本發明專利技術公開了一種一體化平裝高效勵磁混流式水輪發電機，包括第一電樞機構、第二電樞機構、勵磁機構、密封罩體機構、尾水管、導葉機構、轉輪和蝸殼，蝸殼、導葉機構、轉輪和尾水管依次構成水流通道，密封罩體機構包括旋轉罩和固定罩，旋轉罩與固定罩同軸通過密封軸承連接構成封閉的環形空腔，第一電樞機構、勵磁機構和第一電樞機構依次同軸上、中、下層并列安裝在環形空腔內，勵磁機構安裝在旋轉罩內中部，第一電樞機構安裝在固定罩內上部，第二電樞機構安裝在固定罩內下部；本發明專利技術所述一體化平裝高效勵磁混流式水輪發電機壽命長，建設成本與生產管理成本較低，勵磁效率高，水能轉化效率高。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及水電設備領域，尤其涉及一種一體化平裝高效勵磁混流式水輪發電機。
技術介紹
水輪發電裝置按工作原理可分為沖擊式水輪機和反擊式水輪機兩大類。沖擊式水輪機的轉輪受到水流的沖擊而旋轉，工作過程中水流的壓力不變，主要是動能的轉換；反擊式水輪機的轉輪在水中受到水流的反作用力而旋轉，工作過程中水流的壓力能和動能均有改變，但主要是壓力能的轉換。沖擊式水輪機，由于其工作輪僅部分過水，部分水斗受力，故該類水輪機所需流量較小，比較適合小流量高水頭的發電場所。沖擊式水輪機，按水流的流向可分為切擊式(又稱水斗式)和斜擊式兩類，在等徑水輪條件下，切擊式的受力力臂相對斜擊式較大，但運行水輪轉速相對較小。反擊式水輪機可分為混流式、軸流式、斜流式和貫流式。在混流式水輪機中，水流徑向進入導葉機構，軸向流出轉輪；在軸流式水輪機中，水流徑向進入導葉，軸向進入和流出轉輪；在斜流式水輪機中，水流徑向進入導葉而以傾斜于主軸某一角度的方向流進轉輪，或以傾斜于主軸的方向流進導葉和轉輪；在貫流式水輪機中，水流沿軸向流進導葉和轉輪。軸流式、貫流式和斜流式水輪機按其結構還可分為定槳式和轉槳式。定槳式的轉輪葉片是固定的；轉槳式的轉輪葉片可以在運行中繞葉片軸轉動，以適應水頭和負荷的變化。當前使用較為廣泛的主要是軸流式和混流式水輪機。現有的水輪機普遍所存在的問題是：1）水輪機的葉輪與發電機和勵磁電機需通過較長的傳動軸傳動，而一般情況下，為了便于傳動軸的安裝更換，傳動軸連接處會采用法蘭連接，同時為了維持傳動軸穩定轉動，避免偏心轉動，會在轉軸的連接處以及中部設置多個軸承，軸承的增多會加大轉動過程中的摩擦耗能，軸承容易因摩擦升溫燒壞，且較長傳動軸出現偏心轉動時，容易導致對發電機造成損壞；2）現有水輪發電裝置的發電機和勵磁機在工作中會產生大量的廢熱（主要由導線中強電流產熱、及軸承轉動摩擦產熱），需要安裝專用的散熱、冷卻系統，當散熱、冷卻系統出現問題時，容易導致機芯、軸承燒壞，而且即使在冷卻系統正常工作下，由于定子和轉子呈內、外層分布，位于內層的轉子產生的廢熱需通過定子與轉子的隔空間隙層傳導到外界，隔空間隙層的導熱速率小，內層轉子與外層定子存在較大的溫差，內層轉子容易燒毀；3）現有水輪機，由于在水流能量利用上存在較大的水流動能余留和摩擦產熱損耗，水流能量的利用率相對較低，現階段，軸流式水輪機的較高穩定效率僅為90%；4）現有的每組水輪發電機均是針對不同地形的定制機，造成原材料、組件、線材和零部件不能夠通用，不能夠批量生產；5）由于水輪發電機中的定子、轉子、凸極、傳動軸等部件需要承受較高的溫度或較大的受力，其定子、轉子、凸極、傳動軸等部件對材料強度要求高；6）勵磁繞組的磁極僅能利用其中一磁極，勵磁效率較低，勵磁能耗較大。上述因素給電站的建設造成了較大的投入成本與生產管理成本，且電站生產產能相對較低，部分小型可利用水能資源被浪費。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題為：1）現有水輪發電裝置中傳動軸和軸承由于受力較大、摩擦產溫較高，其損耗較大；2）現有水輪發電裝置的發電機和勵磁機在工作中會產生大量的廢熱，需要安裝專用的冷卻系統，且其冷卻系統的冷卻效果欠佳，容易燒毀機芯；3）現有水輪機的較高穩定效率僅在90%左右；4）現有的水輪發電機均是針對不同地形的定制機，體積存在較大差異，不能夠批量生產；5）水輪發電機中的定子、轉子、凸極、傳動軸等部件對材料強度要求高；6）勵磁繞組的勵磁效率低。為解決其技術問題本專利技術所采用的技術方案為：一種一體化平裝高效勵磁混流式水輪發電機，包括第一電樞機構、第二電樞機構、勵磁機構、密封罩體機構、尾水管、導葉機構、轉輪和蝸殼；蝸殼、導葉機構、轉輪和尾水管依次構成水流通道；密封罩體機構包括旋轉罩和固定罩，旋轉罩與固定罩同軸通過密封軸承連接構成封閉的環形空腔；第一電樞機構、勵磁機構和第二電樞機構依次同軸上、中、下層并列安裝在環形空腔內；勵磁機構安裝在旋轉罩內中部，第一電樞機構安裝在固定罩內上部，第二電樞機構安裝在固定罩內下部；第一電樞機構包括第一電樞繞組和第二電樞繞組，第一電樞繞組和第二電樞繞組同軸內、外層環形分布在固定罩內上部；第二電樞機構包括第三電樞繞組和第四電樞繞組，第三電樞繞組和第四電樞繞組同軸內、外層環形分布在固定罩內下部；勵磁機構包括第一勵磁繞組和第二勵磁繞組，第一勵磁繞組與第二勵磁繞組同軸內、外層環形分布在旋轉罩內中部；轉輪的下環外圓周固定連接旋轉罩內圓周，固定罩固定安裝在尾水管上端部；作為進一步優化說明，所述旋轉罩與固定罩的連接間隙處設置有導電刷，導電刷用于勵磁電流的輸入。作為進一步優化，所述尾水管和導葉機構與旋轉罩的間隙部位設置陶瓷密封軸承；該種結構可提高環形空腔的密封性，改善密封軸承的工作環境，減小密封軸承的受力負荷，減小固定罩與旋轉罩的摩擦。作為進一步優化，為了具有更好的防水性能，所述旋轉罩與固定罩邊角連接處設置有相互配合的折形離心甩水邊環，折形離心甩水邊環的間隙口沿徑向朝外。作為進一步優化，為了更好的增強折形離心甩水邊環的甩水效果和耐磨性，所述折形離心甩水邊環內還安裝有樹脂耐磨環。工作原理：該專利技術所述一體化平裝高效勵磁混流式水輪發電機，工作時，水流經過導葉機構的引導與控制，流入轉輪，轉輪在水流壓力的驅動下帶動旋轉罩共同轉動，旋轉罩帶動第一勵磁繞組和第二勵磁繞組轉動，第一勵磁繞組和第二勵磁繞組的上端磁極分別切割第一電樞繞組和第二電樞繞組的線圈、第一勵磁繞組和第二勵磁繞組的下端磁極分別切割第三電樞繞組和第四電樞繞組，第一電樞繞組和第三電樞繞組的電流用于勵磁供電，第二電樞繞組和第四電樞繞組用于輸出。本專利技術所述的一體化平裝高效勵磁混流式水輪發電機，由于其第一電樞機構和勵磁機構直接通過密封罩體機構安裝在尾水管和轉輪之間，發電工作過程產生的廢熱可直接通過旋轉罩與固定罩散熱到水流中，有效的省去了專門的冷確散熱系統。而且，本專利技術所述的一體化平裝高效勵磁混流式水輪發電機，相對于常規發電機的轉子結構模式，其熱量傳導無需通過轉子與定子間的隔空層，其第一電樞機構和勵磁機構廢熱可直接散熱到水流中，相比現有的發電機散熱方式，具有更好的散熱效果，能有效避免燒毀機芯的問題，增長設備的使用壽命。此外，由于發電勵磁繞組的兩個磁極的磁通量均被利用于切割發電機電樞繞組，在同等勵磁電流下，勵磁效率相對傳統勵磁方式提高一倍有益效果：本專利技術所述的一體化平裝高效勵磁混流式水輪發電機，有效的省去了常規的冷確散熱系統，具有更好的散熱效果，能有效避免燒毀機芯的問題，增長設備的使用壽命；同時，由于第一電樞機構、勵磁機構與轉輪的一體化，動力傳動無需通過傳動軸部件傳動，本專利技術所述的一體化平裝高效勵磁混流式水輪發電機能有效的避免傳動軸偏心問題和軸承摩擦耗能問題，簡化水輪發電裝置的結構，降低材料要求，較大程度地縮小設備體積，增強設備的通用性，減少電站建設成本與生產管理成本。此外，本專利技術所述的一體化平裝高效勵磁混流式水輪發電機具有較高的傳動效率，其水輪機發電機的穩定效率可達93%以上，且勵磁效率高。附圖說明圖1為本專利技術方案一的垂直剖視視結構示意圖；圖2為本專利技術方案一的勵磁機構水平剖視結構示意圖；圖3為本專利技術方案一的第一電樞機構水平剖視結構示意圖；圖4為本專利技術方案一的第二電樞機構本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種一體化平裝高效勵磁混流式水輪發電機，包括第一電樞機構(1a)、第二電樞機構(1b)、勵磁機構(2)、密封罩體機構(3)、尾水管(4)、導葉機構(5)、轉輪(6)和蝸殼(7)；蝸殼(7)、導葉機構(5)、轉輪(6)和尾水管(4)依次構成水流通道，密封罩體機構(3)包括旋轉罩(31)和固定罩(32)，旋轉罩(31)與固定罩(32)同軸通過密封軸承(33)連接構成封閉的環形空腔(34)，第一電樞機構(1a)、勵磁機構(2)和第二電樞機構(1b)依次同軸上、中、下層并列安裝在環形空腔(34)內，勵磁機構(2)安裝在旋轉罩(31)內中部，第一電樞機構(1a)安裝在固定罩(32)內上部，第二電樞機構(1b)安裝在固定罩(32)內下部，第一電樞機構(1a)包括第一電樞繞組(11a)和第二電樞繞組(12a)，第一電樞繞組(11a)和第二電樞繞組(12a)同軸內、外層環形分布在固定罩(32)內上部，第二電樞機構(1b)包括第三電樞繞組(11b)和第四電樞繞組(12b)，第三電樞繞組(11b)和第四電樞繞組(12b)同軸內、外層環形分布在固定罩(32)內下部，勵磁機構(2)包括第一勵磁繞組(21)和第二勵磁繞組(22)，第一勵磁繞組(21)與第二勵磁繞組(22)同軸內、外層環形分布在旋轉罩(31)內中部，轉輪(6)的下環外圓周固定連接旋轉罩(31)內圓周，固定罩(32)固定安裝在尾水管(4)上端部。...
【技術特征摘要】
1.一種一體化平裝高效勵磁混流式水輪發電機，包括第一電樞機構(1a)、第二電樞機構(1b)、勵磁機構(2)、密封罩體機構(3)、尾水管(4)、導葉機構(5)、轉輪(6)和蝸殼(7)；蝸殼(7)、導葉機構(5)、轉輪(6)和尾水管(4)依次構成水流通道，密封罩體機構(3)包括旋轉罩(31)和固定罩(32)，旋轉罩(31)與固定罩(32)同軸通過密封軸承(33)連接構成封閉的環形空腔(34)，第一電樞機構(1a)、勵磁機構(2)和第二電樞機構(1b)依次同軸上、中、下層并列安裝在環形空腔(34)內，勵磁機構(2)安裝在旋轉罩(31)內中部，第一電樞機構(1a)安裝在固定罩(32)內上部，第二電樞機構(1b)安裝在固定罩(32)內下部，第一電樞機構(1a)包括第一電樞繞組(11a)和第二電樞繞組(12a)，第一電樞繞組(11a)和第二電樞繞組(12a)同軸內、外層環形分布在固定罩(32)內上部，第二電樞機構(1b)包括第三電樞繞組(11b)和第四電樞繞組(12b)，第三電樞繞組(11b)和第四電樞繞組(12b)同軸內、外層環...
【專利技術屬性】
技術研發人員：郭遠軍，
申請(專利權)人：郭遠軍，
類型：發明
國別省市：湖南;43
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