專利名稱：巨型水輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于水力發(fā)電設(shè)備領(lǐng)域，具體是一種巨型水輪機(jī)。
目前，已有技術(shù)中的水力發(fā)電機(jī)組的水輪機(jī)，有多種類型1、反擊式混流式、軸流式、(軸流定漿式、軸流轉(zhuǎn)漿式)、斜流式、貫流式《全貫流式、半貫流式、(燈泡式、軸伸式、堅井式)》水輪機(jī)；2、沖擊式水斗式、斜擊式、雙擊式水輪機(jī)。這兩種水輪機(jī)的直徑都不大。例如，水輪機(jī)組型號為HL260-WJ-42的水輪機(jī)的直徑只有0.4m。
世界上最大的中國長江三峽水電站，安裝26臺70萬kw的水輪機(jī)組，設(shè)計水位175m，單臺水輪機(jī)的額定流量為966.4m/s。轉(zhuǎn)輪最大直徑為10.6m，重量為500噸。70萬kw的水輪機(jī)組的效率η＝N(實際)/N1(理論)＝700000/966.4*175*9.81＝70/166＝42％，低于普通水輪機(jī)效率。水輪機(jī)直徑小、重量大、效率低。
本實用新型的目的是設(shè)計一種結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、水輪機(jī)直徑大于10.6m以上的巨型水輪機(jī)，以提高發(fā)電效率，滿足各種大、中、小型水電站的需要。
本實用新型的目的是通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)的。
本實用新型的巨型水輪機(jī)，主要由巨輪支架(1)、巨輪(2)、鏈條(3)、水葉(4)、垂直管道(5)、水平管道(6)組成，巨輪(2)由巨輪支架(1)支撐，由多段鏈節(jié)構(gòu)成環(huán)形鏈條(3)，每節(jié)鏈條(3)上均安裝有十字型支架(7)，十字型支架(7)上安裝有4個與管道滑動配合的滑輪(8)和兩瓣或四瓣水葉(4)，鏈條(3)上的凸臺(9)與巨輪(2)外緣支架(10)的凹槽(11)相嵌合，垂直管道(5)與水平管道(6)通過彎曲管道(13)相連并位于巨輪(2)的底側(cè)部，垂直管道(5)的一側(cè)開有進(jìn)水口(14)，環(huán)形鏈條(3)和鏈節(jié)上的水葉(4)通過垂直管道(5)后進(jìn)入彎曲管道(3)，再進(jìn)入水平管道(6)，與巨輪(2)嵌合形成封閉的環(huán)形軌跡。
上述方案中，巨輪(2)的直徑為10.6m以上。
上述方案中，巨輪(2)、鏈條(3)和水葉(4)等各種元件的連結(jié)方式可以任意設(shè)計，如可采用固定連接或活動連接，如鉚接、扦接、焊接、扣接等等。水葉(4)與管道滑動配合也可以采用其他方式。工作時，由于水葉(4)及鏈條(3)在垂直管道(5)承受水向下的壓力，經(jīng)過彎曲管道進(jìn)入水平管道(6)承受水的沖壓力，水的重力和沖壓力，不斷地拉動鏈條(3)，鏈條(3)卡住巨輪(2)并帶動其轉(zhuǎn)動因而產(chǎn)生機(jī)械能。
本實用新型是設(shè)計人通過多年反復(fù)實踐研究總結(jié)所獲得的科學(xué)實用的技術(shù)方案，它具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、使用方便的特點，本實用新型的水輪機(jī)直徑大于10.6m以上，為巨型水輪機(jī)，可以提高發(fā)電效率，滿足各種大、中、小型水電站的需要。
下面通過實施例進(jìn)一步描述本實用新型，本實用新型不僅限于所述實施例。


圖1為本實用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為鏈條(3)、十字型支架(7)、滑輪(8)、水葉(4)的連接關(guān)系示意圖。
圖3為鏈條(3)的凸臺(9)與巨輪(2)的外緣支架(10)的嵌合關(guān)系示意圖。
圖中1、巨輪支架 2、巨輪；3、鏈條；4、水葉；5、垂直管道；6、水平管道；7、十字型支架；8、滑輪；9、凸臺；10、外緣支架；11、凹槽；12、軸；13、彎曲管道；14、進(jìn)水口。
如
圖1～3所示本實用新型的巨型水輪機(jī)，主要由巨輪支架(1)、巨輪(2)、鏈條(3)、水葉(4)、垂直管道(5)、水平管道(6)組成，直徑為12m的巨輪(2)由巨輪支架(1)支撐，由多段鏈節(jié)構(gòu)成環(huán)形鏈條(3)，每節(jié)鏈條(3)上均安裝有十字型支架(7)，十字型支架(7)上安裝有4個與管道滑動配合的滑輪(8)和兩瓣或四瓣水葉(4)(見圖2)，巨輪(2)轉(zhuǎn)動時鏈條(3)上的凸臺(9)嵌入巨輪(2)外緣支架(10)的凹槽(11)內(nèi)(見圖3)，垂直管道(5)與水平管道(6)通過彎曲管道(13)相連并位于巨輪(2)的底側(cè)部，垂直管道(5)的一側(cè)開有進(jìn)水口(14)，環(huán)形鏈條(3)和鏈節(jié)上的水葉(4)通過垂直管道(5)后進(jìn)入彎曲管道(3)，再進(jìn)入水平管道(6)，與巨輪(2)嵌合形成封閉的環(huán)形軌跡。
本例中1.支架——由八根或四根鋼柱或混凝土結(jié)構(gòu)柱組成，巨輪通過巨輪軸，固定在支架的橫梁上，將巨輪支撐在空中。
2.巨輪——巨輪直徑大于10.6m，用型材結(jié)構(gòu)，巨輪的輪子厚度和寬度及大小均可根據(jù)需要，按一定比例尺放大。
3.鏈條——由巨輪的節(jié)圓直徑，確定周節(jié)長度，每根鏈條上均安裝有十字形支架，十字形支架與管道接觸處安裝有四個滑輪(或?qū)л?和一對水葉(兩瓣或四瓣)，滑輪在管道內(nèi)(或管道內(nèi)軌導(dǎo)上)運動時定位和導(dǎo)向，一個一個的鏈條連接起來，將巨輪圍成一個封閉的環(huán)形軌跡。鏈條相當(dāng)于水車樣提。
4.水葉——呈圓形或方形，一根鏈條一對水葉，安裝在鏈條的十字形支架上，經(jīng)過管道時承受水的壓力和沖力。
5.垂直管道——呈圓形或方形，由垂直管道與彎曲管道組成，鏈條進(jìn)口處的管道與地面垂直，是鏈條和水葉的導(dǎo)軌。
6.水平管道——呈圓形或方形，水平管道與彎曲管道組成，是鏈條和水葉的水平導(dǎo)軌。
本實用新型的水輪機(jī)工作過程是跌水通過進(jìn)水口，進(jìn)入圓形管道或方形管道，由于水的重量(1m水為1000kg)，將水葉向下壓，鏈條承受水的重力作用，當(dāng)?shù)ㄟ^垂直管道與彎曲管道進(jìn)入水平管道時，鏈條承受水的沖壓力作用，由于跌水不斷地進(jìn)入管道，鏈條不斷地拉動巨輪運動，巨輪不斷轉(zhuǎn)動。
巨輪與發(fā)電機(jī)之間，通過鏈輪將巨輪的機(jī)械能傳給發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)將巨輪的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。
本實用新型水輪機(jī)為巨型水輪機(jī)，巨型水輪機(jī)工作原理及其與現(xiàn)有小型水輪機(jī)工作效率對比情況如下在有水頭落差開發(fā)方式(引水式、堤壩式跌水)建立水力發(fā)電站。
如果水頭落差H有10m、20m、30m、40m等。巨型水輪機(jī)的直徑，可設(shè)計為Φ40m、Φ80m、Φ120m、Φ160m等。
本水輪機(jī)出力，根據(jù)水力學(xué)公式N＝QH9.81＝(kw)N——水輪機(jī)理論出力。
Q——設(shè)計流量(m3/s)。
H——設(shè)計水頭(m)。
水輪機(jī)的效率nn＝N/N1＝N/(9.81QH)＝85-90％N——水輪機(jī)實際出力。
N1——水輪機(jī)理論出力。
巨型水輪機(jī)理論出力。
巨型水輪機(jī)的特點，是巨大的直徑，轉(zhuǎn)動時傳動的轉(zhuǎn)矩MM＝P(Φ/2)。將M引入水力學(xué)公式N＝QH9.81＝QH9.81(Φ/2)＝kw。
M——巨輪轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)矩。
P——水的拉力。
Φ——巨輪直徑。
Φ/2——相當(dāng)于中國幾千年來的桿秤的秤桿。
N＝QH9.81——相當(dāng)于桿秤的秤砣。
巨型水輪機(jī)的轉(zhuǎn)矩M，相當(dāng)于中國幾千年來的桿秤原理。
根據(jù)桿秤的杠桿平衡條件G1*OC＝G2*OAG1——秤砣質(zhì)量。
G2——秤鉤上的物體質(zhì)量。
OA——秤鉤到提紐(支架)的距離。
OC——秤鉤到秤砣的距離。
例如市場上150kg的桿秤，秤砣4.5kg，OA＝3cm，OC＝103cm。
桿秤稱量重物時G2＝G1*OC/OA＝4.5*(103-3)/3＝150kg例如某水電站，水輪機(jī)組型號為HL260-WJ-42，即直徑為0.42m，水輪機(jī)實際出力為67.2kw，設(shè)計水頭H＝11.5m，Q＝0.76m3/s。
1.常規(guī)水輪機(jī)理論出力根據(jù)水力學(xué)公式N＝QH9.81＝kwN＝0.76*11.5*9.81＝85.7kw。
按0.2元上網(wǎng)電價計算年經(jīng)濟(jì)效益0.2元*85.7(kw)*24(小時)*300(天)＝12.3408萬元2.巨型水輪機(jī)理論出力用直徑Φ60m巨型水輪機(jī)，代替HL260-WJ-42水輪機(jī)。
根據(jù)將M引入水力學(xué)公式N＝QH9.81＝QH9.81(Φ/2)＝kw根據(jù)桿秤的杠桿平衡條件G1*OC＝G2*OA，設(shè)發(fā)電機(jī)直徑Φ＝1m。
OC＝(Φ/2)＝60m/2＝30m-相當(dāng)于桿秤的秤鉤到秤砣的距離。
OA＝1/2＝0.5m-相當(dāng)于桿秤提紐到秤鉤的距離。
G1＝85.7kw-相當(dāng)于桿秤的秤砣。
巨型水輪機(jī)的理論出力N＝QH9.81＝QH9.81(Φ/2)kwG2＝G1*OC/OA＝85.7*(30-0.5)/0.5＝5056.3kw按年發(fā)電量，每年增加發(fā)電量5056.3kw/85.7kw＝59倍。
按0.2元上網(wǎng)電價計算每年的經(jīng)濟(jì)效益0.2元*5056.3(kw)*24(小時)*300(天)＝728.1072萬元。
巨型水輪機(jī)經(jīng)濟(jì)效益與普通水輪機(jī)經(jīng)濟(jì)效益比較728.1072萬元/12.3408萬元＝59倍。巨型水輪機(jī)的理論出力與它的直徑成正比。即若巨型水輪機(jī)直徑是Φ60m、Φ80m、Φ120m、Φ160m，它的電力和經(jīng)濟(jì)效益是普通水輪機(jī)電力和經(jīng)濟(jì)效益的60倍、80倍、120倍、160倍等等。
權(quán)利要求1.一種巨型水輪機(jī)，主要由巨輪支架(1)、巨輪(2)、鏈條(3)、水葉(4)、垂直管道(5)、水平管道(6)組成，巨輪(2)由巨輪支架(1)支撐，由多段鏈節(jié)構(gòu)成環(huán)形鏈條(3)，其特征在于每節(jié)鏈條(3)上均安裝有十字型支架(7)，十字型支架(7)上安裝有4個與管道滑動配合的滑輪(8)和兩瓣或四瓣水葉(4)，鏈條(3)上的凸臺(9)與巨輪(2)外緣支架(10)的凹槽(11)相嵌合，垂直管道(5)與水平管道(6)通過彎曲管道(13)相連并位于巨輪(2)的底側(cè)部，垂直管道(5)的一側(cè)開有進(jìn)水口(14)，環(huán)形鏈條(3)和鏈節(jié)上的水葉(4)通過垂直管道(5)后進(jìn)入彎曲管道(3)，再進(jìn)入水平管道(6)，與巨輪(2)嵌合形成封閉的環(huán)形軌跡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巨型水輪機(jī)，其特征在于所述巨輪(2)的直徑為10.6m以上。
專利摘要本實用新型是一種巨型水輪機(jī)，主要由巨輪支架、巨輪、鏈條、水葉、垂直管道、水平管道組成，直徑為10.6m的巨輪由巨輪支架支撐，由多段鏈節(jié)構(gòu)成環(huán)形鏈條，每節(jié)鏈條上均安裝有十字型支架，十字型支架上安裝有4個與管道滑動配合的滑輪和兩瓣或四瓣水葉，鏈條上的凸臺與巨輪外緣支架的凹槽相嵌合，垂直管道與水平管道通過彎曲管道相連并位于巨輪的底側(cè)部，垂直管道的一側(cè)開有進(jìn)水口，環(huán)形鏈條和鏈節(jié)上的水葉通過垂直管道后進(jìn)入彎曲管道，再進(jìn)入水平管道，與巨輪嵌合形成封閉的環(huán)形軌跡，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單、重量輕，利用水力發(fā)電效率高，可滿足各種大、中、小型水電站的需要。
文檔編號F03B9/00GK2563322SQ0227626
公開日2003年7月30日 申請日期2002年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月28日
發(fā)明者張紹全 申請人:張紹全