由于流过管道22的流体的流速很快，并且在流速高时压力增加，因此，管道如图所示，安装有支撑体4，该支撑体4被安装在稳定地支撑驱动轴2并分散压力的位置。
另外，导管道支撑体4的臂6具有平板形状以最小化抵抗流线的截面积，但是轴向长度至少比导管道22的半径大。螺旋桨7可以校正受干扰的电缆，以提高发电效率。
在管道支撑体4之间安装有一个以上的螺旋桨7，当流量流入管道22时，驱动轴2旋转，例如，在附图中，在驱动轴2上串联安装有两个二叶螺旋桨7，但是各种实施方式也是可行的，例如安装一个或两个四叶螺旋桨7。
螺旋桨7将流体所拥有的部分能量转换成旋转动能，并且发电机10可以通过内齿轮8和外齿轮13驱动，驱动轴2固定地安装在导管道22内部的驱动轴2上，从而一起驱动内齿轮8，并且通过在导管外部接收内齿轮8的旋转力来一起驱动外齿轮13。连接到发电机10。
作为将内齿轮8与外齿轮13连接而传递旋转动力的机构，设置有由不锈钢线构成的球链17，因此无法实现稳定的运转效率。由于球链17具有驱动轴2的大的旋转动能，因此，如图所示，优选将其安装成两列，以有效且稳定地进行动力传递。
另一方面，事实证明，可以选择其他类型的链条或动力传递装置，例如正时皮带，来代替球链17。
管道支撑体4还安装在内齿轮8的两侧，以稳定地旋转状态支撑内齿轮8。为了通过球链17将动力传递到外齿轮13，在导管道22中钻了一个孔37到球链17穿过的位置(见图5)。
另外，通过包裹壳体12来密封外齿轮13的内部，从而水不会流出并且空气不会从外部流出。使用螺栓组装壳体12，以利于内部装置的组装或拆卸。
外齿轮13和发电机10同轴地连接，并且轴11由轴承14轴向地支撑以自由旋转，并且联轴器15被连接动力。发电机10通过发电机基座24稳定地安装在管道22的外部。
另一方面，挠性管18被焊接至导管道22的下端，或者通过将螺栓紧固至法兰而固定。该波纹管结构的挠性管18校正了配管过程中的长度误差，从而可以通过在多级安装中移除任何一个管转子涡轮机单元100来容易地进行配管工作以及更换或维护。这样工作就可以方便地完成。
另外，当在整个装置中发生振动时，振动被吸收，并且即使在发生诸如地震的自然灾害时，它也起到缓冲作用，使得冲击不传递到整个管道，从而可以保持稳定性。
具有这种结构的管转子涡轮机单元100被重复地多次安装，为了稳定地维持安装状态，以底面的形式形成有来自下表面的纵梁和横梁，并被牢固地组装。并使用固定框架41安装在现场(参见图4)。
如图7所示，在本发明的水力发电装置中，当通过水坝或抽水将流量确保在上部储水箱49中时，供水管50和与该供水管50连接的阀61连接。多级安装的管转子涡轮机单元100的上部通过将水滴入来通过发电机10发电。并且最后一条管道连接到涡轮单元100，排放管道57，阀62和排放端口58被管道连接，并且来自排放端口58的水可以被排放到河流或下部储水箱59。另外，在管道22的中央安装有设置有通气孔39的通气管38，以将管道22内的空气向外部排出。
在根据本发明的使用管转子涡轮机的水力发电装置中，管式涡轮机单元100可以使用低成本且紧凑的螺旋桨7，发电机10等并通过多级安装来构造。代替管线22，可以以低成本产生大的电力，并且具有可以根据需要容易地增加或减少设备数量的优点。
另外，由于使用根据本发明的管转子涡轮机的水力发电装置代替水管50而安装了具有比水管50的直径稍小的直径的装置，因此可以高效地发电，并且节省安装空间。
另外，当使用根据本发明的使用管转子涡轮机的水力发电装置时，具有可以通过在人造水库49、59之间安装多级水利用水的势能来构造ESS的优点。
在通过多级安装管转子涡轮机单元100来发电的系统中，为了提高运行效率并稳定地维持发电状态，优选进一步安装辅助管道系统200。
辅助管系统200如图9至11所示，包括多级辅助管33，管切换阀体35，排水管29、34以及加注管32、36。需要更换或修理任何一个管转子涡轮机单元100，整个系统不会停止，而仅相应部分停止，从而整个系统可以执行正常操作。
换句话说，如图所示，以示例的方式将管转子涡轮机单元100以多级重复安装的每个部分分为A，B，C，D，E的5个部分，并且将每个部分分为管状涡轮单元100被构造为单个(示出的示例)或多个部分。
在管道切换阀体35中，由于两个管道切换阀30的位置运动，在上部管道22中流动的流量流向下部管道22，或者上部管道执行管道转换功能例如，将流入上部的管道22的流体转换成下部辅助管道33的流动，或者相反地，将流过上辅助管道33的流体转换成下部的辅助管道22的流动。
通过由缸装置31进行切换，操作该切换阀33以在上或下位置打开和关闭两个导管入口39之一。
当整个管道涡轮机单元100运行时，所有管道切换阀30都朝着辅助管道33移动以密封朝着辅助管道33的通道，并且管道22的整个通道是敞开的。
排水管29、34形成在管切换阀体35的上方，并分别连接至管道22和辅助管33。排水管29、34通过阀47、48与排水管44连接，从而选择性地控制流路的开度，当阀47、48打开时，排水管44内的内部水被排到外面。当阀48、47打开时，附接到排水管29、34的排水管44可以排水，并且排水管44是与之相连的河流或下部储水箱59。
另外，填充配管32、36形成在管切换阀体35的下方，并且分别连接至管道22和辅助管33。填充配管32、36通过阀46、45连接到填充水管42，以选择性地控制流路的打开，当阀46、45打开时，填充水管42注满水。填充水管42连接到上部储水罐49，并且当阀43打开时，水流过填充水管42，并且阀43通常关闭并且阀43打开以允许填充。
如上所述构成的本发明的水力发电装置，当通过水坝或抽水将流量确保在上水库49中时，水通过与管的上部连接的供水管50滴下。涡轮机单元100安装成多级，通过发电机通过发电机10发电。
在供水管50与管转子涡轮机单元100之间配设有阀61，在各部分(图9中未图示)另外安装有具有通气孔39的通气管38。将管道22内的空气排出到外部。最后的涡轮机单元100连接至排放管57，阀43和排放口58，并且来自排放口58的水可以排放至河流或下部储水箱59。
在下文中，将描述根据本发明的水力发电装置的操作。
当供水管50的阀61和排出管57的阀62打开时，管道22的流量通过排出口58在螺旋桨的作用下排出到河流或下部储水箱59。如图7所示，通过流量旋转，由球链17提供动力的发电机10进行发电。
另一方面，若以多级安装的任何一个管转子涡轮单元100停止，则若整个装置的运转停止，则持续的电力供应并且运转效率降低并且总发电量减少。在使用管道33作为辅助管道系统的情况下，可以在不停止整个设备的情况下修理或更换管转子涡轮单元100。
如图所示，例如，在将反复安装有筒状转子单元100的各部分分为A，B，C，D，E的5个部分的情况下，更换了部位C的筒状转子涡轮单元100。已修复，请对此进行解释。
水流被切换到C部分的辅助管道33，以便切断在C部分中的发电功率，并切断向C部分中的管转子涡轮机单元100的供水。
在部分C中阻塞子导管33的入口和出口的两个导管切换阀30缓慢地移动到导管涡轮单元100的入口和出口位置以将其阻挡。
在该状态下，管路的流量通过C段的辅助管路33流过C段前侧的管路切换阀体35的容积，而通过C段的容积流经下一段。在后段D中，管道切换阀35的流量流向管转子涡轮单元100。
另一方面，在此之前，部分C的辅助管道33可以充满水。
在打开连接到报告管一侧上的注水管36的阀45之后，打开注水管42的阀43，以通过直接连接到上水储水罐49的注水管42辅助C区。可以在管道33等中填充水。
另一方面，可以在对C部的管道转换后的C部的管转子涡轮机单元100进行维护或更换之前，首先将填充在C部的管道22中的水排出。打开连接到排水管29的排放水管44的阀48，在C部分中将其输送到管转子涡轮机单元100的下方时，水将通过排放管44逸出，然后关闭阀48再次更换或维修管转子涡轮机单元100。
另一方面，在部分C中的管转子涡轮机单元100的修理或更换之后，管被切换，并且辅助管道33与管转子涡轮机单元100之间被切换。
若缓慢打开部分C中的管转子涡轮机单元100的入口和出口，则辅助管33的入口和出口朝着辅助管33的入口和出口以及辅助装置的入口和出口移动。管道33将关闭。因此，在部分C中的管转子涡轮机单元100也可以发电，并且所发电的电力连接到电力系统。
此时，为了再次开始发电，可以首先将水填充到部分C的管转子涡轮机单元100中。即，打开配置在C部分注水管42中的阀46，并且当通过注水管42注水时，阀46关闭。
并且为了排放C部分的辅助管道33中的水，打开在排放管道34中管道连接的阀47，并且在其通过排放水管道44排放之后，阀47将被关闭。
以此方式，当在更换或修理管转子涡轮机单元100的过程中切换管道时，当切换管道的流线时，在打开和关闭上下管道的管道切换阀30的过程中同时执行，因此流向下一个部分D的流态能量没有变化。
这样，完成了故障部分中的管状涡轮单元100的更换或维修，并且在该过程中，大部分电源没有被切断并且可以维持稳定的电源。
已经通过示例详细地描述了本发明，但这是为了详细地解释本发明，并且使用根据本发明的管转子涡轮机的水力发电设备不限于此，并且在技术范围内本发明的范围显然，本领域普通技术人员可以做出修改或改进。
对本发明的改变的所有简单修改都属于本发明的范围，并且本发明的具体保护范围将通过所附权利要求书来阐明。

Claims (7)

1.一种使用管转子涡轮机的水力发电装置，其特征在于，包括：
驱动轴(2)，贯穿在用于发电的流量通过内部的管道(22)的中心；
管道支撑体(4)，用于支撑所述驱动轴(2)的同时自由旋转，并且臂(6)朝着所述管道(22)的内侧延伸；
螺旋桨(7)，固定在所述管道支撑体(4)之间的所述驱动轴(2)上，并通过移动流速而旋转；
内齿轮(8)，在所述管道支撑体(4)之间与所述驱动轴(2)一起旋转；
外齿轮(13)，旋转力通过所述动力传递装置传递到所述内齿轮(8)，并从所述管道(22)的外部与轴(15)一起被驱动；
发电机(10)，通过接收所述外齿轮(13)和轴(15)的旋转力来发电，
至少两个管转子涡轮机单元(100)以多级串联布置。
2.根据权利要求1所述的使用管转子涡轮机的水力发电装置，其特征在于，具有波纹管结构的挠性管(18)进一步延伸并安装在所述管(22)的下端。
3.根据权利要求1所述的使用管转子涡轮机的水力发电装置，其特征在于，与所述驱动轴(2)成一体的压力支撑件(3)安装在每个所述管道支撑体(4)的每个尖端的位置，并且在所述管道支撑体(4)与所述压力支承件(3)的抵接部之间形成有推力轴承(26)。
4.根据权利要求1所述的使用管转子涡轮机的水力发电装置，其特征在于，在以多级连续地布置的所述管转子涡轮机单元(100)的外部进一步安装辅助管系统(200)。
5.根据权利要求4所述的使用管转子涡轮机的水力发电装置，其特征在于，
所述辅助管道系统(200)包括辅助管道(33)和通过缸装置(31)朝向所述管转子涡轮机单元(100)和所述辅助管道(33)转换位置的管道切换阀(30)转换流路的管道切换阀体(35)。
6.根据权利要求5所述的使用管转子涡轮机的水力发电装置，其特征在于，所述辅助管道系统(200)包括：
两个排出管(29、34)，从所述管道切换阀体(35)的上侧分别连接到所述管道(22)及辅助管道(33)；
两个填充配管(32、36)，在所述管道切换阀体(35)的下方分别连接在所述管道(22)及辅助管道(33)；
排水管(44)，从所述两个排出管(29、34)选择性地排出水；
填充水管(42)，向所述两个填充配管(32、36)选择性地填充水。
7.根据权利要求1所述的使用管转子涡轮机的水力发电装置，其特征在于，所述管支撑体(4)的臂(6)为平板形状，使得抵抗流线的横截面最小化，并且轴向方向上的长度大于所述管道(22)的半径。
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