CN115707866A - 水冲击式水轮机发电动能装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及本水冲击式水轮机发电动能装置，是将由从上而下的水流，直接俯冲至立式水轮上部侧边的斗型水箱中的俯冲力，加上立式水轮侧边重叠的斗型箱体中的储水重力和水轮侧边的斗型箱体至水轮中轴心距离所产生的杠杆力矩的翻倍能量，三种能量结合为一体的中轴旋转动能，促使发电机发出强大电能。它是由水冲击式立式水轮、水轮机座体、水轮机罩体、中轴、轴承座、底部座架体、底部流水槽道和传动皮带轮或传动齿轮共八个部件所组成。

Description

水冲击式水轮机发电动能装置

技术领域

本发明涉及水力发电领域。具体涉及一种新型的利用高水头的水流冲力而发电的水冲击式水轮机发电动能装置。

背景技术

当今水力发电装置，只是一种千遍一律的水轮机发电装置，其发电量是根据流量与扬程特定的公式计算出来的，不可能再增加，但是我认为，这种老式的水轮机发电装置的发电方式，实际上浪费了大量的水力做功能量，如换一种水力作功方式，有可能会加大发电能量，本发明正是改变这千遍一律的水轮机发电装置而发明出了一种简单、实用、造价低廉、并可极大地增大发电能量的水冲击式水轮机发电动能装置。

发明内容

水冲击式水轮机发电动能装置，是一种利用高水流的冲力而发电的动能装置。当今的水轮机发电装置，是利用高水头下来的水流，冲入固定圆形的筒体，产生旋转的水流，使水流从旋转中心的孔洞旋转落下，挤动设置在旋转水流中心的水轮机叶轮旋转，将这旋转能量通过中心轴的传动，带动发电机旋转发出电能。对此我认为：高水头冲下来的水流，在刚冲下来时的冲击能量最大，但水流冲入固定的圆形

筒体侧边开始旋转时，其能量就相对减弱，而旋转至水流旋转中心，从中心的孔洞中旋转落下时，其能量又会减弱一部分，再用这旋转流下的水流，挤动设置在水流中心的水轮机叶轮旋转，产生旋转动能带动发电机发出电能。在这其中，显然高水头冲击下来的水流旋转冲力，旋转至中心时己大打了折扣，再用其从中心孔洞中旋转流下的水流去挤动(而不是冲动)水轮机叶轮旋转，这又将浪费了大量的水流与水流冲力，这就是当今水轮机发电装置，需要有高水头大流量的水流的根本所在。

那么我们可不可以利用一种新型的立式水轮机，在这水轮机的周边设置着许多个均匀的斗形水箱，使俯冲下来的水流量呈70度角度，直接冲击到立式水轮侧边的箱体中，促使这立式水轮，直接产生极大的旋转能量。而又由于从上而下的水流是直接冲击到立式水轮侧边的斗型箱体中，因而，立式水轮就可以做得很大，这又加大了水轮侧边水箱至水轮中心轴的力矩，从而可以翻倍地增大其中心轴的旋转扭力，再加上水流直接冲击到立式水轮上部侧边的水箱中，那么这一水轮上部侧边水箱依次而下的下部重叠水箱，都将储存着流水，直至底部逐一落下，由此，这侧边重叠水箱中的储存流水，也就自然又产生了重力，更加快了立式水轮的旋转与能量。

综上所述足已说明，本冲击式水轮机发电动能装置，是将由从上而下的水流，直接俯冲至立式水轮上部侧边的斗型水箱中的俯冲力，加上立式水轮侧边重叠的斗型箱体中的储水重力和水轮侧边的斗型箱体至水轮中轴心距离所产生的杠杆力矩的翻倍能量，三种能量结合

为一体的中轴旋转功能，促使发电机发出强大电能。

水冲击式水轮机结构十分简单，它是由水冲击式立式水轮、水轮机座体、水轮机罩体、中轴、两个轴承座，底部座架、底部流水槽道、和传动皮带轮或传动齿轮共八个部件所组成。具体分别说明如下。

1、立式水轮说明：

这是本水冲击式水轮机的关健部件(如图1、图2、图3、图4中所示)，它的直径大小是根据水流扬程的高低决定的，其水轮宽度是根据流水量的大小决定的，如扬程在在100米以上，其立式水轮直径可设定在30米以内，因为越大的水轮转速越慢，再加上30米直径的水轮，它的侧边箱体与中轴心的杠杆力矩至少为13米，也就是说，中轴的旋转扭力，是水轮侧边所受的水流冲力的13倍之多，如是大流量的水流冲力，也许也没有这么大功率的配套发电机了，因此设定为30直径以内的立式水轮应该是完全达到要求的(但如还需加大也不是不能做到，这就要根据其水流量的大小来决定了)。立式水轮的宽度在正常情况下应是水轮半径的0.5倍至0.6倍为宜(见图4中的尺寸标准)，但它也可以根据水流量的大小决定其宽度，而立式水轮侧边箱体的数量，在小型的水轮中以16个为宜(如图3中所示)，他在直径大于4米以上的水轮，可逐步按20个、24个、30个、36个、45个等级逐步增加，而水轮侧边箱体的深度，也就是水箱的最底部按轴心垂直至水轮周边的深度，一般设置是在水轮半径的0.25倍至0.4倍为宜，另外，由于本水轮是一个冲击式的立式水轮，为使水轮以最快的速度旋转，冲击下来的水流设置为70角度直线冲击至水轮

斜式水箱中为最佳角度，而水箱与水箱之间的隔板也必须是直线型的，它最顶部侧边第一个接受水流冲击的斜式水箱也是为70度(如图3中的(8)所示)。

2、水轮机座体说明：

水轮机座体(如图5中的(A2)所示)，是包裹着立式水轮下部周边，和用中轴架空立式水轮的水轮机座体，它的里部周边均与立式水轮有着一定距离，使立式水轮可以自由旋转，在它的上部周边有着一道平面结实的台板条，在台板条两侧边中部，各有着较宽的可安装轴承座的平台板，(如图7所示)在其两边下部有着斜式支撑杆支撑着平台板(如图6中(20)所示)

3、水轮机罩体说明：

水轮机罩体是罩在立式水轮的上部与水轮机座体相接合的半圆矩型罩体，它的作用是保护立式水轮上部和固定水流口的位置与流量，因此在这水轮罩体的上部侧边设置了一个呈70角度的斜式进水口筒体(如图8中的(18)所示)在进水口筒体的上部设置了一法兰盘，便于栓接进水管之用。进水口的宽度约计是立式水轮宽度的三分之二宽，其截面积约是水箱口横截面积的二分之一，呈椭圆形，其高度高于水轮罩体10公分至60公分之内。水轮机罩体的底部周边的外边体，稍小于水轮机座体的里部周边，因此它可以安放入水轮机座体少许，由此可以阻止罩体里部的少量流水从接合部处外泄。水轮机罩体底部四周有着一条连接平板条，用于与水轮机座体栓接。

4、水轮机底部座架说明：

水轮机底部座架是一个独立件，它是用混凝土固定在流水槽道的地面上，将水轮机用螺栓固定在座架体之上。

5、水轮机底部流水槽道说明：

水轮机底部流水槽道，是事先在安放水轮机的底部挖出一个流水槽道，是用金属板或混凝土修建而成的流水槽道。

6、其它独立配件说明：

(1)中心轴，是个需要特别加工的独立件。

(2)两个轴承座，是两个需要购买的独立配件。

(3)传动皮带轮或齿轮。这是安装在中心轴上的传动配件，它是将立式水轮上的旋转动能，传递给变速皮带轮或变速齿轮箱体中，再将动能传递给发电机发出电能。

附图说明

图1是立式水轮外向侧面图；

图2是立式水轮外向端面图；

图3是图1中A-A剖面结构图；

图4是图2中B-B剖面结构图；

图5是冲击式水轮机侧向视图；

图6是冲击式水轮机端向视图；

图7是冲击式水轮机的俯视平面图；

图8是冲击式水轮机的底部架体平面图。

图中：

1是中心轴

2是中轴外侧加强焊接圈

3是中心外部护板

4是立式水轮侧边大板

5是立式水轮侧边圆形护板

6是立式水轮顶部圆周护边条

7是进水口护边条

8是水箱分隔板

9是水箱底板

10是水箱底板加强焊条

11是水箱底部圆形圈板

12是水箱底部第一道圆形内架圈杆

13是水箱底部圆形内架支撑杆

14是水箱底部第二道圆形内架圈杆

15是水箱底部第三道圆形内架圈杆

16是中轴套管

17是水轮机罩体上部进水口法兰盘

18是水轮机罩体上部进水口筒体

19是水轮机罩体壳体板

20是水轮机罩体底部周边平面连接板

21是水轮机座体上部周边平面连接台板

22是水轮机座体角边护角条

23是水轮机侧边加强条

24是水轮机座体中部支撑条

25是水轮机座体底部平行护杆

26是水轮机罩体中部加强条

27是水轮机罩体侧边加强条

28是水轮机罩体边角护角条

29是水轮机端面横向加强条

A1是立式水轮

A2是水轮机座体

A3是水轮机罩体

A4水轮机底部座架

A5是轴承座

A6是中心轴

A7是水轮机下部流水槽道

A8是动力传动皮带轮或齿轮

具体实施方式

下面结合附图以最佳实施例对本发明做进一步详细说明：

本发明是一种利用高水头俯冲而下的水流，直接冲击到立式水轮侧边斜式箱体中的一种水冲击式水轮机发电动能装置，它比当今水轮机发电装置有着更大的发电能量和节约数倍水利资源等优势，并且还有着结构简单，容易制造、造价低廉等特点，是一种可能改朝换代的新型水力发电动能装置。因为现今的水力发电装置需要花费巨额资金修建大坝，和安装复杂的水轮机发电装置，但是本水冲击水轮发电装置，可以不修建大坝，只是将高处的水流用管道接至水冲击式水轮机的顶部，从上而下的水流就可以直接冲入立式水轮机的侧边顶部，即可产生强大旋转扭力，带动发电机发出强大电能，这是由于冲击式水轮机并不需要有大量的水流，对于这一问题的说明可与现行的三峡电站的发电机组进行对比说明：

现在的三峡电站，每台机组的流量是每秒钟为800立方米至1000立方米，高差为110米至137米，这么大的高差、大流量的水流发出的电量才能达到每小时70万千瓦至80万千瓦的电量。那么，如用本水冲击式水轮机发电动能装置，在同等水头扬程的条件下，我们只需要做一个直径为30米的立式水轮机，其中立式水轮直径为28米，水轮宽度为12米，周边水箱深度为5米，安装在水头扬程下90米(除去立式水轮机的高度)，根据这一水轮，我们只需要有每秒钟为150立方米的流水量计算其发电量。

根据牛顿加速度定律计算，水头为90米，乘以150立方米水流为：90x150x9.8(牛顿)＝13.2万重力，这一数字显然太小，但是它是直接冲击到立式水轮的顶部侧边以70角度俯冲而下，它的能量直接产生旋转扭力，再加上半径为14米的立式水轮，中心至侧边水箱的计算力矩为11.5米，现按其11米计算，也就是它轴心的旋转扭力可以增加11倍，即为13.2x11＝145万扭力，再乘以0.7的发电系数，每小时为101.6万千瓦电能，如再加上立式水轮侧边水箱的重力，那么这150立方米的高差流水就可以发出每小时远远大于100万千瓦以上的电能，(但现在还没有超过100万千瓦的发电机)。

根据这一事例，水冲击式水轮机发电站，可以在同等扬程的条件下，至少要比三峡电站的水轮机发电装置节约6倍以上的水利资源，而其造价还只是水轮机发电站的十分之一还少，并且还可以在半年内建成发电。因此说水冲击式水轮机发电动能装置是现今水轮机发电动能装置的改朝换代产品！

Claims (4)

1.水冲击式水轮机发电动能装置，其特征在于：它是由水冲击式立式水轮、水轮箱体座体、设有进水口的水轮罩体三大部件所组成，水冲击式立式水轮安装在水轮箱体座体上，由设有进水口的水轮罩体罩住，组成了一个水冲击式水轮机。

2.如权利要求1所述的水冲击式水轮机发电动能装置，其特征在于所述的设有进水口的水轮罩体，其进水口设置在水轮罩体侧边上部，为20公分以上的呈70度角度的筒体进水口。

3.如权利要求1所述的水冲击式水轮机发电动能装置，其特征在于，所述的水冲击式立式水水轮，是一个在其水轮的周边，设置有多个斜向的直板斗型箱体，该箱体侧边的直板，旋转至水轮罩体上部的进水口下部时，正好与呈70度角度的筒体进水口的侧边，成一条直线，其箱体底部是一块与箱体侧边板成直角的平板，它以承接高扬程的俯冲水流，与其水轮侧边的水箱至水轮中心的杠杆力距，共同产生了强大的旋转动能，带动发电机发出电能的动能模式。

4.如权利要求1所述的水冲击式水轮机发电动能装置，其特征在于，所述的水轮箱体座体是一个没有底板、其两边侧边板上部中间，设置有轴承座的水轮箱体座体。

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