一种悬吊式易散热斜击式外叶水轮发电机及其做功方法技术

本发明专利技术公开了一种悬吊式易散热斜击式外叶水轮发电机及其做功方法，悬吊式易散热斜击式外叶水轮发电机包括发电机构、励磁机构、斜击叶轮机构和转轴机构，斜击叶轮机构包括斜击叶片、圆形下罩和圆形上罩，斜击叶片环形分布在圆形下罩外侧，圆形下罩与圆形上罩通过密封轴承连接构成封闭的环形空腔，发电机构与励磁机构同轴内外并列安装在环形空腔内，转轴机构与圆形上罩同轴线固定连接，圆形上罩上部固定在悬吊管臂上；本发明专利技术所述悬吊式易散热斜击式外叶水轮发电机通用性较好，寿命长，发电效率高，建设成本与生产管理成本较低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水电设备领域，尤其涉及一种悬吊式易散热斜击式外叶水轮发电机及其做功方法。
技术介绍
水轮发电装置按工作原理可分为冲击式水轮机和反击式水轮机两大类。冲击式水轮机的转轮受到水流的冲击而旋转，工作过程中水流的压力不变，主要是动能的转换；反击式水轮机的转轮在水中受到水流的反作用力而旋转，工作过程中水流的压力能和动能均有改变，但主要是压力能的转换。冲击式水轮机，由于其工作轮仅部分过水，部分水斗受力，故该类水轮机所需流量较小，比较适合小流量高水头的发电场所。冲击式水轮机，按水流的流向可分为切击式(又称水斗式)和斜击式两类，在等径水轮条件下，切击式的受力力臂相对斜击式较大，但运行水轮转速相对较小。斜击式水轮机，由于其叶片受力相对切击式水轮机的叶片受力较小，对叶片的材质和制造工艺要求较低，且运行稳定、噪音小，总体性价比较高，深受国内外小型电站企业的喜好。然而，现有的斜击式水轮机所存在的问题是：1）水轮机的叶轮与发电机和励磁电机需通过较长的传动轴传动，而一般情况下，为了便于传动轴的安装更换，传动轴连接处会采用法兰连接，同时为了维持传动轴稳定转动，避免偏心，会在转轴的连接处以及中部设置多个轴承，这种结构方式非常耗材，且转轴仍容易出现偏心转动，容易导致对发电机造成损失；2）现有水轮发电装置的发电机和励磁机在工作中会产生大量的废热（主要由导线中强电流生产），需要安装专用的散热、冷却系统，当散热、冷却系统出现问题时，容易导致机芯烧坏，而且即使在冷却系统正常工作下，由于定子和转子呈内、外层分布，位于内层的转子产生的废热需通过定子与转子的隔空间隙层传导到外界，隔空间隙层的导热速率小，内层转子与外层定子存在较大的温差，内层转子容易烧毁；3）现有斜击式水轮机的发电效率普遍相对偏低，其中做的较为理想的效率仅在80%至84%；4）现有的每组水轮发电机均是针对不同地形的定制机，造成原材料、组件、线材和零部件不能够通用，不能够批量生产。由于上述因素，在电站建设中，电站设计较复杂、基建工程量较大，设备运输、安装成本较高；且其定子、转子、凸极、传动轴等部件对材料强度要求高；上述问题给小型电站的建设造成了较大的投入成本与生产管理成本，且产能较小，部分小型可利用水能资源被浪费。此外，现有的斜击式水轮机的做功方式均是：将喷嘴垂直于水轮叶片的径向方式，喷嘴的高速水流与折形叶片的进口平面存在一定倾斜角，高速水流沿进口平面进入，并流经叶片的折形面，将其动能传递到叶片上，最后水流从出水面流出；该种做功方式，其流出的水流余能较大，水流动能转化效率偏低；且其动能的传动过程中动能损耗较大，发电效率偏低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题为：1）现有水轮发电装置中传动轴和轴承由于受力较大、摩擦产温较高，其损耗较大；2）现有水轮发电装置的发电机和励磁机在工作中会产生大量的废热，需要安装专用的冷却系统，且其冷却系统的冷却效果欠佳，容易烧毁机芯；3）现有斜击式水轮机的效率偏低；4）现有的水轮发电机均是针对不同地形的定制机，体积存在较大差异，不能够批量生产；5）水轮发电机中的定子、转子、凸极、传动轴等部件对材料强度要求高。为解决其技术问题本专利技术所采用的技术方案为：一种悬吊式易散热斜击式外叶水轮发电机，包括发电机构、励磁机构、斜击叶轮机构和转轴机构；其特征在于：斜击叶轮机构包括斜击叶片、圆形下罩和圆形上罩，斜击叶片环形分布在圆形下罩外侧，圆形下罩与圆形上罩通过密封轴承连接构成封闭的环形空腔，励磁机构与发电机构同轴内外并列安装在环形空腔内，转轴机构与圆形上罩同轴线固定连接，圆形上罩固定在悬吊管臂上，喷嘴安装在斜击叶片上方，。所述发电机构包括发电励磁绕组和发电电枢绕组，所述励磁机构包括励磁机电枢绕组和励磁机励磁绕组；所述发电电枢绕组和发电励磁绕组分别位于上、下层，呈扇形分布，励磁机电枢绕组和励磁机励磁绕组分别位于发电励磁绕组和发电电枢绕组的内侧；所述发电励磁绕组和励磁机电枢绕组安装在圆形下罩内，发电电枢绕组和励磁机励磁绕组安装在圆形上罩内。转轴机构包括转轴柱、导电芯和电刷环，多对导电芯相互绝缘密封安装在转轴柱内，多对电刷环安装在转轴柱的上端柱面上，导电芯的上端与电刷环对应连接。圆形下罩3的中部通孔花键连接转轴柱，发电励磁绕组的励磁供电电极对与励磁机电枢绕组的电流输出电极对分别导电连接其相应的导电芯；外界的整流设备导电连接多对电刷环。作为进一步优化，为了减小密封轴承的摩擦损耗，圆形上罩中部内侧设置有转轴支撑轴承。作为进一步优化，为了具有更好的防水性能，所述圆形下罩与圆形上罩边角处设置有相互配合的折形离心甩水边环，折形离心甩水边环的间隙口沿径向朝外。作为进一步优化，为了更好的增强折形离心甩水边环的甩水效果和耐磨性，所述折形离心甩水边环内还安装有树脂耐磨环。作为进一步优化，所述斜击叶轮机构水平安装，斜击叶片水平分布，喷嘴安装在斜击叶片上方，喷嘴喷水方向朝向斜击叶片，喷嘴与斜击叶片分布面存在一定倾角，其倾角在20°至30°，喷嘴与斜击叶片的径向方向的夹角呈45°至55°；采用该种结构方式，其稳定发电效率可在86%至92%之间，相比传统斜击式水轮发电机的稳定发电效率提高6%左右。基于上述所述技术方案，其悬吊式易散热斜击式外叶水轮发电机的做功方法为：所述悬吊式易散热斜击式外叶水轮发电机的斜击叶片水平分布，喷嘴安装在斜击叶片上方，喷嘴喷水方向朝向斜击叶片，喷嘴与斜击叶片分布面存在一定倾角，其倾角在20°至30°，喷嘴与斜击叶片的径向方向的夹角呈45°至55°。采用该种做功方式，其喷嘴喷出的水流从斜击叶片的径向外侧逐步向径向内侧流动，并持续对叶片施力，直至在斜击叶片的径向内侧下方流出，流出的水流余能可接近8%至14%，其动能转化效率可达86%至92%，相比传统斜击式水轮发电机的稳定动能转化效率提高6%至12%左右。工作原理：该专利技术所述悬吊式易散热斜击式外叶水轮发电机，工作时，喷嘴向斜击叶片喷射水流，驱动斜击叶轮机构转动，并带动发电励磁绕组和励磁机电枢绕组转动，励磁机电枢绕组在转动时，产生交流电，并通过导电芯和电刷环传导到外界的整流设备，由外界的整流设备整流后产生恒压稳定直流，再通过并电刷环和导电芯传导到发电励磁绕组，使发电励磁绕组产生磁场，在发电励磁绕组在转动时切割发电电枢绕组的线圈，使发电电枢绕组输出电流。该悬吊式易散热斜击式外叶水轮发电机，由于发电励磁绕组和励磁机电枢绕组直接安装在斜击叶轮机构，发电工作过程产生的废热直接通斜击叶片散热到水流中，有效的省去了专门的冷确散热系统，同时也省去了传动轴部件，大大简化了水轮发电装置的结构和材料。有益效果：本专利技术所述的悬吊式易散热斜击式外叶水轮发电机，相对于现有水轮发电装置，其发电机构和励磁机构直接安装在斜击叶轮机构内，实现了水轮机构与发电机构、励磁机构的一体化，动力传动无需通过传动轴传动，能有效的避免传动轴偏心问题；且由于发电机构的发电电枢绕组和发电励磁绕组分别位于上、下层，同级别的发电功率下，其体积相对较小，表面积比较大，散热速率块，且其发电励磁绕组可直接通过圆形下罩导热到外界，相对于传统的转子结构模式，其热量传导无需通过转子与定子间的隔空层，其发电机构废热可直接通过斜击叶片散热到水流中；同时，能有效避免烧毁机芯的问本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种悬吊式易散热斜击式外叶水轮发电机，包括发电机构(1)、励磁机构(2)、斜击叶轮机构(3)、转轴机构(4)、悬吊管臂(5)和喷嘴(6)，其特征在于：斜击叶轮机构(3)包括斜击叶片(31)、圆形下罩(32)和圆形上罩(33)，斜击叶片(31)环形分布在圆形下罩(32)外侧，圆形下罩(32)与圆形上罩33通过密封轴承(34)连接构成封闭的环形空腔(35)，励磁机构(2)与发电机构(1)同轴内外并列安装在环形空腔(35)内，转轴机构(4)与圆形上罩(33)同轴线固定连接，发电机构(1)包括发电励磁绕组(11)和发电电枢绕组(12)，励磁机构(2)包括励磁机电枢绕组(21)和励磁机励磁绕组(22)，发电电枢绕组(12)和发电励磁绕组(11)分别位于上、下层，呈扇形分布，励磁机电枢绕组(21)和励磁机励磁绕组(22)分别位于发电励磁绕组(11)和发电电枢绕组(12)的内侧，发电励磁绕组(11)和励磁机电枢绕组(21)安装在圆形下罩(32)内，发电电枢绕组(12)和励磁机励磁绕组(22)安装在圆形上罩(33)内,圆形上罩(33)的上部固定在悬吊管臂(5)上，转轴机构(4)穿过悬吊管臂(5)的内管道，喷嘴(6)安装在斜击叶片(31)上方。...

【技术特征摘要】
1. 一种悬吊式易散热斜击式外叶水轮发电机，包括发电机构(1)、励磁机构(2)、斜击叶轮机构(3)、转轴机构(4)、悬吊管臂(5)和喷嘴(6)，其特征在于：斜击叶轮机构(3)包括斜击叶片(31)、圆形下罩(32)和圆形上罩(33)，斜击叶片(31)环形分布在圆形下罩(32)外侧，圆形下罩(32)与圆形上罩33通过密封轴承(34)连接构成封闭的环形空腔(35)，励磁机构(2)与发电机构(1)同轴内外并列安装在环形空腔(35)内，转轴机构(4)与圆形上罩(33)同轴线固定连接，发电机构(1)包括发电励磁绕组(11)和发电电枢绕组(12)，励磁机构(2)包括励磁机电枢绕组(21)和励磁机励磁绕组(22)，发电电枢绕组(12)和发电励磁绕组(11)分别位于上、下层，呈扇形分布，励磁机电枢绕组(21)和励磁机励磁绕组(22)分别位于发电励磁绕组(11)和发电电枢绕组(12)的内侧，发电励磁绕组(11)和励磁机电枢绕组(21)安装在圆形下罩(32)内，发电电枢绕组(12)和励磁机励磁绕组(22)安装在圆形上罩(33)内,圆形上罩(33)的上部固定在悬吊管臂(5)上，转轴机构(4)穿过悬吊管臂(5)的内管道，喷嘴(6)安装在斜击叶片(31)上方。2. 根据权利要求1所述的悬吊式易散热斜击式外叶水轮发电机，其特征在于：所述转轴机构(4)包括转轴柱(41)、导电芯(42)和电刷环(43)，多对导电芯(42)相互绝缘密封安装在转轴柱(41)内，多对电刷环(43)安装在转轴柱(41)的上端柱面上，导电芯(42)的上端与电刷环(4...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭远军，
申请(专利权)人：郭远军，
类型：发明
国别省市：湖南;43