CN207554253U - 新型无中心轴水轮机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型无中心轴水轮机，包括转轮、上端轴及下端轴，所述转轮包括长轮叶、短轮叶及间隔设置的至少两个轮盘，所述长轮叶、所述短轮叶均为多片，相邻的两个轮盘通过所述长轮叶及所述短轮叶连接，所述长轮叶与所述短轮叶均沿周向间隔设置于所述轮盘上，所述长轮叶与所述短轮叶围成无中心轴空间，所述转轮的顶层轮盘用于通过所述上端轴与发电机传动连接，所述转轮的底层轮盘用于通过所述下端轴竖立于水下基础上。上述新型无中心轴水轮机，由于没有中心轴，水流在通过转轮中部时水力损失减少，同时水流的流动空间增大，流速加快，使得水流在通过无中心轴空间后，第二次冲击长轮叶、短轮叶的动能增大，可提高发电效率。

Description

新型无中心轴水轮机

技术领域

本实用新型涉及河水自然流动发电设备技术领域，特别是涉及一种新型无中心轴水轮机。

背景技术

我国江河流域未开发的低水头、微水头、现有水电站下游可资利用的直接流动的水力资源亟待开发。从能源一资源一环境一体化来考虑，河水直接流动发电项目可避免建筑大坝，移民损失，更有益于生态环境。开发水力资源，综合利用低成本的可再生能源，已经成为国内外学者研究的重要课题。

用于河水直接流动发电的水轮机中，贯流式、垂直轴螺旋型水轮机等在流量较低时发电，效率大大降低；此外，立轴Savonius型、Darriews型结构庞大，运行状态不够稳定，不能适应高效率发电，适用范围有限。传统的河水自然流动发电装置，在基础研究和工业运行等方面都存在流动的可控性差、水轮机效率低等问题，难以适应潮流变化及其流量较小时的水力发电需求。

发明内容

基于此，本实用新型在于克服现有技术的不足，提供一种发电效率高、结构简单的新型无中心轴水轮机。

其技术方案如下：

一种新型无中心轴水轮机，包括转轮、上端轴及下端轴，所述转轮包括长轮叶、短轮叶及间隔设置的至少两个轮盘，所述长轮叶、所述短轮叶均为多片，相邻的两个轮盘通过所述长轮叶及所述短轮叶连接，所述长轮叶与所述短轮叶均沿周向间隔设置于所述轮盘上，所述长轮叶与所述短轮叶围成无中心轴空间，所述转轮的顶层轮盘用于通过所述上端轴与发电机传动连接，所述转轮的底层轮盘用于通过所述下端轴竖立于水下基础上。

上述新型无中心轴水轮机，水流进入转轮后第一次冲击转轮的长轮叶与短轮叶，实现了第一次能量转换，随后水流由长轮叶与短轮叶之间的间隙进入无中心轴空间，由于没有中心轴，水流在通过转轮中部时水力损失减少，同时水流在长轮叶与短轮叶之间的间隙内流动空间增大，流速加快，使第一次冲击叶片后的水流速度加快，并使得水流在通过无中心轴空间后，第二次冲击长轮叶、短轮叶的动能增大，从而提高了新型无中心轴水轮机的效率。

进一步地，所述轮盘为多个，相邻的两个轮盘之间形成导流通道，所述转轮上设有至少四个导流通道。

进一步地，所述短轮叶沿所述轮盘的径向的长度小于所述长轮叶沿所述轮盘的径向的长度，所述长轮叶与所述短轮叶的外侧边位于同一圆柱面上，所述长轮叶与所述短轮叶均为弧形叶片。

进一步地，所述转轮直径为0.5m～6m，所述转轮的高度为0.5m～6m，所述长轮叶的弧面半径与所述轮盘的直径之比为1/3～2，所述长轮叶沿所述轮盘的径向的长度与所述轮盘的半径之比为1/4～1/2，所述短轮叶沿所述轮盘的径向的长度与所述轮盘的半径之比为1/5～1/3，所述长轮叶沿所述轮盘的径向的长度与所述短轮叶沿所述轮盘的径向的长度之比为5/4～5/2，所述长轮叶与所述短轮叶的数量之和为20～80。

附图说明

图1为本实用新型实施例所述的新型无中心轴水轮机的剖视图；

图2为本实用新型实施例所述的新型无中心轴水轮机侧视图。

附图标记说明：

100、转轮，110、长轮叶，120、短轮叶，130、轮盘，140、无中心轴空间，150、导流通道，200、上端轴，300、下端轴，400、箱体，410、进水通道。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施方式。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本实用新型中所述“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。

如图1所示，新型无中心轴水轮机包括转轮100、上端轴200及下端轴300，转轮100包括长轮叶110、短轮叶120及间隔设置的至少两个轮盘130，长轮叶110、短轮叶120均为多片，相邻的两个轮盘130通过长轮叶110连接，长轮叶110与短轮叶120均沿周向间隔设置于轮盘130上，长轮叶110与短轮叶120围成无中心轴空间140，转轮100的顶层轮盘130用于通过上端轴200与发电机传动连接，转轮100的底层轮盘130用于通过下端轴300竖立于水下基础上。

上述新型无中心轴水轮机，水流进入转轮100后第一次冲击转轮100的长轮叶110与短轮叶120，实现了第一次能量转换，随后水流由长轮叶110与短轮叶120之间的间隙进入无中心轴空间140，由于没有中心轴，水流在通过转轮100中部时水力损失减少，同时水流在长轮叶110与短轮叶120之间的间隙内流动空间增大，流速加快，使第一次冲击叶片后的水流速度加快，并使得水流在通过无中心轴空间140后，第二次冲击长轮叶110、短轮叶120的动能增大，从而提高了新型无中心轴水轮机的效率。

如图2所示，进一步地，轮盘130为多个，相邻的两个轮盘130之间形成导流通道150，转轮100上设有至少四个导流通道150。上述新型无中心轴水轮机，可通过将河水导向不同数量的导流通道150，使上述新型无中心轴水轮机适用于不同的河流环境中，适用性好。

如图1所示，进一步地，短轮叶120沿轮盘130的径向的长度小于长轮叶110沿轮盘130的径向的长度，长轮叶110与短轮叶120的外侧边位于同一圆柱面上，长轮叶110与短轮叶120均为弧形叶片。上述新型无中心轴水轮机，通过长轮叶110与短轮叶120的设置，改善冲击转轮100的水流的进、出口方位，间隔设置的长轮叶110、短轮叶120可将第一次冲击的水流加以分割，制止其迭加汇合，导入无中心轴空间140内，消除了传统双击式水轮机的不良的逆向冲击效应，长轮叶110有效利用短轮叶120的出口环量，将分隔后的各股冲击水流分散导入并进行第二次冲击，故在此过程中受冲击的轮叶数目增多，无中心轴空间140内无中心轴，水轮机的效率高。

具体地，长轮叶110与短轮叶120均为对称设置的弧形叶片。此时长轮叶110与短轮叶120可更好的引导水流及改善冲击转轮100的水流的进、出口方位。

进一步地，转轮100直径为0.5m～6m，转轮100的高度为0.5m～6m，长轮叶110的弧面半径与轮盘130的直径之比为1/3～2，长轮叶110沿轮盘130的径向的长度与轮盘130的半径之比为1/4～1/2，短轮叶120沿轮盘130的径向的长度与轮盘130的半径之比为1/5～1/3，长轮叶110沿轮盘130的径向的长度与短轮叶120沿轮盘130的径向的长度之比为5/4～5/2，长轮叶110与短轮叶120的数量之和为20～80。采用性能良好的叶片结构和布置形式，也可以得到较高的发电效率，上述新型无中心轴水轮机的结构设计，既能在大流量、高流速下工作，也能在低流量、低流速下工作，可高效利用普通水轮机难以利用的河流中直接流动水能资源，叶片设计空间较大，适应性较好。

可选地，转轮100为圆筒形，轮盘130上设有与长轮叶110、短轮叶120形状相同的沟槽，长轮叶110、短轮叶120分别放入不同的沟槽中焊接；位于转轮100底端及顶端的轮盘130的两侧分别采用设有短轮片，上端轴200穿设位于转轮100顶端的轮盘130，并与此轮盘130两侧的短轮片均连接，下端轴300穿设位于转轮100底端的轮盘130，并与此轮盘130两侧的短轮片均连接，上端轴200、下端轴300均通过花键与轮盘130连接，实现上端轴200、下端轴300与轮盘130的周向固定，短轮片与轮盘130通过螺栓固定连接。

如图1与图2所示，可选地，上述新型无中心轴水轮机可与导水机构配合，导水机构包括箱体400及入口封板，箱体400内沿竖直方向设置多层进水通道410，入口封板用于封闭进水通道410，箱体400前端为进水口，箱体400的后端设有用于与水轮机连通的弧形出水口，弧形出水口用于引导水流冲击水轮机的转轮100，进水通道410的数量与导流通道150的数量相等，进水通道410用于导水冲击对应的导流通道150内的长轮叶110及短轮叶120。

上述导水机构，通过导水机构的多层进水通道410，可在流量变化时分段调节，通过依次关闭上层的入口封板，让水从下层流道通过，并可适当提高水位，使得下层流道水流动能增大，提高对水轮机的转轮100的冲击力，提高发电效率。同时，可通过导流通道150与进水通道410的对应关系，利用导水机构控制水轮机的进水量，使上述利用河水自然流动发电的水轮机装置可根据不同的河流环境进行调整，保证发电的稳定性。此外，河水直接流动发电的水轮机导水装置使水流通过河水直接流动发电的水轮机导水装置进入转轮100的水流角度不变，从而减少了转轮100叶片进口的撞击损失，使转轮100内部的能量转换更加充分。

进一步地，箱体400包括相对设置的左侧板、右侧板，左侧板、右侧板之间的距离沿靠近弧形出水口的方向逐渐减小。此时进入进水通道410的水流在流向水轮机的过程中，动能可逐步提高，有利于提高发电效率。

进一步地，左侧板设计为弧形，右侧板设计为45度左右的斜面形状。本实施例中，通道由外至内逐渐变窄，左右端面以设计的弧形及斜面进入转轮100，它使各层水流以最佳方式冲向转轮100，杜绝了层流的扩散脱流与涡流能耗。

可选地，进水通道410的横截面为矩形。

进一步地，进水通道410为四层，四层进水通道410的流量比例由上到下可依次设置为10％、20％、30％、40％；或25％、25％、25％、25％，进水通道410之间呈上下排列设置，箱体400沿竖直方向设置于水下基础上。进水通道410在最大流量(即潮流状态)时，都置于开启状态，流量最大，满负荷发电；当流量减少时，利用入口封板封闭进水通道410，具体为根据流量递减幅度依次关闭上端的一层、两层或三层进水通道410，适当提高水位，可增加下端进水通道410的水流动能，增加发电效率。四层进水通道410流量比例可依次设置为10％、20％、30％、40％，或25％、25％、25％、25％，可根据河流的季节性水流状态改进流量设置比例。此外，进水通道410也可为多于四层，且各层进水通道410的流量也可设置为其他比例，以满足不同的水流特征。

具体地，入口封板为至少三块，箱体400的进水口处设有边框，边框上设有螺纹孔。可利用螺栓穿设入口封板，并与螺纹孔螺纹配合连接，此时可依次依次封闭各层进水通道410，实现对流量的控制。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种新型无中心轴水轮机，其特征在于，包括转轮、上端轴及下端轴，所述转轮包括长轮叶、短轮叶及间隔设置的至少两个轮盘，所述长轮叶、所述短轮叶均为多片，相邻的两个轮盘通过所述长轮叶及所述短轮叶连接，所述长轮叶与所述短轮叶均沿周向间隔设置于所述轮盘上，所述长轮叶与所述短轮叶围成无中心轴空间，所述转轮的顶层轮盘用于通过所述上端轴与发电机传动连接，所述转轮的底层轮盘用于通过所述下端轴竖立于水下基础上。

2.根据权利要求1所述的新型无中心轴水轮机，其特征在于，所述轮盘为多个，相邻的两个轮盘之间形成导流通道，所述转轮上设有至少四个导流通道。

3.根据权利要求1所述的新型无中心轴水轮机，其特征在于，所述短轮叶沿所述轮盘的径向的长度小于所述长轮叶沿所述轮盘的径向的长度，所述长轮叶与所述短轮叶的外侧边位于同一圆柱面上，所述长轮叶与所述短轮叶均为弧形叶片。

4.根据权利要求1所述的新型无中心轴水轮机，其特征在于，所述转轮直径为0.5m～6m，所述转轮的高度为0.5m～6m，所述长轮叶的弧面半径与所述轮盘的直径之比为1/3～2，所述长轮叶沿所述轮盘的径向的长度与所述轮盘的半径之比为1/4～1/2，所述短轮叶沿所述轮盘的径向的长度与所述轮盘的半径之比为1/5～1/3，所述长轮叶沿所述轮盘的径向的长度与所述短轮叶沿所述轮盘的径向的长度之比为5/4～5/2，所述长轮叶与所述短轮叶的数量之和为20～80。