CN215109256U - 冲击式水轮发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种冲击式水轮发电机，括发电模块，所述发电模块的周侧设置有进水模块和出水模块，所述进水模块与所述出水模块之间通过所述发电模块联通，所述进水模块的中轴线与所述出水模块的中轴线在同一平面上交叉，所述进水模块中轴线与所述出水模块中轴线之间的夹角为[90°，180°]。通过进水模块与出水模块共面，使得水流的流通没有落差，可以更好的流通进而提高发电功率。

Description

冲击式水轮发电机

技术领域

本实用新型涉及水利发电技术领域，具体地说，是一种冲击式水轮发电机。

背景技术

水轮发电机是指以水轮机为原动机将水能转化为电能的发电机。水流经过水轮机时，将水能转换成机械能，水轮机的转轴又带动发电机的转子，将机械能转换成电能而输出。小型冲击式水轮发电机主要应用于实验室或日常生活领域，影响冲击式水轮发电机功率的核心因素是水轮的转动速度，水轮发电机的主要动力源为水流，因此水流压力或者水的冲击力对水轮的作用十分重要，但是在实际情况中水流压力或水流冲击力基本恒定，很难做出调整，因此，在水流压力恒定或是冲击力恒定的情况下如何提升叶轮的工作效率是尤为重要的。现有技术中的小型冲击式水轮发电机，包括进水口与出水口，水流从进水口进入，流经装置内部的叶轮，带动叶轮的旋转进行发电，再从进水口流出。但是其进水口与出水口的位置关系并没有明确规定，尤其是进水口与出水口的中轴线不在同一平面上，从而使得水流会由于出水口高度的改变而速度减缓，进而使水轮的转动速度受到更多阻力，从而影响到发电效率。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种通过进水模块中轴线与出水模块中轴线在同一平面上交叉，使得水流不会受到高低落差的影响，提高了水流的通过率，从而提高水轮转速，进而提高发电效率的冲击式水轮发电机。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是：一种冲击式水轮发电机，包括发电模块，所述发电模块的周侧设置有进水模块和出水模块，所述进水模块与所述出水模块之间通过所述发电模块联通，所述进水模块的中轴线与所述出水模块的中轴线在同一平面上交叉。

优选的，所述进水模块中轴线与所述出水模块中轴线之间的夹角为[90°，180°]。

优选的，所述进水模块包括一加压通道，所述加压通道通过一加压口与所述发电模块联通，所述加压口内径小于所述加压通道内径。

优选的，所述加压口与所述加压通道的内径比为1:2～1:5。

优选的，所述加压通道向所述发电模块延伸一端构成所述加压口。

优选的，所述加压通道内开设加压口。

优选的，所述发电模块内包括水轮箱，所述水轮箱内通过转轴固定设置有叶片，所述叶片远离所述转轴的末端与所述水轮箱内壁接触且相对所述水轮箱内壁无摩擦滑动。

优选的，所述加压口的外壁切线与所述水轮箱外壁的切线重合。

优选的，述水轮箱包括一密封盖板，所述盖板通过至少六处固定点将所述叶片和转轴密封在所述水轮箱内。

优选的，所述水轮箱设置为硬质塑料箱体，所述盖板包括一金属板，该金属板通过密封组件固定在所述硬质塑料箱体一侧。

本实用新型优点在于：

1、本实用新型的进水模块与出水模块共面，使得水流的流通没有落差，可以更好的流通进而提高发电功率。

2、本实用新型的加压口可以对水流进行加压，从而提高发电功率。

3、本实用新型的叶片与水轮箱内壁接触且无摩擦滑动，可以降低阻力，获得更多动能，进而提高发电效率。

4、本实用新型的加压口切线靠近水轮箱的切线重合，可以使得叶片获得更大角速度，从而提高发电效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中涉及的技术方案对应附图加以简单说明，显而易见的，本说明书中所描述的附图仅仅是本实用新型的一些可能的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出任何创造性劳动的基础上，可以依据以下附图获得与本实用新型技术方案相同或相似的其他附图。

附图1是本实用新型一种冲击式水轮发电机的结构示意图；

附图2是本实用新型一种冲击式水轮发电机的进水模块与出水模块的中轴线夹角示意图；

附图3是本实用新型一种冲击式水轮发电机的加压通道与加压口的示意图。

附图4是本实用新型附图3中A-A的剖视图。

附图5是本实用新型一种冲击式水轮发电机的盖板示意图。

附图中涉及的附图标记和组成部分如下所示：1-发电模块、11-叶片、12-水轮箱、13-盖板、14-转轴、2-进水模块、21-加压通道、22-加压口、3-出水模块

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型所描述的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，本说明书中所描述的实施例仅是本实用新型的一部分可行技术方案，本领域普通技术人员基于本实用新型的实施例，在没有作出任何创造性劳动的基础上得到的其他实施例，应当视为属于本实用新型保护的范围。

本说明书中所记载的本实用新型的各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为该技术方案的结合不存在。

本实用新型的冲击式水轮发电机，主要应用于水力发电领域，主要应用于生活、实验方向尤其适用于小流量的情况，例如实验室电解的供电，例如生活中淋浴喷头中，由于体型较小，可以适用于多种所需电压不高的地方，具体的是通过水的冲击带动水轮旋转，从而使得叶轮一侧的转子转动切割磁感线形成电流，完成发电的装置。如图1-5所示，本实施例中的一种冲击式水轮发电机，包括发电模块1，通常设置为密封水箱结构，所述发电模块1的周侧设置有进水模块2和出水模块3，所述进水模块2与所述出水模块3之间通过所述发电模块1联通。如附图2中虚线辅助线所示，所述进水模块2的中轴线与所述出水模块3的中轴线在同一平面上交叉。

需要说明的是，本实施例中的冲击式水轮发电机由进水模块2、出水模块3和发电模块1三部分构成，冲击式水轮发电机是通过水流冲击发电模块1，使得水能转化为机械能，然后在通过发电模块1将机械能转化为电能输出。进水模块2用于控制水流输入进发电模块1，可以采用完全开放式控制水源的进入，也可以采用通道式控制水源的进入，控制水源的进入会影响到后续发电模块1的输出功率，因此进水模块2不仅控制水源的进入，还需要控制水源进入时的冲击力，才能确保发电模块的输出最大化。出水模块3控制水流的流出，可以直接将水流作为废水排出，也可以将出水模块3与其他部件相连接，将发过电的水再次重复利用，保证水流不会在发电模块1内积水，通过进水模块2与出水模块3的配合，保证水流对发电模块1提供机械驱动力，从而保证发电模块1的输出电功率。附图2所示出的虚线分别为进水模块2与出水模块3的中轴线，例如进水模块2与出水模块3采用截面为圆形的形式，中轴线即是穿过圆心的直线，中轴线都能将进水模块2和出水模块3平均分割，相当于物质的重心，进水模块2的中轴线与排水模块3的中轴线在同一平面上，可以保证水流在一个流畅的联通管道内进入和流出时，不会受到高低落差的影响，使得水流在发电模块1内的行程更加直接，使得水流更加通畅，避免了高低错落的设置对水流动能的消耗，进而提高冲击式水轮发电机内水流对发电模块的冲击速度，从而提高冲击式水轮发电机的发电功率。

优选的，在同一平面上，所述进水模块2中轴线与所述出水模块3中轴线之间的夹角A为[90°，180°]。这样设计使得当进水模块2与出水模块3共面时，进水方向与出水方向的夹角为[90°，180°]，避免进水方向与出水方向的夹角过小，使得水流需要经历较大的转向，从而避免水流速度大大降低，使得水流的方向基本保持前进，在此范围内水流方向的改变对后续进水没有阻碍，都可以保持水流的冲击力，当进水方向正好与出水方向为90°时，是进水方向与出水方向的最小极限值，不仅保证水流的冲击力较大，使得水流在两个方向上对叶轮进行冲击，尽管第二次冲击的冲击力较弱，但叶轮还是受到两次冲击。当进水方向正好与出水方向为180°时，水流从进水模块2进入，冲击叶轮，直接从出水模块3中流出，水流方向为一条直线，水流对叶轮的冲击仅有一次，但冲击力最大。通过将进水方向与出水方向的夹角为[90°，180°]，既能够保证水流的有效冲击力，提高叶轮转动的速度，从而提高发电效率。

优选的，如附图3所示，所述进水模块2包括一加压通道21，所述加压通道21通过一加压口22与所述发电模块1联通，所述加压口22内径小于所述加压通道21内径。加压通道21的一端可以连接于水龙头等水源，使得水源能够向加压通道21内流动，加压通道21通过加压口22与发电模块1联通，压力、流量、管径之间的关系为：流量＝流速×管道内径×管道内径×π÷4，由于加压口22内径的减小，加压通道21内的水量不发生变化，因此为了保持水流的正常通过，通过加压口22的水流会以更快的速度通过。通过加压口22内径小于加压通道21的内径，可以使得水流经过加压通道21再经过加压口22进入发电模块1时，水流压力加倍变大，从而使得水流获得最大初速度冲击水轮叶片11，从而提高发电功率。

优选的，所述加压口22与所述加压通道21的内径比为1:2～1:5。加压通道21的内径比加压口22的内径大2～5倍，加压口22与加压通道21的内径比与水流效果应当成正态分布，内径比过大或过小都不能使得水流获得最大初速度.在本实施方式中，加压通道21的内径优选为17mm，加压口的内径优选为8mm，水流口径突然缩小至8mm时，根据流量的计算公式可知，采用上述技术方案水流通过效率不仅高，还能够使水流获得更大的初速度，从而提高发电效率。

在一备选实施方式中，加压通道21的内径选为17mm，加压口22的内径选为5mm，可以极大的提高水流通过加压口22的压力。

在本实施方式中，所述加压通道21内开设加压口22。加压通道21与发电模块1直接连接，且连接处封闭，在封闭处开设一小孔作为加压口22，加压通道21与加压口22截面均为圆形，不仅可以保证加压通道21与发电模块1连接处的稳定，还能够保持水流在通过加压口22时损耗的动能更少。

在另一备选实施方式中，所述加压通道21向所述发电模块1延伸一端构成所述加压口22。加压口22设置在加压通道21外部，加压通道21不直接与发电模块1联通，而是通过加压口22与发电模块1联通，可以减少加压通道21材料的使用，节省制造成本。

如附图4所示，优选的，所述发电模块1内包括水轮箱12，所述水轮箱12内通过转轴14固定设置有叶片11，所述叶片11远离所述转轴14的末端与所述水轮箱12内壁接触且相对所述水轮箱12内壁无摩擦滑动。水轮箱12是发电模块1的主要装置，其中包括完全封闭的定子转子区域，以及通过转子连接到区域外侧的叶片，以及包围整个叶片的箱体，并将定子转子区域包含在内。定子转子的区域为本领域常规技术，此说明书中不再赘述。本实施例中，水轮箱12优选设置为圆形，能够提高水的流通率，从而提高发电效率，水轮箱12内还设置转子通过转轴14与叶片11固定连接，转子与叶片11之间还设置有一密封壁，转轴14贯穿密封壁，密封壁使得定子转子区域完全封闭，不会被水流所侵入。转子与叶片11可以相对于密封壁转动，叶片可以被水流推动，从而进行旋转进而带动转子旋转切割磁感线，从而从产生电流，叶片11远离所述转轴14的末端与所述水轮箱12内壁接触且相对所述水轮箱12内壁无摩擦滑动是叶片11长度的极限值，由于叶片11与水轮箱12内壁接触，则必然叶片11外侧的储水空间就会减少，从而对叶片11的转动的阻力降低，进而提高叶片11的转动效率，提高发电功率。在本实施方式中，叶片11优选平板型，密集均匀的排列在转轴上，由于叶片11采取平板型，数量越多，那么受到水流的冲击次数就越多，所获得的动能是持续性的，减少了惯性的作用时间，因此可以大大提高发电效率，比常规水轮发电的发电效率增幅高达30％。

在一备选实施方式中，叶片11可采用一体成型式叶片，所述叶片11直接贯穿转轴，即叶片11的中心与转轴重合，此时叶片在转轴两侧必定对称，因此叶片数量可酌情减少，以降低制造成本。同时叶片还可以采用弧形，可以减小水轮箱12内的水对叶片11转动的阻力。

优选的，所述加压口22的外壁切线与所述水轮箱12外壁的切线重合。加压口22的轴向切线与水轮箱12外壁的切线重合，由于加压口22轴向与水轮箱12轴向垂直，因此加压口22的轴向切线与水轮箱12外壁的切线重合，简单来说就是加压口22使得水流方向无限靠近叶片11的末端，使得从加压口22进入水轮箱12的水能够直接对叶片11的末端作用，从而使得叶片11可以获得更大的角速度，从而提高叶片11的转动速度，进而提高发电效率。

参照附图3和附图5，优选的，所述水轮箱12包括一密封盖板13，所述盖13通过至少六处固定点将所述叶片11和转轴14密封在所述水轮箱12内。盖板13可以将叶片11和转轴14密封在水轮箱内，同时也将定子转子区域封闭在水轮箱12内，固定点不能少于六个，六个点均布或者交叉布置才能完全覆盖一个平面，保证其密封性。而在本实施方式中，通过六个螺栓贯通盖板13与水轮箱12相对应的螺纹孔内，从而保持盖板13与水轮箱12的密封。

优选的，所述水轮箱12设置为硬质塑料箱体，所述盖板13包括一金属板，该金属板通过密封组件固定在所述硬质塑料箱体一侧。在本实施方式中，盖板13的材料为金属，而水轮箱12为硬质塑料，盖板13与水轮箱12之间的密封组件至少包括有密封圈、垫片，从而保证水不会流入线圈所在的空间，保证了水轮发电机的正常运行。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种冲击式水轮发电机，其特征在于：包括发电模块，所述发电模块的周侧设置有进水模块和出水模块，所述进水模块与所述出水模块之间通过所述发电模块联通，所述进水模块的中轴线与所述出水模块的中轴线在同一平面上交叉。

2.根据权利要求1所述的一种冲击式水轮发电机，其特征在于：所述进水模块中轴线与所述出水模块中轴线之间的夹角为[90°，180°]。

3.根据权利要求1或2所述的一种冲击式水轮发电机，其特征在于：所述进水模块包括一加压通道，所述加压通道通过一加压口与所述发电模块联通，所述加压口内径小于所述加压通道内径。

4.根据权利要求3所述的一种冲击式水轮发电机，其特征在于：所述加压口与所述加压通道的内径比为1:2～1:5。

5.根据权利要求4所述的一种冲击式水轮发电机，其特征在于：所述加压通道向所述发电模块延伸一端构成所述加压口。

6.根据权利要求4所述的一种冲击式水轮发电机，其特征在于：所述加压通道内开设加压口。

7.根据权利要求3所述的一种冲击式水轮发电机，其特征在于：所述发电模块内包括水轮箱，所述水轮箱内通过转轴固定设置有叶片，所述叶片远离所述转轴的末端与所述水轮箱内壁接触且相对所述水轮箱内壁无摩擦滑动。

8.根据权利要求7所述的一种冲击式水轮发电机，其特征在于：所述加压口的外壁切线与所述水轮箱外壁的切线重合。

9.根据权利要求7所述的一种冲击式水轮发电机，其特征在于：所述水轮箱包括一密封盖板，所述盖板通过至少六处固定点将所述叶片和转轴密封在所述水轮箱内。

10.根据权利要求9所述的一种冲击式水轮发电机，其特征在于：所述水轮箱设置为硬质塑料箱体，所述盖板包括一金属板，该金属板通过密封组件固定在所述硬质塑料箱体一侧。

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