CN2563322Y

CN2563322Y - 巨型水轮机

Info

Publication number: CN2563322Y
Application number: CN02276266U
Authority: CN
Inventors: 张绍全
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-08-28
Filing date: 2002-08-28
Publication date: 2003-07-30
Anticipated expiration: 2012-08-28

Abstract

本实用新型是一种巨型水轮机，主要由巨轮支架、巨轮、链条、水叶、垂直管道、水平管道组成，直径为10.6m的巨轮由巨轮支架支撑，由多段链节构成环形链条，每节链条上均安装有十字型支架，十字型支架上安装有4个与管道滑动配合的滑轮和两瓣或四瓣水叶，链条上的凸台与巨轮外缘支架的凹槽相嵌合，垂直管道与水平管道通过弯曲管道相连并位于巨轮的底侧部，垂直管道的一侧开有进水口，环形链条和链节上的水叶通过垂直管道后进入弯曲管道，再进入水平管道，与巨轮嵌合形成封闭的环形轨迹，产品结构简单、重量轻，利用水力发电效率高，可满足各种大、中、小型水电站的需要。

Description

巨型水轮机

本实用新型属于水力发电设备领域，具体是一种巨型水轮机。

目前，已有技术中的水力发电机组的水轮机，有多种类型：1、反击式：混流式、轴流式、(轴流定浆式、轴流转浆式)、斜流式、贯流式《全贯流式、半贯流式、(灯泡式、轴伸式、坚井式)》水轮机；2、冲击式：水斗式、斜击式、双击式水轮机。这两种水轮机的直径都不大。例如，水轮机组型号为HL260-WJ-42的水轮机的直径只有0.4m。

世界上最大的中国长江三峡水电站，安装26台70万kw的水轮机组，设计水位175m，单台水轮机的额定流量为966.4m/s。转轮最大直径为10.6m，重量为500吨。70万kw的水轮机组的效率：

η＝N(实际)/N1(理论)＝700000/966.4*175*9.81＝70/166＝42％，低于普通水轮机效率。水轮机直径小、重量大、效率低。

本实用新型的目的是设计一种结构简单、重量轻、水轮机直径大于10.6m以上的巨型水轮机，以提高发电效率，满足各种大、中、小型水电站的需要。

本实用新型的目的是通过下述技术方案来实现的。

本实用新型的巨型水轮机，主要由巨轮支架(1)、巨轮(2)、链条(3)、水叶(4)、垂直管道(5)、水平管道(6)组成，巨轮(2)由巨轮支架(1)支撑，由多段链节构成环形链条(3)，每节链条(3)上均安装有十字型支架(7)，十字型支架(7)上安装有4个与管道滑动配合的滑轮(8)和两瓣或四瓣水叶(4)，链条(3)上的凸台(9)与巨轮(2)外缘支架(10)的凹槽(11)相嵌合，垂直管道(5)与水平管道(6)通过弯曲管道(13)相连并位于巨轮(2)的底侧部，垂直管道(5)的一侧开有进水口(14)，环形链条(3)和链节上的水叶(4)通过垂直管道(5)后进入弯曲管道(3)，再进入水平管道(6)，与巨轮(2)嵌合形成封闭的环形轨迹。

上述方案中，巨轮(2)的直径为10.6m以上。

上述方案中，巨轮(2)、链条(3)和水叶(4)等各种元件的连结方式可以任意设计，如可采用固定连接或活动连接，如铆接、扦接、焊接、扣接等等。水叶(4)与管道滑动配合也可以采用其他方式。工作时，由于水叶(4)及链条(3)在垂直管道(5)承受水向下的压力，经过弯曲管道进入水平管道(6)承受水的冲压力，水的重力和冲压力，不断地拉动链条(3)，链条(3)卡住巨轮(2)并带动其转动因而产生机械能。

本实用新型是设计人通过多年反复实践研究总结所获得的科学实用的技术方案，它具有结构简单、重量轻、使用方便的特点，本实用新型的水轮机直径大于10.6m以上，为巨型水轮机，可以提高发电效率，满足各种大、中、小型水电站的需要。

下面通过实施例进一步描述本实用新型，本实用新型不仅限于所述实施例。

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图2为链条(3)、十字型支架(7)、滑轮(8)、水叶(4)的连接关系示意图。

图3为链条(3)的凸台(9)与巨轮(2)的外缘支架(10)的嵌合关系示意图。

图中：1、巨轮支架 2、巨轮；3、链条；4、水叶；5、垂直管道；6、水平管道；7、十字型支架；8、滑轮；9、凸台；10、外缘支架；11、凹槽；12、轴；13、弯曲管道；14、进水口。

如图1～3所示：本实用新型的巨型水轮机，主要由巨轮支架(1)、巨轮(2)、链条(3)、水叶(4)、垂直管道(5)、水平管道(6)组成，直径为12m的巨轮(2)由巨轮支架(1)支撑，由多段链节构成环形链条(3)，每节链条(3)上均安装有十字型支架(7)，十字型支架(7)上安装有4个与管道滑动配合的滑轮(8)和两瓣或四瓣水叶(4)(见图2)，巨轮(2)转动时链条(3)上的凸台(9)嵌入巨轮(2)外缘支架(10)的凹槽(11)内(见图3)，垂直管道(5)与水平管道(6)通过弯曲管道(13)相连并位于巨轮(2)的底侧部，垂直管道(5)的一侧开有进水口(14)，环形链条(3)和链节上的水叶(4)通过垂直管道(5)后进入弯曲管道(3)，再进入水平管道(6)，与巨轮(2)嵌合形成封闭的环形轨迹。

本例中：

1.支架——由八根或四根钢柱或混凝土结构柱组成，巨轮通过

巨轮轴，固定在支架的横梁上，将巨轮支撑在空中。

2.巨轮——巨轮直径大于10.6m，用型材结构，巨轮的轮子厚

度和宽度及大小均可根据需要，按一定比例尺放大。

3.链条——由巨轮的节圆直径，确定周节长度，每根链条上均

安装有十字形支架，十字形支架与管道接触处安装有四个滑

轮(或导轮)和一对水叶(两瓣或四瓣)，滑轮在管道内(或

管道内轨导上)运动时定位和导向，一个一个的链条连接起

来，将巨轮围成一个封闭的环形轨迹。链条相当于水车样提。

4.水叶——呈圆形或方形，一根链条一对水叶，安装在链条的

十字形支架上，经过管道时承受水的压力和冲力。

5.垂直管道——呈圆形或方形，由垂直管道与弯曲管道组成，

链条进口处的管道与地面垂直，是链条和水叶的导轨。

6.水平管道——呈圆形或方形，水平管道与弯曲管道组成，是

链条和水叶的水平导轨。

本实用新型的水轮机工作过程是：

跌水通过进水口，进入圆形管道或方形管道，由于水的重量(1m水为1000kg)，将水叶向下压，链条承受水的重力作用，当跌水通过垂直管道与弯曲管道进入水平管道时，链条承受水的冲压力作用，由于跌水不断地进入管道，链条不断地拉动巨轮运动，巨轮不断转动。

巨轮与发电机之间，通过链轮将巨轮的机械能传给发电机，发电机将巨轮的机械能转换为电能。

本实用新型水轮机为巨型水轮机，巨型水轮机工作原理及其与现有小型水轮机工作效率对比情况如下：

在有水头落差开发方式(引水式、堤坝式跌水)建立水力发电站。

如果水头落差H有10m、20m、30m、40m等。巨型水轮机的直径，可设计为Φ40m、Φ80m、Φ120m、Φ160m等。

本水轮机出力，根据水力学公式：N＝QH9.81＝(kw)

N——水轮机理论出力。

Q——设计流量(m³/s)。

H——设计水头(m)。

水轮机的效率n：n＝N/N1＝N/(9.81QH)＝85-90％

N——水轮机实际出力。

N1——水轮机理论出力。

巨型水轮机理论出力。

巨型水轮机的特点，是巨大的直径，转动时传动的转矩M：M＝P(Φ/2)。将M引入水力学公式：N＝QH9.81＝QH9.81(Φ/2)＝kw。

M——巨轮转动的转矩。

P——水的拉力。

Φ——巨轮直径。

Φ/2——相当于中国几千年来的杆秤的秤杆。

N＝QH9.81——相当于杆秤的秤砣。

巨型水轮机的转矩M，相当于中国几千年来的杆秤原理。

根据杆秤的杠杆平衡条件：G1*OC＝G2*OA

G1——秤砣质量。

G2——秤钩上的物体质量。

OA——秤钩到提纽(支架)的距离。

OC——秤钩到秤砣的距离。

例如市场上150kg的杆秤，秤砣4.5kg，OA＝3cm，OC＝103cm。

杆秤称量重物时：G2＝G1*OC/OA＝4.5*(103-3)/3＝150kg

例如：某水电站，水轮机组型号为HL260-WJ-42，即直径为0.42m，水轮机实际出力为67.2kw，设计水头H＝11.5m，Q＝0.76m³/s。

1.常规水轮机理论出力：

根据水力学公式：N＝QH9.81＝kw

N＝0.76*11.5*9.81＝85.7kw。

按0.2元上网电价计算年经济效益：

0.2元*85.7(kw)*24(小时)*300(天)＝12.3408万元

2.巨型水轮机理论出力：

用直径Φ60m巨型水轮机，代替HL260-WJ-42水轮机。

根据将M引入水力学公式：N＝QH9.81＝QH9.81(Φ/2)＝kw

根据杆秤的杠杆平衡条件G1*OC＝G2*OA，设发电机直径Φ＝1m。

OC＝(Φ/2)＝60m/2＝30m-相当于杆秤的秤钩到秤砣的距离。

OA＝1/2＝0.5m-相当于杆秤提纽到秤钩的距离。

G1＝85.7kw-相当于杆秤的秤砣。

巨型水轮机的理论出力：N＝QH9.81＝QH9.81(Φ/2)kw

G2＝G1*OC/OA＝85.7*(30-0.5)/0.5＝5056.3kw

按年发电量，每年增加发电量：5056.3kw/85.7kw＝59倍。

按0.2元上网电价计算每年的经济效益：

0.2元*5056.3(kw)*24(小时)*300(天)＝728.1072万元。

巨型水轮机经济效益与普通水轮机经济效益比较：728.1072万元/12.3408万元＝59倍。巨型水轮机的理论出力与它的直径成正比。即若巨型水轮机直径是Φ60m、Φ80m、Φ120m、Φ160m，它的电力和经济效益是普通水轮机电力和经济效益的60倍、80倍、120倍、160倍等等。

Claims

1、一种巨型水轮机，主要由巨轮支架(1)、巨轮(2)、链条(3)、水叶(4)、垂直管道(5)、水平管道(6)组成，巨轮(2)由巨轮支架(1)支撑，由多段链节构成环形链条(3)，其特征在于每节链条(3)上均安装有十字型支架(7)，十字型支架(7)上安装有4个与管道滑动配合的滑轮(8)和两瓣或四瓣水叶(4)，链条(3)上的凸台(9)与巨轮(2)外缘支架(10)的凹槽(11)相嵌合，垂直管道(5)与水平管道(6)通过弯曲管道(13)相连并位于巨轮(2)的底侧部，垂直管道(5)的一侧开有进水口(14)，环形链条(3)和链节上的水叶(4)通过垂直管道(5)后进入弯曲管道(3)，再进入水平管道(6)，与巨轮(2)嵌合形成封闭的环形轨迹。

2、根据权利要求1所述的巨型水轮机，其特征在于所述巨轮(2)的直径为10.6m以上。