变容积偏距式水泵水轮机制造技术

本发明专利技术公开了一种变容积偏距式水泵水轮机，包括蜗壳、穿设于蜗壳内的转子、用于使蜗壳相对于转子呈轴向往返运动的驱动装置、出水管以及外接的进水管。上述变容积偏距式水泵水轮机可以直接把势能压力转化为转子旋转动能，能量转换直接、高效，特别是出水口水流速度极低时，换能效率极高。

【技术实现步骤摘要】

本发涉及一种水轮机，特别涉及一种变容积偏距式水栗水轮机。
技术介绍
当今世界上的主要的常规发电技术包括火力发电、水力发电、原子能发电等。火力发电消耗大量的煤炭这种不可再生资源，成本随煤炭存储量的减少而增长，而且污染环境。核电机组运行费用低，但一旦发生核燃料泄漏事故，将造成严重的后果，而且燃烧废料的后期处理难。风力发电稳定性和连续性较差，影响并网后电力系统的平衡和安全稳定。水力发电具有启动灵活、爬坡速度快，提高电网运行的协调性以及安全稳定性等特点，应用之广仅次于火力发电，具有很高的机械效率。常用的水轮机按结构分为反击式和冲击式水轮机，其原理是把水流的动量或冲量传递给转轮使转轮旋转来推动水轮机组发电。以冲击式水轮机为例:水轮机在稳定工况下的基本方程是:P= γ Q(UiVu1-U2Vu2)/g，其中P是水流对叶轮的功率，γ是水的容重，Q是水在单位时间的流过叶轮的体积，g是重力加速度，U1和Vul是入射水流的初速度V1的切向分量和水流射入点的叶轮旋转线速度，UdPVu2是尾水离开叶轮时的切向速度和叶轮出水点的旋转线速度。把水的容重、密度与加速度的关系和单位时间的水流质量m、密度和体积的关系带入基本方程，可得P=m(uiVui_U2VU2)。假定尾水在叶轮轴心处离开，此处线速度VU2为零，则有P=HiU1Vul。与P=mv2/2比较得:当水流射入处叶轮线速度Vul = m/2时，转化效率最高。但实际情况是:UKV1，Vu2>0且Vul<m/2(定桨式)，效率较低。转桨式叶轮可近似满足Vul = ui/2，但结构复杂，调节不方便。因此，有必要开发转化效率更高的水轮机，以得到更高水力发电的效率。中国专利公开号CN1292457A公开了一种容积式水轮机，该容积式水轮机利用堵截的方法使水流对转轮单向施加压力而旋转。采用直接传动低速发电机做功，使水头势能几乎不损失的水头静压为转轮做功。由于转换原理是能量守恒，因此效率比常用水轮机稍高。但其水轮机有两个显著缺点:1、不能调速，因此不便于同步并网；2、只能作为发电机的原动机而不能兼作水栗抽水蓄能。抽水蓄能电站在电力系统中最可靠、经济，是新能源发展的重要组成部分，具有巨大的发展空间。它能降低核电机组运行维护费用，延长机组寿命，减少风电对电网的冲击，提高电网的协调性与安全稳定性。因此，有必要开发一种水栗水轮机，它既可以方便调速，又可以调峰，在用电高峰期发电又可以在用电低谷期抽水蓄能；以此提高电力系统的稳定性和可靠性。四机分置式和三机直联式抽水蓄能成本高。二机可逆式是由一台可逆式水栗水轮机和一台发电电动机组成，这种机组可以双向旋转，它向一个方向旋转时作发电运行，而向另一个方向旋转时作抽水运行。两个状态的转换需要转轮先停止，再反向旋转，因此响应速度慢，对水机系统冲击大，抽水量也不易控制。国际专利CA2677006(A1)和中国专利201210255277.X(可调速容积式水栗水轮机)公开了两种容积式水栗水轮机，通过调节转子的偏心度和径向调节辐板的径向长度，就可以调节过水腔宽度及其横截面积或过水腔容积，从而调节水流量和轮机旋转力矩及转速。此方法克服了一般水轮机的以上缺点，发电-抽水蓄能状态的过渡转换更迅速。但还存在两个不足之处:1.出力不稳定，有周期性变化。在转轮旋转过程中，辐板受到高水头压力的部分其面积随转轮旋转角度而变化，导致出力有波动。2.转轮径向受力大。转轮一个侧面连接进水管，受高水头压力，另一侧面与出水管连接，受负压，压力差较大，这对转轮轴承十分不利。中国专利CN201210351332.5(变容积式调速水栗水轮机)，公开了一种容积可以调节的水栗水轮机，采用固定的蜗壳径向内凸起结构，结合转子外侧、蜗壳内侧和两端面的端面密封盖与端面容积调节活塞，形成密封过水空腔。活动叶片采用径向伸缩的方式，通过轴向调节端面容积调节活塞的位置，来调节过水腔横截面，达到调节过水量和出力的目的。但是还存在不足之处:叶片径向净截面利用率低、适应低水头能力不强:叶片在蜗壳内的伸缩半径差净值取决于蜗壳内径和转子外径，半径差净值决定了过水腔的截面积与过水量能力，但由于半径最大值D、转子外径d、矩形叶片的径向尺寸a三者有一定关系，极限值满足D= 3d = 3a，d/D不能太小，这导致过水腔平均半径大而窄、容积可利用率低、过水能力有限，对低水头的微水适应能力差;应降低d/D以提高容积可利用率低，减小水轮机径向半径，对低水头适应能力更强；因此，有必要开发出结构更合理的水栗水轮机。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是:提供了一种采用叶片伸缩轴向长度来调整过水腔截面积的变容积式调速水栗水轮机。为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是:提供一种变容积偏距式水栗水轮机，其特征在于:包括蜗壳、穿设于蜗壳内的转子、用于使蜗壳相对于转子呈轴向往返运动的驱动装置、出水管以及外接的进水管，其中:所述蜗壳呈桶状结构，包括一壳底以及立于所述壳底上的壳壁，在所述壳底上开设有一与所述转子外径相匹配的圆孔，所述转子的第一端穿过所述圆孔上并相对于蜗壳旋转，在所述壳底上还设有与所述进水管相连的进水口以及与所述出水管相连的出水口，在所述壳底上开设有第一缝隙，所述第一缝隙由壳底的圆孔处向壳底的外周向设置，该第一缝隙将进水口和出水口隔离在它的两侧，在所述第一缝隙上轴向穿设有与所述第一隙缝匹配的定子叶片；所述转子未穿过在壳底的第二端的外周面上设有一环形凸起，所述环形凸起朝向壳底的一面、壳底、壳壁的内侧面、环形凸起至壳底段的转子的外周面共同密封形成一环形过水腔，所述定子叶片的里端与所述环形凸起朝向所述壳底的一面接触；在所述环形凸起上对称开设有第二缝隙和第三缝隙，所述第二缝隙和第三缝隙分别由环形凸起的外周面向环形凸起的内周面对称地设置，以将所述环形凸起分割为两个对称的半圆环;一第一转子叶片和第二转子叶片分别轴向滑动的插设于所述第二缝隙和第三缝隙中；在所述第一转子叶片远离所述壳底的一端的正、反两面分别设有一第一滑轮和第二滑轮，在所述第二转子叶片远离所述壳底的一端的正、反两面分别设有一第三滑轮和第四滑轮，所述第二滑轮和第四滑轮分别位于第一滑轮和第三滑轮的外侧；在远离壳底的一端设有与所述第一滑轮以及第三滑轮匹配的圆形导轨以及设有与所述第二滑轮和第四滑轮匹配的螺旋导轨，所述圆形导轨与所述转子同轴心，所述螺旋导轨呈“U”形，所述螺旋导轨的两端头部分分别位于所述圆形导轨的外侧，当所述第一滑轮和第三滑轮均位于所述圆形导轨上时，所述第一转子叶片或者第二转子叶片接近所述定子叶片，当第二滑轮或者第四滑轮逐渐滑入所述螺旋导轨时，所述第一转子叶片或者第二转子叶片逐渐向远离所述壳底的一端移动。进一步的，还包括分别用于平衡带动所述第一转子叶片和第二转子叶片轴线往复移动的第一直线轴杆和第二直线轴杆、分别套设于第一直线轴杆和第二直线轴杆上的第一轴承和第二轴承，所述第一直线轴杆和第二直线轴杆的右端固定于所述环形凸起上并分别靠近第二缝隙和第三缝隙；所述第一直线轴杆和第二直线轴杆的左端通过一固定环固定，固定环套设在所述转子上;所述第一转子叶片和第二转子叶片分别与所述第一轴承和第二轴承固定。进一步的，还包括一架体，所述架体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变容积偏距式水泵水轮机，其特征在于：包括蜗壳、穿设于蜗壳内的转子、用于使蜗壳相对于转子呈轴向往返运动的驱动装置、出水管以及外接的进水管，其中：所述蜗壳呈桶状结构，包括一壳底以及立于所述壳底上的壳壁，在所述壳底上开设有一与所述转子外径相匹配的圆孔，所述转子的第一端穿过所述圆孔上并相对于蜗壳旋转，在所述壳底上还设有与所述进水管相连的进水口以及与所述出水管相连的出水口，在所述壳底上开设有第一缝隙，所述第一缝隙由壳底的圆孔处向壳底的外周向设置，该第一缝隙将进水口和出水口隔离在它的两侧，在所述第一缝隙上穿设有与所述第一隙缝匹配的定子叶片；所述转子未穿过在壳底的第二端的外周面上设有一环形凸起，所述环形凸起朝向壳底的一面、壳底、壳壁的内侧面、环形凸起至壳底段的转子的外周面共同密封形成一环形过水腔，所述定子叶片的里端与所述环形凸起朝向所述壳底的一面接触；在所述环形凸起上对称开设有第二缝隙和第三缝隙，所述第二缝隙和第三缝隙将所述环形凸起分割为两个对称的半圆环；第一转子叶片和第二转子叶片分别轴向滑动的插设于所述第二缝隙和第三缝隙中；在所述第一转子叶片远离所述壳底的一端的正、反两面分别设有一第一滑轮和第二滑轮,在所述第二转子叶片远离所述壳底的一端的正、反两面分别设有一第三滑轮和第四滑轮，所述第二滑轮和第四滑轮分别位于第一滑轮和第三滑轮的外侧；    在远离壳底的一端设有与所述第一滑轮以及第三滑轮匹配的圆形导轨以及设有与所述第二滑轮和第四滑轮匹配的螺旋导轨，所述圆形导轨与所述转子同轴心，所述螺旋导轨呈“U”形，所述螺旋导轨的两端头部分分别位于所述圆形导轨的外侧，当所述第一滑轮和第三滑轮均位于所述圆形导轨上时，所述第一转子叶片或者第二转子叶片接近所述定子叶片，当第二滑轮或者第四滑轮逐渐滑入所述螺旋导轨时，所述第一转子叶片或者第二转子叶片逐渐向远离所述壳底的一端移动。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：古亮，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85