CN201763503U - 冲击式双转轮水轮机发电装置 - Google Patents

冲击式双转轮水轮机发电装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种冲击式双转轮水轮机发电装置，包括安装有左喷嘴(2)、左转轮(3)和左转轮轴(4)的左冲击式水轮机(1)、安装有右转轮轴(7)、右喷嘴(8)和右转轮(9)的右冲击式水轮机(10)以及发电机外转子(5)和发电机内转子(6)，其特征在于，所述左冲击式水轮机(1)的左转轮(3)通过左转轮轴(4)与发电机外转子连接，右冲击式水轮机(10)的右转轮(9)通过右转轮轴(7)与发电机内转子连接，左转轮(3)与右转轮(9)对称布置且旋转方向相反；发电机内转子置于发电机外转子的内部。本实用新型双转轮冲击式水力发电装置的发电机出力可以提高2倍，使用流量的范围、电站负荷变动调整能力以及其运行稳定性均得到提高。

Description

冲击式双转轮水轮机发电装置
技术领域
本实用新型属于水力发电设备机械技术领域，具体涉及冲击式双转轮水轮机发电装置。
背景技术
水力发电工程、水力机械学科是一个具有悠久历史的学科。能源电力生产、电力设备、流体机械制造等都是国民经济的支柱行业，对社会的可持续发展有着举足轻重的作用。近年来随着经济的高速发展，能源紧缺矛盾日益突出，超梯度提高水力转轮水力性能、节能等被重视。
传统冲击式水轮机一般应用于高落差小流量发电机组使用，冲击式水轮机具有喷嘴及转轮，单转轮水轮机工作过程：高水头水流由引水管进入，经由喷嘴射入至转轮水斗内，流体能量由转轮及轴变换成机械能传给发电机转子继而转换成电能，做功后的水流由转轮流出至大气压下游。
可以通过增多喷嘴的数量加大水轮机流量的适用范围，通过调节设置于喷嘴内喷针的行程来调节流量。当前世界上最多为6喷嘴布置，喷嘴6个以上结构布置困难、射流干涉现象严重。带有高压能量的水射入转轮水斗，转轮带动主轴转动将水能转化成机械能，进而带动发电机发电输出电能。水斗沿转轮盘圆周均分布置，水斗个数依比转速不同而不同，约有16至18个。因技术原因我国使用至4喷嘴，多见使用单喷嘴或2喷嘴，限制了水轮机使用流量的范围，或说限制了电站的负荷变动调整能力。
当前国家重视发展水力发电，需求会继续增大不可估量，大型水轮机组一台价值在一亿元以上。因为冲击式水轮机所需的土木工程规模远比轴流式水轮机、混流式水轮机要小得多，因而成为当代选型热点。由于冲式水轮机电站不需要大量下挖工程，造价优势明显，近年来市场要求非常旺盛。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于提高冲击式水轮机的使用流量范围，提供一种冲击式双转轮水轮机发电装置。本装置为使用内外二重转子发电机的水力发电设备。发电机的左右或上下配备冲击式水轮机，例如左方水轮机使得外侧的转子顺时针旋转，右方的水轮机使得内侧转子逆时针旋转。由此，发电机的相对转速将为水轮机转速的2倍，亦即水轮机比转速可以提高2倍，当然发电机出力也会有2倍的提高。本实用新型的双转轮冲击式水力发电机组不仅可提高使用流量的范围、电站负荷变动调整能力、还可以提高其运行稳定性。
本实用新型目的通过以下方案来实现：
冲击式双转轮水轮机发电装置，包括安装有左喷嘴2、左转轮3和左转轮轴4的左冲击式水轮机1、安装有右转轮轴7、右喷嘴8和右转轮9的右冲击式水轮机10以及发电机外转子5和发电机内转子6，其特征在于，所述左冲击式水轮机1的左转轮3通过左转轮轴4与发电机外转子连接，右冲击式水轮机10的右转轮9通过右转轮轴7与发电机内转子连接，左转轮3与右转轮9对称布置且旋转方向相反；发电机内转子置于发电机外转子的内部。
所述左转轮轴4与发电机外转子5连接是左转轮轴与发电机外转子所在轴通过联轴节连接，所述右转轮轴7与发电机内转子6连接是右转轮轴与发电机内转子所在轴通过联轴节连接。
所述发电机外转子5和发电机内转子6均采用轴承支撑。
所述左转轮轴4与右转轮轴7的轴线在同一直线。左转轮3与右转轮9对称布置在冲击式双转轮水轮机发电装置的两端，水轮机左转轮与右转轮转向相反，两力矩被平衡所以振动非常小，有利于提高装置运行的稳定性；转速相反的双转子发电机切割磁力线的相对速度增加一倍。
当水流由上游有压进水管通过喷嘴流过水轮机转轮水斗时，产生的推动对水轮机转轮亦或主轴中心产生力矩使叶轮旋转，进而带动所连接的发电子转子旋转，切割磁力线发出电流。
所述水推动左转轮3、右转轮9做功后的出流由开敞式尾水池排出至下游。
本实用新型相对于现有技术所具有的优点及有益效果如下：
(1)双转轮可大幅度提高冲击式水轮机的使用流量。双转轮的冲击式水轮机将设计流量由左转轮与右转轮来分担，因此流量为传统单转轮水轮机流量的2倍，由于流量的增高出力亦可增加至2倍。
(2)本实用新型为内外二重转子发电机的水力发电设备，配备左右冲击式水轮机。例如左水轮机使得发电机外转子顺时针旋转，右水轮机使得发电机内转子逆时针旋转。由此，发电机的相对转速将为水轮机转速的2倍，亦即水轮机比转速可以提高2倍，当然发电机出力也会有2倍的提高。如果从电站出力一定来考虑，由于发电机内外转子互转则相对转速增加了一倍，那么发电机直径可以减小一倍，因而极大的减少了设备材料的使用，大大减少制造成本。
(3)水轮机左转轮与右转轮转向相反，两力矩被平衡所以振动非常小；转速相反的双转子发电机切割磁力线的相对速度增加一倍。
(4)可以根据不同的用水坏境及用电需求，适当调整水轮机喷嘴投入数量以及水轮机的单元参数，以适应电站极高的负荷变动调整能力。与单转轮冲击式水轮机相比，超宽范围的调节流量性能，亦即超强的负荷变动调整能力是本实用新型的明显的特点。
本实用新型的冲击式双转轮水轮机发电组工作过程：以左冲击式水轮机1为例：有压流体由进水管通过左水轮机喷嘴2流入左转轮3做功，由左转轴4转换为机械能至发电机外转子5；左转轮3转换了能量后水流流出至尾水池，依次流出至下游。右方转轮做功过程相同。其特点是：左转轮通过左转轴连接发电机外转子，右转轮通过右转轴连接发电机内转子，发电机内外转子转向相反，切割磁力线发出电流。
附图说明
图1为本实用新型的冲击式双转轮水轮机发电装置图。
图1中，左冲击式水轮机1、左喷嘴2、左转轮3、左转轮轴4、发电机外转子5、发电机内转子6、右转轮轴7、右喷嘴8、右转轮9、右冲击式水轮机10。
具体实施方式
如图1所示本实用新型冲击式双转轮水轮机发电装置，冲击式双转轮水轮机发电装置，包括安装有左喷嘴2、左转轮3和左转轮轴4的左冲击式水轮机1、安装有右转轮轴7、右喷嘴8和右转轮9的右冲击式水轮机10以及发电机外转子5和发电机内转子6，其特征在于，所述左冲击式水轮机1的左转轮3通过左转轮轴4与发电机外转子连接，右冲击式水轮机10的右转轮9通过右转轮轴7与发电机内转子连接，左转轮3与右转轮9对称布置且旋转方向相反；发电机内转子置于发电机外转子的内部。
所述左转轮轴4与发电机外转子5连接，是左转轮轴与发电机外转子所在轴通过联轴节连接，所述右转轮轴7与发电机内转子6连接是右转轮轴与发电机内转子所在轴通过联轴节连接。发电机外转子5和发电机内转子6均采用轴承支撑。左转轮轴4与右转轮轴7的轴线在同一直线。左转轮3与右转轮9对称布置在冲击式双转轮水轮机发电装置的两端，水轮机左转轮与右转轮转向相反，两力矩被平衡所以振动非常小，有利于提高装置运行的稳定性；转速相反的双转子发电机切割磁力线的相对速度增加一倍。
本实用新型的冲击式双转轮水轮机发电装置实施方式，以左冲击式水轮机1为例：有压流体由进水管通过左水轮机喷嘴2流入左转轮3做功，由左转轴4转换为机械能至发电机外转子5；左转轮3转换了能量后，水流流出至尾水池，依次流出至下游。右方转轮做功过程相同。其特点是：左转轮通过左转轴连接发电机外转子，右转轮通过右转轴连接发电机内转子，发电机内外转子转向相反，切割磁力线发出电流。
左右转轮有自己独立的转轴，可使用双转子发电机。双转轮最大的好处是可以设置2倍于单转轮的喷嘴数，对于机组大型化事半功倍。两个转轮使水轮机使承担流量及调节能力大幅度提高，可以根据不同的用水环境及用电需求，适当调整水轮机喷嘴投入数量及水轮机单元参数的大小，以适应电站极高的负荷变动调整能力。与单转轮冲击式水轮机相比，超宽范围的调节流量性能，亦即超强的负荷变动调整能力是本实用新型的明显的特点。即使在超大流量使用时，由于两转轮反转动量矩平衡因而具有超强的稳定性；双转轮冲击式水轮机具有结构紧凑、运转适应范围广、环境友好等优点。
本实用新型冲击式双转轮水轮机发电装置，最大的利益是可以设置2倍于单转轮的喷嘴数，对于机组大型化事半功倍。两个转轮可使承担流量能力大幅度提高。
这种双转轮冲击式水轮机有如下的优点：比转速高、流量大、广范围运行时效率性能好、射流干涉小、运行平稳。在出力一定条件下，满足相同的电压和转速，发电机组的尺寸可以大大缩小至一半，因而可大幅度地减少设备使用材料1/2左右及降低造价。

Claims (4)

1.冲击式双转轮水轮机发电装置，包括安装有左喷嘴(2)、左转轮(3)和左转轮轴(4)的左冲击式水轮机(1)、安装有右转轮轴(7)、右喷嘴(8)和右转轮(9)的右冲击式水轮机(10)以及发电机外转子(5)和发电机内转子(6)，其特征在于，所述左冲击式水轮机(1)的左转轮(3)通过左转轮轴(4)与发电机外转子连接，右冲击式水轮机(10)的右转轮(9)通过右转轮轴(7)与发电机内转子连接，左转轮(3)与右转轮(9)对称布置且旋转方向相反；发电机内转子置于发电机外转子的内部。
2.根据权利要求1所述的冲击式双转轮水轮机发电装置，其特征在于，所述左转轮轴(4)与发电机外转子(5)连接，是左转轮轴与发电机外转子所在轴通过联轴节连接，所述右转轮轴(7)与发电机内转子(6)连接，是右转轮轴与发电机内转子所在轴通过联轴节连接。
3.根据权利要求1所述的冲击式双转轮水轮机发电装置，其特征在于，所述发电机外转子(5)和发电机内转子(6)均采用轴承支撑。
4.根据权利要求1所述的冲击式双转轮水轮机发电装置，其特征在于，所述左转轮轴(4)与右转轮轴(7)的轴线在同一直线上。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN101922401A (zh) * 2010-08-20 2010-12-22 华南理工大学 冲击式双转轮水轮机发电装置
CN108667250A (zh) * 2018-04-28 2018-10-16 天津大学 双转子永磁同步波浪发电系统
CN111594371A (zh) * 2020-05-27 2020-08-28 葛孝宜 一种水轮发电装置

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