一种高效多阶中通混流式一体化水轮发电机制造技术

本发明专利技术公开了一种高效多阶中通混流式一体化水轮发电机，包括第一定子机构、第二定子机构、第一转子机构、第二转子机构和转轮机构，转轮机构包括一旋转内罩、第二旋转内罩和固定外罩通过密封轴承连接构成封闭的环形空腔，在第一旋转内罩和第二旋转内罩内侧安装有第一转叶轮和第二转叶轮，第一定子机构和第一转子机构成对安装在环形空腔内的上部，第二定子机构和第二转子机构成对安装在环形空腔内的下部；本发明专利技术所述高效多阶中通混流式一体化水轮发电机励磁效率高，寿命长，建设成本与生产管理成本较低，水能转化效率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水电设备领域，尤其涉及一种高效多阶中通混流式一体化水轮发电机。
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。反击式水轮机可分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式。在混流式水轮机中，水流径向进入导叶机构，轴向流出转轮；在轴流式水轮机中，水流径向进入导叶，轴向进入和流出转轮；在斜流式水轮机中，水流径向进入导叶而以倾斜于主轴某一角度的方向流进转轮，或以倾斜于主轴的方向流进导叶和转轮；在贯流式水轮机中，水流沿轴向流进导叶和转轮。轴流式、贯流式和斜流式水轮机按其结构还可分为定桨式和转桨式。定桨式的转轮叶片是固定的；转桨式的转轮叶片可以在运行中绕叶片轴转动，以适应水头和负荷的变化。当前使用较为广泛的主要是轴流式和混流式水轮机。现有的水轮机普遍所存在的问题是：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，避免偏心转动，会在转轴的连接处以及中部设置多个轴承，轴承的增多会加大转动过程中的摩擦耗能，轴承容易因摩擦升温烧坏，且较长传动轴出现偏心转动时，容易导致对发电机造成损坏；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产热、及轴承转动摩擦产热），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、轴承烧坏，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）现有水轮机，由于在水流能量利用上存在较大的水流动能余留和摩擦产热损耗，水流能量的利用率相对较低，现阶段，轴流式水轮机的较高稳定效率仅为90%；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；5）由于水轮发电机中的定子、转子、凸极、传动轴等部件需要承受较高的温度或较大的受力，其定子、转子、凸极、传动轴等部件对材料强度要求高。上述因素给电站的建设造成了较大的投入成本与生产管理成本，且电站生产产能相对较低，部分小型可利用水能资源被浪费。
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）现有水轮机的较高稳定效率仅在90%左右；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：一种高效多阶中通混流式一体化水轮发电机，包括第一定子机构、第二定子机构、第一转子机构、第二转子机构、转轮机构、尾水管、导叶机构和进水蜗壳，转轮机构中部通水，进水蜗壳、导叶机构、转轮机构和尾水管依次构成密封的水流通道；其特征在于：转轮机构包括第一转叶轮、第二转叶轮、第一旋转内罩、第二旋转内罩和固定外罩，第一转叶轮和第二转叶轮中空通水，第一转叶轮的下环外圆周固定连接在第一旋转内罩的内圆周上，第二转叶轮的外圆周固定连接在第二旋转内罩的内圆周，第一转叶轮的叶片轴向角与第二转叶轮的叶片轴向角相反，第一转叶轮与第二转叶轮的转动方向相反，第一旋转内罩与第二旋转内罩同轴上、下分布，固定外罩位于第一旋转内罩和第二旋转内罩的径向外侧，第一旋转内罩、第二旋转内罩与固定外罩通过密封轴承连接构成封闭的环形空腔，第一定子机构与第二定子机构同轴上下并列安装在环形空腔内的固定外罩径向外侧，第一转子机构与第二转子机构同轴上下并列，分别配对于第一定子机构和第二定子机构，并分别安装在环形空腔内的第一旋转内罩和第二旋转内罩径向内侧；所述第一定子机构包括第一发电机电枢绕组和第一励磁机电枢绕组同轴上、下并列环形分布，第二定子机构包括第二发电机电枢绕组和第二励磁机电枢绕组同轴上、下并列环形分布；第一转子机构包括第一发电机励磁绕组和第一励磁机励磁绕组同轴上、下并列环形分布，第二转子机构包括第二发电机励磁绕组和第二励磁机励磁绕组同轴上、下并列环形分布。作为进一步说明，所述第一旋转内罩与固定外罩的连接间隙处设置有第一导电刷，第二旋转内罩与固定外罩的连接间隙处设置有第二导电刷，第一转子机构和第二转子机构分别通过第一导电刷和第二导电刷导电连接外界。作为进一步优化，为了减小尾水管与第二旋转内罩的摩擦，同时提高其密封性，所述第二旋转内罩与尾水管间均设置有陶瓷密封轴承。作为进一步优化，为了具有更好的防水性能，所述密封轴承或陶瓷密封轴承的外侧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，为了实现对定子机构和转子机构的实时动态监测，所述固定外罩内还安装有红外测温器。基于上述技术方案的说明，所述高效多阶中通混流式一体化水轮发电机做功过程为：水流从进水蜗壳进入，经导叶机构导向，流入第一转叶轮，第一转叶轮受水压反击发生转动，水流以一定速度从第一转叶轮流出后，进入第二转叶轮，带动第二转叶轮，第一转叶轮与第二转叶轮转向相反，并分别带动第一发电机励磁绕组和第二发电机励磁绕组转动，分别磁感切割第一发电机电枢绕组和第二发电机电枢绕组，实现双电枢发电；该种做功过程，其水流的自旋涡流动能小，水能转化率高。工作原理：该专利技术所述高效多阶中通混流式一体化水轮发电机，工作时，水流经过导叶机构的引导与控制，流入转轮机构，转轮机构中第一转叶轮和第二转叶轮在水流压力的驱动下分别带动第一旋转内罩和第二旋转内罩转动，第一旋转内罩和第二旋转内罩并分别带动第一励磁机励磁绕组和第二励磁机励磁绕组的转动，分别切割第一励磁机电枢绕组和第二励磁机电枢绕组线圈，第一励磁机电枢绕组和第二励磁机电枢绕组产生交流电输入到外界整流设备整流，整流后分别通过第一导电刷和第二导电刷导电输入到第一发电机励磁绕组和第二发电机励磁绕组，分别产生用于切割第一发电机电枢绕组和第二发电机电枢绕组的磁场，并使第一发电机电枢绕组和第二发电机电枢绕组输出磁感电流。有益效果：本专利技术所述的高效多阶中通混流式一体化水轮发电机，相对于现有水轮发电装置，由于第一定子机构、第二定子机构、第一转子机构和第二转子机构直接安装在转轮机构的环形空腔内，发电工作过程产生的废热可直接通过第一旋转内罩、第二旋转内罩与固定外罩散热到水流中，有效的省去了专本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效多阶中通混流式一体化水轮发电机，包括第一定子机构(1)、第二定子机构(2)、第一转子机构(3)、第二转子机构(4)、转轮机构(5)、尾水管(6)、导叶机构(7)和进水蜗壳(8)，转轮机构(5)中部通水，进水蜗壳(8)、导叶机构(7)、转轮机构(5)和尾水管(6)依次构成密封的水流通道，其特征在于：转轮机构(5)包括第一转叶轮(51)、第二转叶轮(52)、第一旋转内罩(53)、第二旋转内罩(54)和固定外罩(55)，第一转叶轮(51)的下环外圆周固定连接在第一旋转内罩(53)的内圆周上，第二转叶轮(52)的外圆周固定连接在第二旋转内罩(54)的内圆周，第一转叶轮(51)的叶片轴向角与第二转叶轮(52)的叶片轴向角相反，第一转叶轮(51)与第二转叶轮(52)的转动方向相反，第一旋转内罩(53)与第二旋转内罩(54)同轴上、下分布，固定外罩(55)位于第一旋转内罩(53)和第二旋转内罩(54)的径向外侧，第一旋转内罩(53)、第二旋转内罩(54)与固定外罩(55)通过密封轴承(56)连接构成封闭的环形空腔(57)，第一定子机构(1)与第二定子机构(2)同轴上下并列安装在环形空腔(57)内的固定外罩(55)径向外侧，第一转子机构(3)与第二转子机构(4)同轴上下并列，分别配对于第一定子机构(1)和第二定子机构(2)，并分别安装在环形空腔(57)内的第一旋转内罩(53)和第二旋转内罩(54)径向内侧，所述第一定子机构(1)包括第一发电机电枢绕组(11)和第一励磁机电枢绕组(12)同轴上、下并列环形分布，第二定子机构(2)包括第二发电机电枢绕组(21)和第二励磁机电枢绕组(22)同轴上、下并列环形分布，第一转子机构(3)包括第一发电机励磁绕组(31)和第一励磁机励磁绕组(32)同轴上、下并列环形分布，第二转子机构(4)包括第二发电机励磁绕组(41)和第二励磁机励磁绕组(42)同轴上、下并列环形分布。...

【技术特征摘要】
1.一种高效多阶中通混流式一体化水轮发电机，包括第一定子机构(1)、第二定子机构(2)、第一转子机构(3)、第二转子机构(4)、转轮机构(5)、尾水管(6)、导叶机构(7)和进水蜗壳(8)，转轮机构(5)中部通水，进水蜗壳(8)、导叶机构(7)、转轮机构(5)和尾水管(6)依次构成密封的水流通道，其特征在于：转轮机构(5)包括第一转叶轮(51)、第二转叶轮(52)、第一旋转内罩(53)、第二旋转内罩(54)和固定外罩(55)，第一转叶轮(51)的下环外圆周固定连接在第一旋转内罩(53)的内圆周上，第二转叶轮(52)的外圆周固定连接在第二旋转内罩(54)的内圆周，第一转叶轮(51)的叶片轴向角与第二转叶轮(52)的叶片轴向角相反，第一转叶轮(51)与第二转叶轮(52)的转动方向相反，第一旋转内罩(53)与第二旋转内罩(54)同轴上、下分布，固定外罩(55)位于第一旋转内罩(53)和第二旋转内罩(54)的径向外侧，第一旋转内罩(53)、第二旋转内罩(54)与固定外罩(55)通过密封轴承(56)连接构成封闭的环形空腔(57)，第一定子机构(1)与第二定子机构(2)同轴上下并列安装在环形空腔(57)内的固定外罩(55)径向外侧，第一转子机构(3)与第二转子机构(4)同轴上下并列，分别配对于第一定子机构(1)和第二定子机构(2)，并分别安装在环形空腔(57)内的第一旋转内罩(53)和第二旋转内罩(54)径向内侧，所述第一定子机构(1)包括第一发电机电枢绕组(11)和第一励磁机电枢绕组(...

【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