CN114790958A - 冲击式水轮机及冲击式水轮发电机 - Google Patents

冲击式水轮机及冲击式水轮发电机 Download PDF

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Abstract

本发明属于水利发电机技术领域，尤其涉及冲击式水轮机及冲击式水轮发电机，机架壳两侧转动式设置有转动盘，密封刷设置在机架壳与转动盘之间，转动柱设置在转动盘之间，水轮叶片绕其轴线环形阵列设置在转动柱的外圆柱壁上，机架壳另外两侧分别设置有进水通道和出水通道，其中一部分水轮叶片分为两个部分，分别为叶片根和叶片尖，所述叶片根与叶片尖为折叠连接；水轮叶片能够根据河流水流的流速进行折叠，在少雨季节，河流流速较低的情况下，我们可以选择性的折叠一些转动柱上的叶片，进而使得本申请的水轮机能够尽量的维持一个较高的能量转换率，从而提高水轮机的能量转换效率。

Description

冲击式水轮机及冲击式水轮发电机
技术领域
本发明属于水利发电机技术领域，尤其涉及冲击式水轮机及冲击式水轮发电机。
背景技术
水轮机是利用水的势能或动能重复做功的机械，而冲击式水轮机主要是利用水在高速状态下的冲击力，对叶轮做功，推动转轴高速旋转。将该水轮机连接至发电机，从而制成水轮发电机或水轮发电机组，如专利201320205085.8、 201010260418.8等所述。
但是现有的水轮机的能量转换效率不高，特别是在乡镇的小型水利发电站，由于河流的流速受天气变换影响严重，特别在南方，天气变换莫测，河流的流速在不同的时期变化范围大，导致水轮机的无法在最优的能量转换效率下持续工作，进而使得水轮机的能量转换效率不高。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种，以解决现有技术中的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明实施例提供一种冲击式水轮机，其特征在于，所述水轮机包括机架壳、进水通道、出水通、转动盘、转动柱和水轮叶片以及密封刷，所述机架壳两侧转动式设置有所述转动盘，所述密封刷设置在所述机架壳与所述转动盘之间，所述转动柱设置在所述转动盘之间，所述水轮叶片绕其轴线环形阵列设置在所述转动柱的外圆柱壁上，所述机架壳另外两侧分别设置有所述进水通道和所述出水通道，其中一部分所述水轮叶片分为两个部分，分别为叶片根和叶片尖，所述叶片根与所述叶片尖为折叠连接；
所述水轮叶片能够根据河流水流的流速进行折叠。
优选的，所述水轮叶片迎接水流冲击的一侧开设有叶片槽，所述叶片槽的槽底的地面为弧形面。
优选的，所述进水通道靠近所述转动柱的一端为出水嘴，所述出水嘴向下倾斜，且，其轴线与水平线夹角的角度为20°到30°。
优选的，所述出水通道向下倾斜，且，其轴线与水平线夹角的角度为10° -15°。
优选的，所述水轮机还包括滑动柱、连接件和液压控制腔外壳，所述转动柱内开设有液压腔，所述滑动柱滑动式设置在所述转动柱内，所述滑动柱一端位于所述液压腔内，所述滑动柱另一端位于所述转动柱外侧，位于所述转动柱外侧的所述滑动柱的端部设置有所述连接件，所述连接件另一端与所述叶片尖远离所述叶片根的一侧连接；
所述液压控制腔外壳设置在所述转动盘远离所述转动柱的一侧，所述液压控制腔外壳内的液压控制腔与所述液压腔相连通，所述液压控制腔能听过控制其自身的液压大小而控制所述液压腔内的液压大小。
优选的，所述水轮机还包括设置在所述液压腔内的限位块，所述限位块用于确定所述滑动柱缩入所述液压腔内的最大行程。
优选的，所述水轮机还包括设置在所述转动柱与所述转动盘之间的垫块。
优选的，所述水轮机还包括穿过所述垫块和所述转动盘的通孔和设置在所述通孔内的连通管，所述连通管一端与所述液压控制腔连通，所述连通管另一端与所述液压腔连通。
优选的，所述水轮机还包括设置在所述液压控制腔外壳侧壁上的封闭器。
本发明实施例提供一种冲击式水轮发电机，所述水轮发电机包括所述的冲击式水轮机，所述转动盘通过轴连接器与水轮发电机的输入端连接。
本发明实施例中上述的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明实施例所提供的冲击式水轮机，在少雨季节，河流流速较低的情况下，我们可以选择性的折叠一些转动柱上的叶片，进而使得本申请的水轮机能够尽量的维持一个较高的能量转换率，从而提高水轮机的能量转换效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的水轮机的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的水轮机的第一部分结构示意图；
图3为本发明实施例提供的水轮机的第二部分结构示意图；
图4为本发明实施例提供的水轮机的第三部分结构示意图；
图5为本发明实施例提供的水轮机的第四部分结构示意图；
图6为本发明实施例提供的水轮机的第五部分结构示意图；
图7为本发明实施例提供的水轮机的第六部分结构示意图；
图8为本发明实施例提供的水轮机不同叶片下的能量转换率和河流流速的函数曲线示意图，其中，横轴为流速比，纵轴为能量转换效率；
其中，图中各附图标记：
1、机架壳，2、进水通道，3、出水通道，4、转动盘，41、垫块，5、转动柱，6、水轮叶片，61、叶片槽，62、弧形面，7、轴连接器，8、叶片根，9、叶片尖，10、铰接部，11、液压腔，12、限位块，13、滑动柱，14、连接件， 15、液压控制腔外壳，16、通孔，17、连通管，18、封闭器，19、密封刷。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“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发明和简化描述，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。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明实施例中提供的一种冲击式水轮机，属于发电机技术领域，应用场景可以为：乡镇的小型水利发电站等场景中。可以理解的是，现有技术中，现有的水轮机的能量转换效率不高，特别是在乡镇的小型水利发电站，由于河流的流速受天气变换影响严重，特别在南方，天气变换莫测，河流的流速在不同的时期变化范围大，导致水轮机的无法在最优的能量转换效率下持续工作，进而使得水轮机的能量转换效率不高。
基于此，如何提供一种能量转换效率高的冲击式水轮机成为了亟需解决的技术问题。
以下结合附图及具体实施例对本发明技术方案做进一步的详细阐述。
参考图1，本发明实施例提供了一种冲击式水轮机，其特征在于，所述水轮机包括机架壳1、进水通道2、出水通、转动盘4、转动柱5和水轮叶片6以及密封刷19，所述机架壳1两侧转动式设置有所述转动盘4，所述密封刷19 设置在所述机架壳1与所述转动盘4之间，所述转动柱5设置在所述转动盘4 之间，所述水轮叶片6绕其轴线环形阵列设置在所述转动柱5的外圆柱壁上，所述机架壳1另外两侧分别设置有所述进水通道2和所述出水通道3，其中一部分所述水轮叶片6分为两个部分，分别为叶片根8和叶片尖9，所述叶片根8 与所述叶片尖9为折叠连接；所述水轮叶片6能够根据河流水流的流速进行折叠。
示例性的，河流的水流从进水通道2进入，然后对转动柱5上的叶片进行冲击，从而使得转动柱5转动，进而带动转动盘4转动，从而将水的势能转换为机械能，转动盘4通过轴连接器7与发电机的输入端连接，进而把机械能输入到发电机，从而把机械能转换为电能。
进一步的，结合图8，图8为本申请的实验人员测定的水轮机不同叶片下的能量转换率和河流流速的函数曲线示意图，其中，横轴为流速比，纵轴为能量转换率，从图中我们可以看出，河流的流速越小，需要更多的叶片才能达到最优的能量转换率，反之，流速越大，需要更少的叶片才能达到最优的能量转换率，因此，在少雨季节，河流流速较低的情况下，我们可以选择性的折叠一些转动柱5上的叶片，进而使得本申请的水轮机能够尽量的维持一个较高的能量转换率，从而提高水轮机的能量转换效率。
需要说明的是，本实施例中所提到的密封刷19用于密封机架壳1与转动盘 4之间，在使用本实施的水轮机时，机架壳1固定在机架上，将河水引入进水通道2，使用轴连接器7将转动盘4与发电机的输入端连接起来。
在一个实施例中,叶片根8和叶片尖9的两侧设置有铰接部10，进而实现折叠的功能。
在一个实施例中，所述水轮叶片6迎接水流冲击的一侧开设有叶片槽61，所述叶片槽61的槽底的地面为弧形面62。
具体的，水轮叶片6上的叶片槽61能够增加水流停留在水轮叶片6上的时间，以此能够怎加水轮机的能量转换效率，进一步的，叶片槽61的槽底的地面为弧形面62，能够使得冲击在叶片槽61内的水流产生向上的回旋，进而进一步冲击水轮叶片6，进一步提高了水轮机的能量转换效率。
在一个实施例中，所述进水通道2靠近所述转动柱5的一端为出水嘴，所述出水嘴向下倾斜，且，其轴线与水平线夹角的角度为20°到30°，使得从进水通道2进入的水流能够尽可能垂直的冲击在水轮叶片6上，以此提高水能利用率。
在一个实施例中，所述出水通道3向下倾斜，且，其轴线与水平线夹角的角度为10°-15°，使得机架壳1内的水能够顺利的流出。
在一些实施例中，所述出水通道3还可以做成具有虹吸效应的管道形状，并且这个水轮机的出水通道3连接下一个水轮机的进水通道2，进而行程水轮机组，具有虹吸效应的出水通道3能够进一步使得机架壳1内的水能够顺利流出，另一方面也会在机架壳1内形成一定的负压，进而提高流过机架壳1内水流的流速，进一步提高水轮机的能量转换效率。
在一个实施例中，所述水轮机还包括滑动柱13、连接件14和液压控制腔外壳15，所述转动柱5内开设有液压腔11，所述滑动柱13滑动式设置在所述转动柱5内，所述滑动柱13一端位于所述液压腔11内，所述滑动柱13另一端位于所述转动柱5外侧，位于所述转动柱5外侧的所述滑动柱13的端部设置有所述连接件14，所述连接件14另一端与所述叶片尖9远离所述叶片根8的一侧连接；所述液压控制腔外壳15设置在所述转动盘4远离所述转动柱5的一侧，所述液压控制腔外壳15内的液压控制腔与所述液压腔11相连通，所述液压控制腔能听过控制其自身的液压大小而控制所述液压腔11内的液压大小。
示例性的，当河流的流速减少时，利用液压控制腔使其内的液压减小，进而间接控制液压腔11内的液压减小，当液压腔11内的液压减小时，滑动柱13 缩入液压腔11内，进而带动连接件14拉动叶片尖9进行折叠，从而减小转动柱5上的水轮叶片6数量。
在一些实施例中，所述连接件14为耐腐蚀的拉绳。
在一个实施例中，所述水轮机还包括设置在所述液压腔11内的限位块12，所述限位块12用于确定所述滑动柱13缩入所述液压腔11内的最大行程。
在一个实施例中，所述水轮机还包括设置在所述转动柱5与所述转动盘4 之间的垫块41。
在一个实施例中，所述水轮机还包括穿过所述垫块41和所述转动盘4的通孔16和设置在所述通孔16内的连通管17，所述连通管17一端与所述液压控制腔连通，所述连通管17另一端与所述液压腔11连通。
在一个实施例中，所述水轮机还包括设置在所述液压控制腔外壳15侧壁上的封闭器18。
示例性的，当河流的水流较少时，停止水轮机，打开封闭器18，与外界的减压装置连接，使得液压控制腔内的液压减小。
在一个实施例中，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种冲击式水轮机，其特征在于，所述水轮机包括机架壳、进水通道、出水通、转动盘、转动柱和水轮叶片以及密封刷，所述机架壳两侧转动式设置有所述转动盘，所述密封刷设置在所述机架壳与所述转动盘之间，所述转动柱设置在所述转动盘之间，所述水轮叶片绕其轴线环形阵列设置在所述转动柱的外圆柱壁上，所述机架壳另外两侧分别设置有所述进水通道和所述出水通道，其中一部分所述水轮叶片分为两个部分，分别为叶片根和叶片尖，所述叶片根与所述叶片尖为折叠连接；
所述水轮叶片能够根据河流水流的流速进行折叠。
2.根据权利要求1所述的冲击式水轮机，其特征在于，所述水轮叶片迎接水流冲击的一侧开设有叶片槽，所述叶片槽的槽底的地面为弧形面。
3.根据权利要求2所述的冲击式水轮机，其特征在于，所述进水通道靠近所述转动柱的一端为出水嘴，所述出水嘴向下倾斜，且，其轴线与水平线夹角的角度为20°到30°。
4.根据权利要求3所述的冲击式水轮机，其特征在于，所述出水通道向下倾斜，且，其轴线与水平线夹角的角度为10°-15°。
5.根据权利要求1所述的冲击式水轮机，其特征在于，所述水轮机还包括滑动柱、连接件和液压控制腔外壳，所述转动柱内开设有液压腔，所述滑动柱滑动式设置在所述转动柱内，所述滑动柱一端位于所述液压腔内，所述滑动柱另一端位于所述转动柱外侧，位于所述转动柱外侧的所述滑动柱的端部设置有所述连接件，所述连接件另一端与所述叶片尖远离所述叶片根的一侧连接；
所述液压控制腔外壳设置在所述转动盘远离所述转动柱的一侧，所述液压控制腔外壳内的液压控制腔与所述液压腔相连通，所述液压控制腔能听过控制其自身的液压大小而控制所述液压腔内的液压大小。
6.根据权利要求5所述的冲击式水轮机，其特征在于，所述水轮机还包括设置在所述液压腔内的限位块，所述限位块用于确定所述滑动柱缩入所述液压腔内的最大行程。
7.根据权利要求5所述的冲击式水轮机，其特征在于，所述水轮机还包括设置在所述转动柱与所述转动盘之间的垫块。
8.根据权利要求7所述的冲击式水轮机，其特征在于，所述水轮机还包括穿过所述垫块和所述转动盘的通孔和设置在所述通孔内的连通管，所述连通管一端与所述液压控制腔连通，所述连通管另一端与所述液压腔连通。
9.根据权利要求8所述的冲击式水轮机，其特征在于，所述水轮机还包括设置在所述液压控制腔外壳侧壁上的封闭器。
10.一种冲击式水轮发电机，所述水轮发电机包括如权利要求1-9任一项所述的冲击式水轮机，所述转动盘通过轴连接器与水轮发电机的输入端连接。
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