CN203394678U - 直接水轮发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种直接水轮发电机，包括管道、水轮机和定子部件；所述定子部件设置于管道内壁上，所述水轮机沿管道轴向设置于管道内腔；所述水轮机的轴向线与管道内腔的轴向线重合；所述水轮机外围圆周均匀布置的若干永久磁铁，使得定子部件在水轮机旋转时切割永久磁铁的磁感线。本实用新型直接将水轮机与发电机转子合二为一，结构变得非常紧凑，省掉所有的传动装置，不但制造成本可大幅降低，而且可获得更高的发电效率；导水机构结构比较简单，需要将装置整体安装在水中，也就不考虑将整个装置密封，其结构紧凑。适合在江河、海洋，平流水环境中发电，发电效率高。

Description

直接水轮发电机

技术领域

本实用新型涉及水力发电机领域，特别涉及一种直接水轮发电机。

背景技术

在采用新能源的技术中，水力发电技术受到广泛的关注，其原理是通过流动的水，对水轮做功来实现水力发电；一般包括水轮、水力发电机、抽水泵机、高位水塔、充灌水口和电能管理等组成，结构比较复杂，成本非常高；修建水电站还必须根据具体的地理条件进行，水力发电必需建坝及具备水流落差，水力发电必需依赖、大量水资源，必需改变、影响大量水资源生态环境。目前的水轮发电机通过水轮机来带动发电机转子，结构比较复杂，需要传动装置，不但制造成本高，而且发电效率也比较低。

因此急需一种结构简单紧凑和发电效率高的水力发电机的设备。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构简单紧凑和发电效率高的水力发电机的设备。

本实用新型的目的是这样实现的：

本实用新型提供的直接水轮发电机，包括管道、水轮机和定子部件；所述定子部件设置于管道内壁上，所述水轮机沿管道轴向设置于管道内腔；所述水轮机的轴向线与管道内腔的轴向线重合；所述水轮机外围圆周均匀布置的若干永久磁铁，使得定子部件在水轮机旋转时切割永久磁铁的磁感线。

进一步，所述管道前端设置有敞口形的进水口，所述管道尾部设置有尾水管。

进一步，所述水轮机靠近管道进水端处设置有水轮发电机转子前端轴承支架和靠近尾水管端设置有水轮机后端轴承支架，所述水轮发电机转子前端轴承支架和水轮机后端轴承支架一端固定于水轮机的轴上，另一端固定于管道壁。

进一步，所述定子部件包括定子端盖、定子线圈和定子铁芯；所述定子铁芯固定于管道壁上，所述定子线圈设置于定子铁芯上，所述定子端盖通过定子端盖螺栓固定于管道壁上。

进一步，所述管道内腔侧的定子部件设置有隔水环。

进一步，所述水轮机进水端还设置有进水端导水锥，所述水轮机出水端还设置有泄水锥。

进一步，所述管道的进水端还设置有导水机构，所述导水机构包括环形安装座、调节控制电机、减速机、主动齿轮、传动主轴、从动齿轮、环形齿轮、导水叶和导水锥；所述环形安装座的直径与管道直径匹配；所述调节控制电机设置于环形安装座上，所述减速机与调节控制电机的轴连接；所述主动齿轮通过传动主轴与减速机连接；所述环形齿轮沿环形安装座圆周方向设置，所述从动齿轮与环形齿轮啮合连接；所述从动齿轮分别与导水叶的轴连接；所述导水锥设置于环形安装座中心轴处。

进一步，所述环形安装座沿圆周方向设置有环形齿轮槽，所述环形齿轮设置于环形齿轮槽中，所述环形齿轮槽沿圆周方向设置有环形齿轮固定盖板。

进一步，所述导水叶通过导水叶定位轴沿环形安装座径向设置，所述导水叶定位轴一端设置于导水锥上，另一端设置于环形安装座上，所述导水叶设置于导水叶定位轴上。

本实用新型的优点在于：本实用新型直接将水轮机与发电机转子合二为一，结构变得非常紧凑，省掉所有的传动装置，不但制造成本可大幅降低，而且可获得更高的发电效率；水轮发电机转子前后端轴承支架，既有轴承支撑作用，还可将其调整固定到最佳角度，起到导水板的作用；导水锥避免了水轮机前端轴承机构产生阻力，形成涡流和紊流，保证水流密度稳定的冲击导水叶，泄水锥配合引导从转轮叶片出口的水流，平顺扩散流出尾水管，使水轮机达到较佳的运转效果。

另外，导水机构结构比较简单，需要将装置整体安装在水中，也就不考虑将整个装置密封，其结构紧凑。在江河、海洋，平流水环境中发电，浮管式水力发电机，因其整体长期安装在流水中，为提高发电效率，满足综合使用功能，任然需要一种结构紧凑、安装密封方便的导水机构。

导水机构改变导叶出口角度使得水轮机桨叶更加协调高效，可以根据电力系统所需功率水轮机流量来控制功率，在平流水流速、电站水头变化时控制水轮机流量以保证电力稳定。本导水机构是通过控制信号控制调节控制电机，通过减速机将大扭矩低转速旋转方向经输出轴驱动主动齿轮，经环形齿轮带动安装在导水机构钢圈上的全部从动齿轮，全部主动从动齿轮同时按给定的方向和角度转动，并通过导水叶轴与导水叶一起转动到指定角度，即完成本次导水控制；而后在流速变化导致发电机输出变化的电信号，在自动控制器的作用下，自动经由控制电机、减速机等自动调节所需角度，保证发电及电力稳定。在发电机需要关闭时，关闭导叶减少水流量，避免甩负荷时产生飞逸转速。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述，其中：

图1为本实用新型实施例提供的直接水轮发电机的横向截面图；

图2为本实用新型实施例提供的直接水轮发电机的纵向截面图；

图3为本实用新型实施例提供的导水机构结构的纵向截面图；

图4为本实用新型实施例提供的导水机构结构的横向截面图。

图中，定子铁芯1、定子端盖2、机座螺栓3、水轮发电机机座4、连接螺栓5、尾水管6、水轮机后端轴承支架7、水轮轴承8、泄水锥9、间隙10、11、定子外套12、气隙13、水轮机轴套14、水轮机前端轴承15、导水锥16、水轮机叶片17、水轮发电机转子前端轴承支架18、进水端19、进水端连接螺栓20、定子线圈21、定子端盖螺栓22、永久磁铁23、水轮机外圈（发电机转子）24、水轮机轴25、隔水环26；调节控制电机31、减速机32、传动主轴33、减速机座34、环形安装座35、导水叶安装定位套36、从动齿轮37、导水叶定位轴台阶38、导水叶39、导水机构导水锥40、导水叶主轴安装定位套41、环形齿轮42、环形齿轮槽43、减速及安装螺栓44、导水叶定位轴45、导水叶内固定套46、主动齿轮47、导水叶内固定套盖板48、内轴固定卡簧49、环形齿轮固定盖板50。

具体实施方式

以下将结合附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本实用新型，而不是为了限制本实用新型的保护范围。

图1为本实用新型实施例提供的直接水轮发电机的横向截面图，图2为本实用新型实施例提供的直接水轮发电机的纵向截面图，图3为本实用新型实施例提供的导水机构结构的纵向截面图，图4为本实用新型实施例提供的导水机构结构的横向截面图，如图所示：本实用新型提供的直接水轮发电机，包括管道、水轮机和定子部件；所述定子部件设置于管道内壁上，所述水轮机沿管道轴向设置于管道内腔；所述水轮机的轴向线与管道内腔的轴向线重合；所述水轮机外围圆周均匀布置的若干永久磁铁，使得定子部件在水轮机旋转时切割永久磁铁的磁感线。

所述管道前端设置有敞口形的进水口，所述管道尾部设置有尾水管6。

所述水轮机靠近管道进水端处设置有水轮发电机转子前端轴承支架18和靠近尾水管端设置有水轮机后端轴承支架7，所述水轮发电机转子前端轴承支架18和水轮机后端轴承支架7一端固定于水轮机的轴上，另一端固定于管道壁，水轮机后端轴承支架7和水轮发电机转子前端轴承支架18与水轮机之间留有适当的间隙10，在水轮机和定子部件之间留有适当的间隙11。

所述定子部件包括定子端盖2、定子线圈21和定子铁芯1；所述定子铁芯固定于管道壁上，所述定子线圈设置于定子铁芯上，所述定子端盖通过定子端盖螺栓22固定于管道壁上，该定子端盖螺栓22为机座螺栓3，设置于管道上的水轮发电机机座4通过连接螺栓5固定，水轮机通过水轮轴承8固定，水轮机和定子部件之间设置有气隙13，定子部件外部设置有定子外套12用于保护定子部件。水轮机的叶片17设置于水轮机轴套14上，水轮机前端设置有水轮机前端轴承15，

所述水轮机进水端19还设置有进水端导水锥16，所述水轮机出水端还设置有泄水锥9，进水端19处设置有进水端连接螺栓20用于固定进水端，所述管道内腔侧的定子部件设置有隔水环26。

所述管道的进水端还设置有导水机构，所述导水机构包括

环形安装座35、调节控制电机31、减速机32、主动齿轮47、传动主轴33、从动齿轮37、环形齿轮42、导水叶39和导水机构导水锥40；所述环形安装座采用钢圈，所述环形安装座的直径与管道直径匹配；

所述调节控制电机31设置于环形安装座35上，所述减速机32与调节控制电机31的轴连接；所述主动齿轮47通过传动主轴33与减速机32连接；所述环形齿轮42沿环形安装座35圆周方向设置，所述从动齿轮37与环形齿轮42啮合连接；所述从动齿轮37分别与导水叶39的轴连接；所述导水机构导水锥40设置于环形安装座35中心轴处。

所述环形安装座35沿圆周方向设置有环形齿轮槽43，所述环形齿轮35设置于环形齿轮槽43中，所述环形齿轮槽43沿圆周方向设置有环形齿轮固定盖板50。

所述导水叶39通过导水叶定位轴45沿环形安装座径向设置，所述导水叶定位轴45一端设置于导水机构导水锥40上，另一端设置于环形安装座上，所述导水叶设置于导水叶定位轴45上，导水叶定位轴45处设置有导水叶定位轴台阶38，在环形安装座35和减速机32之间设置有减速机座34，减速机座34通过减速及安装螺栓44固定，在减速机座34和减速机32之间设置有导水叶主轴安装定位套41，在导水叶定位轴45上设置有导水叶内固定套46和内轴固定卡簧49，内轴固定卡簧49用于固定导水叶39。

导水机构主要功能：改变导叶出口角度是水轮机桨叶更加协调高效，按电力系统所需功率水轮机流量控制功率，在平流水流速、电站水头变化时控制水轮机流量保证电力稳定。

本实施例提供的导水机构工作如下：通过控制信号控制调节控制电机，通过减速机将大扭矩低转速旋转方向经输出轴驱动主动齿轮，经环形齿轮带动安装在导水机构钢圈上的全部从动齿轮，全部主动从动齿轮同时按给定的方向和角度转动，并通过导水叶轴与导水叶一起转动到指定角度，即完成本次导水控制；而后在流速变化导致发电机输出变化的电信号，在自动控制器的作用下，自动经由控制电机、减速机等自动调节所需角度，保证发电及电力稳定。在发电机需要关闭时，关闭导叶减少水流量，避免甩负荷时产生飞逸转速。

本实施例提供的直接水轮发电机将水轮机与发电机转子合二为一，结构变得非常紧凑，省掉所有的传动装置，不但制造成本可大幅降低，而且可获得更高的发电效率。

本实施例提供的直接水轮发电机水轮机后端轴承支架7和水轮发电机转子前端轴承支架18，既有轴承支撑作用，还可将其调整固定到最佳角度，起到导水板的作用；导水锥16的设置主要为避免水轮机前端轴承机构产生阻力，形成涡流和紊流，保证水流密度稳定的冲击叶片17，泄水锥9配合引导从转轮叶片出口的水流，平顺扩散流出尾水管，使水轮机达到较佳的运转效果。

流水不断由进水端19流经水轮机从尾水管6流出，流水不断冲击叶片17使其绕水轮机轴25旋转，水轮机外圈24（发电机转子）随之旋转，水轮机外圈24转子外延一周均匀布置的若干永久磁铁23，在旋转中不断切割磁感线产生电流从而达到发电的作用。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.直接水轮发电机，其特征在于：包括管道、水轮机和定子部件；所述定子部件设置于管道内壁上，所述水轮机沿管道轴向设置于管道内腔；所述水轮机的轴向线与管道内腔的轴向线重合；所述水轮机外围圆周均匀布置的若干永久磁铁，使得定子部件在水轮机旋转时切割永久磁铁的磁感线。

2.根据权利要求1所述的直接水轮发电机，其特征在于：所述管道的前端设置有敞口形的进水口，所述管道的尾部设置有尾水管。

3.根据权利要求1所述的直接水轮发电机，其特征在于：所述水轮机靠近管道进水端处设置有水轮发电机转子前端轴承支架和靠近尾水管端设置有水轮机后端轴承支架，所述水轮发电机转子前端轴承支架和水轮机后端轴承支架一端固定于水轮机的轴上，另一端固定于管道壁。

4.根据权利要求1所述的直接水轮发电机，其特征在于：所述定子部件包括定子端盖、定子线圈和定子铁芯；所述定子铁芯固定于管道壁上，所述定子线圈设置于定子铁芯上，所述定子端盖通过定子端盖螺栓固定于管道壁上。

5.根据权利要求1所述的直接水轮发电机，其特征在于：所述管道内腔侧的定子部件设置有隔水环。

6.根据权利要求1所述的直接水轮发电机，其特征在于：所述水轮机进水端还设置有进水端导水锥，所述水轮机出水端还设置有泄水锥。

7.根据权利要求1所述的直接水轮发电机，其特征在于：所述管道的进水端还设置有导水机构，所述导水机构包括环形安装座、调节控制电机、减速机、主动齿轮、传动主轴、从动齿轮、环形齿轮、导水叶和导水锥；所述环形安装座的直径与管道直径匹配；所述调节控制电机设置于环形安装座上，所述减速机与调节控制电机的轴连接；所述主动齿轮通过传动主轴与减速机连接；所述环形齿轮沿环形安装座圆周方向设置，所述从动齿轮与环形齿轮啮合连接；所述从动齿轮分别与导水叶的轴连接；所述导水锥设置于环形安装座中心轴处。

8.根据权利要求7所述的直接水轮发电机，其特征在于：所述环形安装座沿圆周方向设置有环形齿轮槽，所述环形齿轮设置于环形齿轮槽中，所述环形齿轮槽沿圆周方向设置有环形齿轮固定盖板。

9.根据权利要求7所述的直接水轮发电机，其特征在于：所述导水叶通过导水叶定位轴沿环形安装座径向设置，所述导水叶定位轴一端设置于导水锥上，另一端设置于环形安装座上，所述导水叶设置于导水叶定位轴上。

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