CN1777749A

CN1777749A - 水轮电机

Info

Publication number: CN1777749A
Application number: CNA2004800105667A
Authority: CN
Inventors: 弗拉迪斯拉夫·克日热克; 扬·马采克
Original assignee: PETER BOTEK
Current assignee: PETER BOTEK
Priority date: 2003-04-30
Filing date: 2004-04-30
Publication date: 2006-05-24

Abstract

水轮电机包括位于轮(5)前方的出口装置(1)和位于轮(5)之下的排出装置(6)，其能够在旋转轴(18)上旋转并且桨(4)被固定于其上。轮(5)的和等压桨(4)的所有点在平面(21)上方有较大距离或零距离，该平面(21)与平面(19)相同或者较低，同时平行于限制含水的排出装置(6)空间的上位的平面(19)。出口装置(1)的轴(2)被指引于等压桨(4)上，轮(5)的旋转轴(18)是在垂直、水平或倾斜位置中。

Description

水轮电机

技术领域

本技术方案涉及用于将水流的液能势能改变为机械能的设备，其具有将能量进一步转换为另一形式的可能。

背景技术

当前世界上使用有很多类型的设备，用于将水流的液能势能转换为机械能，其具有将此能量进一步转换为另一形式的可能。根据其设计和能量转换形式，它们被分成水轮和水涡轮。

水轮由上、中和下驱动来激励。具有上驱动的水轮使用水的势能。它们是桶型的，在上和下水位之间旋转。来自上位的水流入到桶中，并且通过水的重力来转动所述轮；水在下位上流出。具有上驱动的水轮的操作条件是：水位差从3到12m，水流速从0.3到1.0m³·s^-1。

具有中驱动和下驱动的水轮是桨型的，它们旋转轴在下位上方，并且水轮桨通过在下流中涉水来从水中取得能量，其是由来自上位的涌流(stream)产生的。具有中驱动的水轮一部分使用势能一部分使用近似地在水轮旋转轴的水准处在水轮桨之间涌动的水的动能。它们由Sagebien、Zuppinger和Piccard轮表示。具有下驱动的水轮仅使用在水轮下部的切线方向的水轮桨之间流动的水的动能。此类型的表示是Poncelet轮。

水轮桨是平面的，或者在垂直于水轮旋转轴的平面中轻微弯曲。具有中和下驱动的水轮的操作条件是：水位差从0.5到4.0m，流速从0.5到4.0m³·s^-1。所有水轮的效率从60％变至70％。水轮的优点是其简单设计和低价。它们的缺点是其低效率以及小范围的操作条件。低效率是由桨形以及它们在水中涉水的阻力造成的。小范围的操作条件是由水轮尺度和水位差之间的关系造成的。

根据它们使用的液能类型，水涡轮被分类为等压(isobaric)和过压类型，并且根据涡轮水流方向而分类为径向、轴向、径-轴、对角、切向，其具有斜流和双流。等压涡轮-Pelton和Banki涡轮，利用水动能。

Pelton涡轮是切向型的。水经由其端上具有喷嘴的压力管来提供，其中：其压力能量被转换成动能，水流沿着涡轮转子周围在空间成型的涡轮桨上在切向上被喷射。涡轮转子在下水位上方在空中旋转。旋转轴可以是水平和垂直的。操作范围是：水位差从30到900m，流速从0.02到1.0m³·s^-1。效率上移到91％。

具有经过桨轮的双径向流的Banki涡轮具有水平旋转轴。轮桨从自调节瓣(flap)涌出的水中取得动能，其紧接地位于涡轮上方。操作条件是：水位差从1.5到50m，流速从0.02到1.5m³·s^-1。效率上移到85％。

水过压涡轮的代表是：Kaplan涡轮、Francisci涡轮以及其不同改型，例如所谓的推进器或者吸式涡轮。

Kaplan涡轮是轴向型的。操作条件是：水位差从1.5到75m，流速从0.2到20m³·s^-1。效率从88％移到95％。

Francis涡轮是径-轴型的。操作范围是：水位差从10到400m，流速从0.05到15m³·s^-1。效率从88％移到95％。

水涡轮的优点是大范围操作条件和较高效率。它们的缺点是复杂设备和高价格。

发明内容

在提出的技术方案中，水轮的优点，简单的设计和低廉的价格，与水涡轮的优点相组合；水轮电机，用于水流的液能势能的能量利用，包括出口装置、排出装置、轮和固定于轮的等压桨，其能够绕着旋转轴旋转。

具有固定式等压桨的轮绕着其旋转轴旋转，并且相关于排出装置而具有这样的位置，所有桨点在平面上方有零或较大距离，该平面与限制含水的排出装置空间的平面是相同或者较低并且同时平行的。

具有等压桨的轮的旋转轴可以是垂直、水平或倾斜的。

出口装置，由于其形状以及其轴相关于等压桨轮的位置，将由液-能水势能产生的水流导引到固定于轮的等压桨。

等压桨从在其上涌动的水中取得动能，并且在其上施加力，并且它们能够将此能量改变为轮旋转移动的机械能。等压桨由于其形状、大小、关于水流的位置、方向、其轨道形状以及其移动对于水流的相对速度，确定动态水能到机械能的转换效率。

该轮设计使得能够借助等压桨从动态水能中得到的其旋转移动能量进一步传送到其他技术设备。

由等压轮桨上的出口设备导引的水流，在将其动能赋给等压轮桨之后，从等压轮桨降落到水表面上，其与限制含水的排出装置空间的平面是相同或者较低并且同时平行的，该排出装置位于轮之下。

附图说明

图1-说明水轮电机的技术方案本质的图。

图2-小型水-电功率装置，具有入口通道、压力轴以及带有水平旋转轴的水轮电机。

图3-小型水-电功率装置，具有入口通道、压力轴以及带有垂直旋转轴的水轮电机。

图4-小型水-电功率装置，具有入口通道、水滑(slip)以及具有水平旋转轴的水轮电机。

图5-小型水-电功率装置，具有由钢闸(damper)提起的水位和带有水平旋转轴的四个独立水轮电机。

图6-水流堰(weir)上的小型水-电功率装置，具有带有垂直旋转轴的水轮电机。

图7-提起的堰上的小型水-电功率装置，具有带有水平旋转轴的水轮电机。

图8-水流钢闸上方的溢流上的小型水-电功率装置，具有带有水平旋转轴的水轮电机。

具体实施方式

图2中提出的技术方案曾被用于微装置范畴的小型水-电功率装置的设计，具有2.8m位差，流速从0.125到1.0m³·s^-1，具有22kW安装容量。图2中的设备包括上水位入口通道3、压力轴12、调节出口装置1、出口设备1的漂浮物调节器11、固定在具有水平旋转轴18的轮5上的等压桨4、排出装置6、摩擦传送7、发电机8、微-电功率装置9的电部分和设备承载框10。

用于上位的入口通道3将水导入压力轴12中，其中水是通过水柱流体静压力的作用，在轮5的等压桨4上，在出口装置1的轴2的方向上，经由出口装置1喷射，其在设备框10中在嵌于水平旋转轴18上的轮15上产生转矩。该转矩经由摩擦传送7从轮5传送到发电机8。来自桨4的水落到水面上，其与平面21相同，这是与平面19相同或者是在较低位置且同时平行于平面19，平面19限制了含水排出装置6的上位。微电功率装置的电部分9确保了用于发电机8连接到公共电网中所需要的技术参数。漂浮物调节器11通过调节出口装置1来保持恒定的上水位3，不考虑入口通道中的水供应。

图3中提出的技术方案用于微装置范畴的小型水-电功率装置的设计，具有2.0m位差，流速从0.25到2.0m³·s^-1，且具有30kW安装容量。图3中的设备包括上水位入口通道3、压力轴12、调节出口装置1、具有光电水位传感器的出口设备1的调节器11、固定在具有垂直旋转轴18的轮5上的等压桨4、排出装置6、摩擦传送7、发电机8、微-电功率装置的电部分9和设备承载框10。

用于上位的入口通道3将水导引入压力轴12中，其中：水是通过水柱流体静压力，在轮5的等压桨4上在出口装置1的轴2的方向上经由出口装置1喷射，其在设备框10中在嵌于垂直旋转轴18上的轮5上产生转矩。该转矩经由变速箱7从轮5传送到发电机8。来自桨4的水落到水面上，其与平面21相同，且这是与平面19相同的或者是在较低位置并且同时平行于平面19，其限制了包含排出装置6的水的上位。微电功率装置的电部分9确保了用于发电机8连接到公共电网中所需要的技术参数。具有光电水位传感器的出口装置1的调节器11通过调节该出口装置1来保持恒定的上水位3，不考虑入口通道中的水供应。

图4中提出的技术方案是用于微装置范畴的小型水-电功率装置的设计，具有14.0m位差，流速从0.035到0.28m³·s^-1，具有37kW安装容量。该设备是相对于在轮上的出口中实现的高的水速而设计的，从而轮转数与用于发电机的所需转数是相同的，并且速度变化是必要的。图4中的设备包括上水位入口通道3、水滑15、出口装置1、固定在具有水平旋转轴18的轮5的等压桨4、排出装置6、发电机8、微-电功率装置的电部分9、通道的承载结构13、设备承载框10。

用于上位的入口通道3将水引导到水滑15，其中：通过重力的作用，水能势能被改变成动能，其使得水在轮5的等压桨4上在出口装置1的轴2的方向上经由出口装置1喷射，其在设备框10中在嵌于水平旋转轴18上的轮5上产生转矩。该转矩从轮5传送到发电机8。来自桨4的水落到水面上，其与平面21相同，此与平面19相同或者是在较低位置且同时平行于平面19，其限制了含水排出装置6的上位。微电功率装置的电部分9保证用于发电机8连接到公共电网中所需的技术参数。

图5中提出的技术方案是用于小型水-电功率装置的设计，具有4.2m位差，流速0.375到12.0m³·s^-1，具有380kW安装容量。图5中的设备包括将坝提到上位3的水流、四个出口设备1、具有光电水位传感器的出口设备调节器11、具有固定式等压桨4和具有水平旋转轴18的四个轮5、排出装置6、四个摩擦传送7a、四个变速箱7b、四个发电机8、，微-电功率装置的9和设备承载框10的电部分。

通过提起上水位3而产生的水柱流体静力使得水在轮5的等压桨4上在出口装置1的轴2的方向上经由出口装置1喷射，其在轮5上产生转矩，该轮5在设备承载框10中嵌于水平旋转轴18上。转矩从轮5经由摩擦传送7a和变速箱7b传送到发电机8。来自桨4的水落到水表面上，其与平面21相同，且此与平面19相同或者是在较下位置，并且同时平行于平面19，其限制了含水排出装置6的上位。微电功率装置的电部分9保证用于发电机8连接到公共电网中所需的技术参数。具有光电水位传感器的出口装置1的调节器11通过调节出口装置1来保持恒定的上水位3，不管对于提起坝的水流的水供应。

图6中提出的技术方案是用于堰上的小型水-电功率装置的设计，具有3.1m位差，流速从0.06到0.5m³·s^-1，具有11kW安装容量。图4中的设备包括入口水滑15、出口装置1、固定在具有垂直旋转轴18的轮5上的等压桨4、排出装置6、变速箱7、发电机8、微-电功率装置9和设备承载框10的电部分。

该堰提起上水位3，水在堰的上边缘上方流动，其中：通过重力的作用，落入水滑15中的水的液能势能被改变成动能，其使得水在轮5的等压桨4上在出口装置1的轴2的方向上经由出口装置1喷射，其在轮5上产生转矩，该轮5在设备承载框10中嵌于垂直旋转轴18上。该转矩从轮5经由变速箱7传送到发电机8。来自桨4的水落到水表面上，其与平面21相同，且此与平面19相同或者是在较下位置，同时平行于平面19，其限制了含水排出装置6的上位。微电功率装置的电部分9保证用于发电机8连接到公共电网中所需的技术参数。

图7中提出的技术方案是用于流动上的灌溉设备的设计，具有2.2m位差，流速2.2m³·s^-1，具有30m排出高度和100ltrs/s容量。图7中的设备包括压力轴12、具有出口设备1的手动调节器11的出口装置1、固定在具有水平旋转轴18的轮5上的等压桨4、排出装置6、具有变速箱7的水离心泵16、具有过滤器的吸入管17、排放管14和设备承载框10。

所述流动提起与压力轴12连接的上水位3，其中：通过水柱静压力的作用，水在轮5的等压桨4上在出口装置1的轴2的方向上经由出口装置1喷射，其在轮5上产生转矩，该轮5在设备承载框10中嵌于水平旋转轴18上。该转矩从离心水泵16上的轮5经由变速箱7传送，该水泵经由具有过滤器17的吸管从提起的水位空间吸水，并且经由排放管14将其排到农业灌溉系统中。来自桨4的水落到水表面上，其与平面21相同，且此与平面19相同或者是在较下位置，同时平行于平面19，其限制了含水排出装置6的上位。设备输出由出口装置1的手动调节器11控制。

图8中提出的技术方案是用于现有堰上的微水-电功率装置的设计，具有3.0m位差，流速0.125到1.0m³·s^-1，具有22.5kW安装容量。图8中的设备包括用作为出口装置1的水流导引、固定在具有水平旋转轴18的轮5上的等压桨4、排出装置6、带传送7、发电机8、微-电功率装置9和可移动设备承载框10的电部分。

该堰提起上水位3，水在堰的上边缘上方流动，其中：落下的水液能势能被改变成动能，其使得水在轮5的等压桨4上在出口装置1的轴2的方向上经由水流导引喷射，实现了出口装置1的功能，其在轮5上产生转矩，该轮5在可移动设备承载框10中嵌于水平旋转轴18上。转矩从轮5经由带传送7传送到发电机8。来自桨4的水落到水表面上，其与平面21相同，且此与平面19相同或者是在较下位置，同时平行于平面19，其限制了含水排出装置6的上位。微电功率装置的电部分9保证用于发电机8连接到公共电网中所需的技术参数。可移动设备承载框10与闸的机械连接保证了其手动定位，从下落的水被引入水流导引中，实现了出口装置1的功能，不管哪个是闸位置。

工业实用性

所提出的技术方案，水轮电机，可用于现场的设备机械驱动，在该现场中液能势能在所需的操作条件范围中是可用的。

Claims

1.一种水轮电机，包括位于轮前方的出口装置和位于轮之下的排出装置，其能够在旋转轴上旋转并且桨被固定于其上，其特征在于桨(4)是等压的。

2.根据权利要求1的水轮电机，其特征在于，轮(5)的和等压桨(4)的所有点在平面(21)上方有较大距离或零距离，该平面(21)与平面(19)相同或者较低且同时平行于限制含水的排出装置(6)空间的上位的平面(19)。

3.根据权利要求1的水轮电机，其特征在于，出口装置(1)的轴(2)被指引于等压桨(4)上。

4.根据权利要求1的水轮电机，其特征在于，轮(5)的旋转轴(18)是在垂直、水平或倾斜位置中。