CN113606077A - 一种变矩冲压水能发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明属于水能发电技术设备领域，解决了现有技术中水能利用率不高、适应性不强、推广难度大的问题，提供了一种变矩冲压水能发电机新型设备，包括呈圆柱体的整机壳体、定子总成、叶轮外转子总成和中心轴，所述中心轴竖向安装在整机壳体内，所述中心轴上固定安装定子总成，所述叶轮外转子总成与中心轴转动连接，所述定子总成位于叶轮外转子总成内部，所述整机壳体下方连接有壳体底座，所述壳体的侧壁上开设有进水口和进水喷口，该进水口的口径大于进水喷口的口径。本发明所述的变矩冲压水能发电机具有水能利用率高、设计紧凑合理新颖、便于制造安装、占用空间小、对小微水能发电适用性强的优点。

Description

一种变矩冲压水能发电机
技术领域
本发明涉及水能发电设备领域，尤其涉及一种变矩冲压水能发电机。
背景技术
目前人类在水能的开发利用上取得了巨大的成就，但是江河水库资源是有限的，光靠大中型水能发电，对无处不在的水能利用是远远不够的。目前国内外小微型水能发电技术远远跟不上形势发展的需要，都是沿用现有的大型的粗放的水能发电技术，水能利用率低，不能产生良好的经济效益和社会效应。
发明内容
本发明实施例提供了一种变矩冲压水能发电机，用于解决水能利用率不高的技术问题。
本发明实施例提供一种变矩冲压水能发电机，包括呈圆柱体的整机壳体、定子总成、叶轮外转子总成和中心轴，所述中心轴竖向安装在整机壳体内，所述中心轴上固定安装定子总成，所述叶轮外转子总成与中心轴转动连接，所述定子总成位于叶轮外转子总成内部，所述整机壳体下方连接有整机壳底座，所述整机壳体的侧壁上开设有进水口和进水喷口，所述进水口与进水喷口之间通过水道连接，所述进水口的口径大于进水喷口的口径，所述整机壳底座上开设有出水口所述出水口位于靠近进水口的位置。
上述结构中，水流从侧壁上的进水口进入到整机壳体内，进水的过程中，由于进水口口径大于进水喷口的口径，因此形成五倍以上更大的水流压力，通过变矩实现高效增压水能，水流进入到整机壳体内精密封环绕水道以后，对叶轮外转子总成实现冲压，推动叶轮外转子总成转动，叶轮外转子总成转动过程中与定子之间实现电磁切割，产生电能，水流随着叶轮外转子总成的转动在整机壳体内的精密封环绕水道保持长效水能冲压下移动，转动一定角度后到达位于整机壳底座的出水口处，水流从出水口排出。
优选的，所述进水口口径大于进水喷口的口径，面积比为5：1。如此设置，能产生强大的水流冲压力，提高了叶轮转子总成对水能的转换，变矩增压效率五倍以上。
优选的，所述进水喷口至岀水口之间形成精密封环绕水道。运行于整机壳体与叶轮外转子总成之间，利于水能冲压的长效保持。
优选的，所述叶轮外转子总成包括与中心轴转动连接的外转子和均匀布设在外转子侧面上的与外转子连为一体的叶片，所述叶片的顶端设有密封条，所述叶片与整机壳体内壁之间留有间隙。叶片与整机壳体内壁之间的间隙，形成了水压保持的通道，通过叶片与外转子连为一体，实现水力推动外转子的转动。
优选的，所述整机壳体内壁上靠近出水口的位置设有精密封弧片，所述叶片顶端的密封条与精密封弧片紧密贴合。精密封弧片与叶片顶端上的密封条配合，实现对整机壳体内部的精密封，当叶轮的叶片运行到精密封弧片处时实现与整机壳体的完全密封。
优选的，所述叶片的顶端沿逆时针方向弯折,所述叶片顶端的折弯角度为90°-180°。叶片呈粗糙迎水面钝三角形，能够更加有效的增大与水流之间的摩擦力与水能吸收力，有效增强水能的吸收转换。
优选的，所述整机壳体的内壁为光洁面。整机壳体内壁的采用光洁面，有效减少了水流运动中的阻力，同时又增大了水流压力，高效的消除了水道对水能的损耗，达到了对水流冲压力最大限度的利用。
优选的，所述叶轮外转子总成内部为真空，所述叶轮外转子上开设有真空抽气孔，所述真空抽气孔内设有抽气阀。如此设置，对发电机内部实施真空处理，有效减少发电机在运行中的阻力和热量的产生。
优选的，所述中心轴上下两端均安装有真空密封圈。为发电机内真空处理提供保障。
综上所述，本发明的有益效果如下：
本发明实施例提供的变矩冲压水能发电机采用水轮机和发电机一体化设计，使得水能发电机的结构更加紧凑、合理，占用空间更小，有利于小微型水能发电机的推广和使用，具有很高的经济价值和社会价值；同时采用进水喷口、精密封环绕水道和内部真空的设计，减少了水能的散失和浪费，提高了水能的利用率，提高了发电效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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，还可以根据这些附图获得其他的附图，这些均在本发明的保护范围内。
图1为本发明的俯剖视图；
图2为本发明的侧视半剖图；
图3为图1中A-A的剖视图；
图4为图1中A的放大图。
图中零件部件及编号：1、整机壳体；2、整机壳底座；3、定子总成；4、叶轮外转子总成；5、中心轴；6、真空抽气孔；7、进水口；8、进水喷口；9、密封条；10、出水口；11、外转子；12、叶片；13、精密封弧片；14、精密封环绕水道；15、真空密封圈。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。如果不冲突，本发明以及实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。
请参见图1-图4，本发明实施例提供了一种变矩冲压水能发电机，是一种新型的水能发电机技术体系，包括呈圆柱体的整机壳体1、定子总成3、叶轮外转子总成4和中心轴5，中心轴5竖向安装在整机壳体1内，中心轴5上固定安装定子总成3，叶轮外转子总成4与中心轴5转动连接，定子总成3位于叶轮外转子总成4内部，整机壳体1下方通过螺栓连接有整机壳底座2，整机壳体1的上方通过螺栓连接有壳顶盖，整机壳体1的侧壁上开设有进水口7和进水喷口8，进水口7与进水喷口8之间通过水道连通，进水口7的口径大于进水喷口8的口径，进水口7与进水喷口8的截面积比例为5：1，进水口7和进水喷口8与整机壳体1的侧壁相切，进水口7到进水喷口8之间的水道的水平截面呈直角梯形，其中长底边所在的面为进水口7，短底边所在的面为进水喷口8，水道的直角边所在的面与整机壳体1连为一体且与整机壳体1内壁相切，斜边所在的面靠近出水口10且与整机壳体1的外侧面相切。如此设置，水流通道的变矩，产生的水流冲压力更大，提高了叶轮外转子总成4的高效能量转换。整机壳底座2上开设有出水口10，出水口10位于靠近进水口7的位置。进水喷口8至出水口10之间形成精密封环绕水道14，运行于整机壳体1与叶轮外转子总成4之间，利于水能冲压力的长效保持。
叶轮外转子总成4包括与中心轴5转动连接的外转子11和均匀布设在外转子11侧面上的与外转子11连为一体的12个叶片12，叶片12的顶端通过螺栓安装有密封条9，密封条9的材料为硅胶，密封条9与叶片12通过螺栓连接，叶片12与整机壳体1内壁之间留有5cm的间隙。整机壳体1内壁上靠近出水口10的位置设有精密封弧片13，精密封弧片13的长度与三个叶片12的弧长度相同，精密封弧片13厚度为5cm，叶片12的顶端的密封条9与精密封弧片13紧密贴合。叶片12的顶端沿逆时针方向弯折,叶片12顶端的折弯角度为120°。叶片12顶端的硅胶密封条9是"7"字拐状，是用来密封叶片12的顶端和侧面。
整机壳体1的内壁为光洁面。整机壳体1内壁的采用光洁面，有效减少了水流运动中的阻力，同时又增大了水流压力，高效的消除了水道对水能的损耗，达到了对水流冲压力最大限度的利用。在整机壳体1的内壁上形成精密封环绕水道14，精密封环绕水道14是整机内壁周长的3/4，使高压水能的冲击力和压力最大限度的保持着对水轮叶片12的强大推力，把着力点变成着力带，有效保障了水轮驱动的高效运行，大大提高了水力功率的转换输出，由于精密封环绕水道14始终保持精密封，水能损耗和浪费微乎其微。
叶轮外转子总成4内部为真空，叶轮外转子总成4的上边盖开设有真空抽气孔6，真空抽气孔6内设有抽气阀。通过真空抽气孔6方便将叶轮外转子总成4的内部抽为真空。
上述结构中，水流从侧壁上的进水口7和进水喷口8进入到整机壳体1内，进水的过程中，由于进水口7口径大于进水喷口8的口径，因此形成更大的水流压力，通过变矩实现高效转换水能，水流进入到整机壳体1内部以后，对叶轮外转子总成4实现冲压，推动叶轮外转子总成4转动，叶轮外转子总成4转动过程中与定子总成3之间实现电磁切割，产生电能，水流随着叶轮外转子总成4的转动在整机壳体1内的水道移动，叶片12与整机壳体1内壁之间的间隙，形成了水压保持的通道，通过叶片12与外转子11连为一体，实现水力推动外转子总成4的转动。精密封弧片13与叶片12顶端上的密封条9配合，实现对整机壳体1内部的精密封，当叶轮的叶片12运行到精密封弧片13处时实现整机壳体1的完全密封。转动一定角度后到达位于整机壳底座2的出水口10处，水流从出水口10排出。对发电机内部实施真空处理，有效减少发电机在运行中的阻力和热量的产生。叶片12呈钝三角形，迎水面粗糙化处理，能够更加有效的增大与水流之间的摩擦力和吸收转换力，有效增强水能的吸收转换。
整个水能发电机采用锥轴安装，在发电机的取舍上，采用了低速高效的永磁发电机，电机转速在500-800r/min。中心轴5上下两端边盖内均安装有第一真空密封圈15，第一真空密封圈15锲在中心轴5上下两端的边盖内，它的目的就是要保证发电机内部真空。中心轴5的上下两侧均设有第二真空密封圈15，上方的第二真空密封圈15远离中心轴5且安装在壳顶盖与外转子11之间，下方的第二真空密封圈15相对于上方的第二密封圈15更靠近中心轴5且安装在整机壳底座2与外转子11之间，下面这样设计是为了便于排水。密封条9与第二密封圈15相连接，起到配合密封的作用，方便排水，也防止水渗入到叶轮外转子总成内部4，确保发电机内部为真空。
真空密封圈15的作用一是保证叶轮外转子总成内部真空，二是防水渗入，把水流严格限制在精密水道内。整机壳体1内半径为415cm，整机高度为750cm。
本发明提岀了新的指导思想，创新了设计思路，建立了变矩冲压这一新的水能发电机设计技术体系。根据目前国内外水轮机的基本原理，水轮机分为反击式和冲击式两大类，本发明是不同于它们的第三种类型，为变矩冲压式水能机，定名为变矩冲压水能发电机。之所以定名为变矩冲压水能发电机，一是因为它把水轮机和发电机成功地完成了融合一体化设计，二是因为本机不仅充分利用了水能的冲击力，而且还充分利用了水能的压力，因此，本发明定名为变矩冲压水能发电机。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种变矩冲压水能发电机，其特征在于，包括呈圆柱体的整机壳体、定子总成、叶轮外转子总成和中心轴，所述中心轴竖向安装在整机壳体内，所述中心轴上固定安装定子总成，所述叶轮外转子总成与中心轴转动连接，所述定子总成位于叶轮外转子总成内部，所述整机壳体下方连接有整机壳底座，所述整机壳体的侧壁上开设有进水口和进水喷口，所述进水口与进水喷口之间通过水道连通，所述进水口的口径大于进水喷口的口径，所述整机壳底座上开设有出水口，所述出水口位于靠近进水口的位置。
2.根据权利要求1所述变矩冲压水能发电机，其特征在于所述进水口与进水喷口的截面积比例为5：1。
3.根据权利要求1所述变矩冲压水能发电机，其特征在于，所述进水喷口至出水口之间形成精密封环绕水道。
4.根据权利要求1所述的变矩冲压水能发电机，其特征在于，所述叶轮外转子总成包括与中心轴转动连接的外转子和均匀布设在外转子侧面上的与外转子连为一体的叶片，所述叶片的顶端设有密封条，所述叶片与整机壳体内壁之间留有间隙。
5.根据权利要求4所述的变矩冲压水能发电机，其特征在于，所述整机壳体内壁上靠近出水口的位置设有精密封弧片，所述叶片顶端的密封条与精密封弧片紧密贴合。
6.根据权利要求5所述的变矩冲压水能发电机，其特征在于，所述叶片的顶端沿逆时针方向弯折,所述叶片顶端的折弯角度为90°-180°。
7.根据权利要求6所述的变矩冲压水能发电机，其特征在于，所述整机壳体的内壁为光洁面。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的变矩冲压水能发电机，其特征在于，所述叶轮外转子总成内部为真空，所述叶轮外转子上开设有真空抽气孔，所述真空抽气孔内设有抽气阀。
9.根据权利要求8所述的变矩冲压水能发电机，其特征在于，所述中心轴上下两端均安装有真空密封圈。
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