偏心滑移式水輪的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種偏心滑移式水輪機(jī)，旨在提供一種節(jié)能省力、成本較低，具備由動力驅(qū)動順轉(zhuǎn)用于抽水儲能和由水流推動反轉(zhuǎn)用于放水發(fā)電兩種功能，其技術(shù)方案的要點(diǎn)是：在轉(zhuǎn)輪長度其外緣周線上以圓周等分對準(zhǔn)中心做成若干對中橫向穿通的縱向通道，每兩片葉片以左右或上下為一字形排列於同一通道中順環(huán)形軌道做內(nèi)外滑移，由于環(huán)形軌道與轉(zhuǎn)輪安裝位存在一定的偏心，運(yùn)轉(zhuǎn)中由水流推動的葉片為主動、轉(zhuǎn)輪為被動連及葉片外邊兩端頂頭走輪順環(huán)形軌道做伸出通道變長和縮進(jìn)通道變短為重復(fù)交替進(jìn)行，伸出以接受水流的推力而做功，縮進(jìn)以咸少運(yùn)轉(zhuǎn)中的阻力而節(jié)能，每運(yùn)轉(zhuǎn)一周各葉片伸縮一次，順轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)只是改變了水流方向，其做功原理不變。
【專利說明】偏心滑移式水輪機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及借助水在流動中所形成的水能用來驅(qū)動機(jī)器的一個(gè)間接傳動部件，更確切更具體地來講就是用來驅(qū)動發(fā)電機(jī)或其他機(jī)器的水輪機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]水力發(fā)電是人類改造大自然，利用大自然最成功的一個(gè)典范，是取之不盡、用之不竭的綠色再生能源。水輪機(jī)是以水作為介質(zhì)的流動機(jī)械，是水電廠帶動發(fā)電機(jī)的原動機(jī)，水輪機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性直接影響水電廠的經(jīng)濟(jì)效益，根據(jù)水輪機(jī)其結(jié)構(gòu)的不同有混流式、軸流式、斜流式、貫流式和水斗式等多種?；炝魇剿啓C(jī)的水流進(jìn)入轉(zhuǎn)輪前是沿主軸半徑方向，在轉(zhuǎn)輪內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)樾毕?，最后沿主軸軸線方向流出轉(zhuǎn)輪，水流在轉(zhuǎn)輪內(nèi)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的同時(shí)，還進(jìn)行徑向運(yùn)動和軸向運(yùn)動，所以稱為“混流式”，其結(jié)構(gòu)與做功原理見圖1 (箭頭表示水流路線，正中為主軸，葉片安裝在主軸四周，下文同)；軸流式水輪機(jī)的水流在進(jìn)入轉(zhuǎn)輪前，已經(jīng)轉(zhuǎn)過90°角，水流沿主軸軸線方向進(jìn)入轉(zhuǎn)輪，又沿主軸軸線方向流出轉(zhuǎn)輪，水流在轉(zhuǎn)輪內(nèi)同時(shí)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和軸向運(yùn)動，沒有徑向運(yùn)動，所以稱為軸流式，其結(jié)構(gòu)與做功原理如圖2所示；斜流式水輪機(jī)其轉(zhuǎn)輪內(nèi)的水流運(yùn)動與混流式轉(zhuǎn)輪一樣，轉(zhuǎn)輪葉片與軸流式基本相同，其性能吸取了上述兩種水輪機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)和工藝要求較復(fù)雜，如圖3所示；貫流式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)輪內(nèi)的水流運(yùn)動與軸流式安全一樣，所不同之處為貫流式水輪機(jī)的水流從進(jìn)入水輪機(jī)到流出水輪機(jī)幾乎始終與主軸軸線平行貫通，“貫流式”名稱由此而來，其結(jié)構(gòu)形狀與做功原理如圖4所示；水斗式水輪機(jī)其水流徑噴嘴形成高速射流，射流沿著轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)平面的切線方向沖擊轉(zhuǎn)輪斗葉促其旋轉(zhuǎn)，所以又稱為“切擊式”水輪機(jī)，它的結(jié)構(gòu)與做功原理如圖5及圖6所示。
[0003]到此為止，不管是哪一種水輪機(jī)，都是借助于水的流動來推動其葉輪(轉(zhuǎn)輪)連及主軸運(yùn)轉(zhuǎn)，主軸在運(yùn)轉(zhuǎn)中直接或間接(通過主被傳動輪)驅(qū)動發(fā)電機(jī)或其他機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)。由于轉(zhuǎn)輪上的葉片在運(yùn)轉(zhuǎn)中其尺寸大小因早已定型而不能改變，在每運(yùn)轉(zhuǎn)一周中其外緣周線360°的每一個(gè)點(diǎn)與旋轉(zhuǎn)中心距離是相等的，以水斗式水輪機(jī)為例，受水流推動的一側(cè)往下，相對的一側(cè)往上，往上的一側(cè)邊重量越多和距離旋轉(zhuǎn)中心越遠(yuǎn)所形成的阻力也相應(yīng)越大，反之越小，阻力大便意味著耗能多；另外傳統(tǒng)做法中的水輪機(jī)較笨重，如三峽水電站安裝的混流式水輪機(jī)其轉(zhuǎn)輪Φ為9.832m和10.416m兩種，水輪機(jī)質(zhì)量分別為3200t和3323t，從而制造成本略高；還有在運(yùn)轉(zhuǎn)中當(dāng)發(fā)電機(jī)斷路跳閘甩負(fù)荷時(shí)使水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)阻力瞬間下降，其轉(zhuǎn)速上升到一個(gè)極限值，轉(zhuǎn)速越高，水流隨葉片旋轉(zhuǎn)的機(jī)會也就越大，高速運(yùn)轉(zhuǎn)稱為機(jī)組發(fā)生了飛逸，機(jī)組飛逸是很危險(xiǎn)的一個(gè)信號，因?yàn)檗D(zhuǎn)動部件的離心力與轉(zhuǎn)速平方成正比，也
就是說機(jī)組轉(zhuǎn)速上升到原來的兩倍，則傳動部件的離心力增大到原來的四倍，強(qiáng)大的離心力將對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度構(gòu)成極大的威脅。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明為解決上述不足，旨在提供一種節(jié)能省力，重量較輕，當(dāng)在抽水儲能電站中使用時(shí)，具備正轉(zhuǎn)軸水儲能和反轉(zhuǎn)放水發(fā)電兩種功能，采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0005]在轉(zhuǎn)輪其長度上除兩端頭封口板少量尺寸外，四周以等距離(圓周等分)做成若干條對中橫向穿通的縱向通道(通槽)，每個(gè)通道穿通于轉(zhuǎn)輪的左右或上下，六個(gè)通道將轉(zhuǎn)輪橫斷面分為十二塊，八個(gè)為十六塊，以此類推，并在每個(gè)通道的兩側(cè)分別安裝可內(nèi)外滑移的板片和滑桿做為轉(zhuǎn)輪的葉片，葉片外邊緣兩頭頂端分別安裝有走輪在運(yùn)轉(zhuǎn)中因離心力的作用順環(huán)形軌道滑移，每片葉片在長度上至少有兩根滑桿與轉(zhuǎn)輪通道中相對應(yīng)的內(nèi)外至少兩組靠輪套合，每組左右各一個(gè)靠輪將滑桿夾在中間與其緊貼，當(dāng)板片連及滑桿在運(yùn)轉(zhuǎn)中內(nèi)外移位時(shí)，滑桿為主動兩靠輪為被動一個(gè)為左旋一個(gè)為右旋，從而減輕被此相對磨擦，由于各一個(gè)環(huán)形軌道分別安裝在同一個(gè)轉(zhuǎn)輪的兩端頂頭之外，并且與轉(zhuǎn)輪保持一定的偏心，由水流推動葉片為主動轉(zhuǎn)輪為被動而不斷旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)中各葉片受偏心和固定安裝的環(huán)形軌道制約，促使在每運(yùn)轉(zhuǎn)一周中其葉片在通道中做伸出變長和縮進(jìn)變短和不外露的內(nèi)外移位，伸出通道變長以實(shí)現(xiàn)接受水流的推力，縮進(jìn)通道變短和不外露以達(dá)到減小運(yùn)轉(zhuǎn)中的阻力。
[0006]單片葉片在寬度上外邊一半為板葉與滑桿及孔洞三者結(jié)合體，內(nèi)邊一半為單獨(dú)滑桿，在同一個(gè)轉(zhuǎn)輪中各根滑桿在長度上相互錯(cuò)開，并且每兩片葉片以左右或上下相互對應(yīng)為一字形排列安放在同一通道中，各一片板葉與對方對應(yīng)的滑桿位做成孔洞，葉片縮進(jìn)時(shí)各滑桿插入對方的孔洞中。由板葉和滑桿及孔洞所組合而成的葉片在運(yùn)轉(zhuǎn)中伸出量達(dá)到最大時(shí)留在轉(zhuǎn)輪通道中僅只有滑桿，依據(jù)環(huán)形管道與轉(zhuǎn)輪的偏心尺寸伸出轉(zhuǎn)輪尺寸和留在轉(zhuǎn)輪中的尺寸各占二分之一左右。縮進(jìn)量達(dá)到最大時(shí)其葉片外邊距轉(zhuǎn)輪緣周表面為轉(zhuǎn)輪半徑的二分之一，相對兩片葉片其外邊都位于轉(zhuǎn)輪之內(nèi)而不外露時(shí)各方滑桿全插入對方的孔洞中，此時(shí)的兩塊板葉相互貼合成一體?；瑮U插進(jìn)孔洞的做法是為了增大伸縮尺寸，否則就會減少一半伸出量，例如轉(zhuǎn)輪的Φ為2m，每片葉片的寬度同樣也是2m，其中外邊板葉與內(nèi)邊單獨(dú)滑桿各為lm，當(dāng)伸出量最大時(shí)外邊緣距旋轉(zhuǎn)中心為2m，而對邊葉片外緣距旋轉(zhuǎn)中心僅為0.5m，此值為4:1 (2:05)由此所形成的杠桿之力也為4:1，遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)做法的1:1。
[0007]由安裝在主軸上的轉(zhuǎn)輪和安放在轉(zhuǎn)輪通道中的葉片及環(huán)形軌道為主要部件所組合而成的水輪機(jī)既可是單臺安裝作業(yè)，也可以雙組合形式將兩臺水輪機(jī)安裝在同一橫向斷面為方形的水流通道其左右或上下(以水的流向而定，即平流或立流)兩側(cè)為對稱排列，共同接受同一股水流的推力，其中一臺為左旋一臺為右旋，既可各自單獨(dú)帶動各一臺發(fā)電機(jī)，也可以借助兩個(gè)結(jié)構(gòu)與尺寸一致的齒輪彼此相互嚙合共同驅(qū)動同一臺發(fā)電機(jī)。平裝與立裝做工原理不變。
[0008]在橫向斷面為方形的水流通道(管道)中安裝單臺水輪機(jī)時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)中葉片在轉(zhuǎn)輪通道中縮進(jìn)尺寸最多的一側(cè)和對應(yīng)方葉片伸出最多的一側(cè)與管道內(nèi)壁保持最小的間隙，以互不發(fā)生磨擦為準(zhǔn)，葉片在前伸和后退過程中與通道內(nèi)壁貼近而不貼緊所占周線長度(角度)以至少前一葉片在脫開之前后一葉片起始進(jìn)入為準(zhǔn)，其目的是減少水流從無葉片處通過(漏流)，換言之就是更大限度地接受水的能力。當(dāng)在同一管道中的左右或上下或前后以對稱的形式安裝雙臺水輪機(jī)時(shí)，各臺葉片縮進(jìn)的一側(cè)位于外邊與水流管道貼近，讓水流從兩臺水輪機(jī)之間通過，為了實(shí)現(xiàn)兩臺水輪機(jī)轉(zhuǎn)速一致而分別在各主軸相對位置安裝其結(jié)構(gòu)與尺寸相同的兩齒輪并彼此相互嚙合，兩臺水輪機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中至少保持有各自一片葉片外邊緣與對方相貼靠，即至少前相對兩葉片在脫開之前后相對兩葉片起始貼合，只要將每相對的兩葉片相互貼合處做成一凸一凹，并在凸凹平面加裝軟墊，便可實(shí)現(xiàn)杜絕水的漏流而優(yōu)于安裝單個(gè)水輪機(jī)。
[0009]當(dāng)用來抽水儲能發(fā)電時(shí)，其抽水上流存水儲能和放水下流用于發(fā)電可共用同一管道，由電動機(jī)帶動水輪機(jī)順轉(zhuǎn)用于抽水，由水流推動水輪機(jī)反轉(zhuǎn)驅(qū)動發(fā)電機(jī)用于發(fā)電，前者由電動機(jī)帶動轉(zhuǎn)輪為主動、葉片為被動，后者由水流推動葉片為主動、轉(zhuǎn)輪為被動，其轉(zhuǎn)向依據(jù)水的流向而定，即或者為反過來的狀況(反轉(zhuǎn)用于抽水，順轉(zhuǎn)用于發(fā)電)，當(dāng)改變轉(zhuǎn)向用于抽水時(shí)其水輪機(jī)便變?yōu)樗昧?，即一機(jī)可兩用，無須另安裝和無須拖動，因?yàn)樗樲D(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)只是改變水的流動方向，其做功原理和效率不變。
[0010]偏心滑移式水輪機(jī)既可安裝在水流通道中，其轉(zhuǎn)輪與葉片完全被水淹沒,也可以像水斗式水輪機(jī)那樣安裝于明處，借助噴嘴形成的高速射流推動，適合在水源不足的場合下使用。
[0011]綜上所述，本發(fā)明所選用的技術(shù)方案是:葉片為可內(nèi)外滑移的活動式；環(huán)形管道與轉(zhuǎn)輪的安裝位彼此存在一定的偏心率；葉片由外邊板葉和滑桿及孔洞所組合而成，板葉兩端頂頭分別有走輪與環(huán)形管道內(nèi)側(cè)相貼；轉(zhuǎn)輪長度上的外緣周線以等距離開有若干條對中橫向穿道的縱向通道，各通道中安裝有靠輪，每兩個(gè)為一組分左右以橫向排列將滑桿夾于其中；在同一縱向水流管道中以橫向?qū)ΨQ的形式安裝雙臺水輪機(jī)時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)中各自至少有其中一葉片與對方相互貼合，彼此相互貼合處分別為一凸一凹。
[0012]其做功原理為:水流為主動，葉片和轉(zhuǎn)輪為被動快速旋轉(zhuǎn)，運(yùn)轉(zhuǎn)中所形成的離心力將葉片往外甩出，促使其向距離旋轉(zhuǎn)中遠(yuǎn)的一頭滑移，由此實(shí)現(xiàn)外邊兩頭走輪與環(huán)形軌道內(nèi)側(cè)緊貼，受環(huán)形軌道的制約每運(yùn)轉(zhuǎn)一周既往外伸出轉(zhuǎn)輪通道又往內(nèi)縮進(jìn)轉(zhuǎn)輪通道，依據(jù)環(huán)形軌道與轉(zhuǎn)輪的偏心量，當(dāng)同一葉片縮進(jìn)的一側(cè)距旋轉(zhuǎn)中心近于另一側(cè)邊時(shí)，受離心力的影響便會反向滑移，直到滑桿全部插入對邊另一塊葉片的孔洞中至兩葉片板葉緊貼為止，此時(shí)向內(nèi)滑移的葉片其走輪與環(huán)形軌道脫開并相隔一定距離。運(yùn)轉(zhuǎn)中的葉片伸出和縮進(jìn)不斷重復(fù)換位，伸出長的一塊在縮進(jìn)中將對方往外推促其復(fù)位，同一個(gè)轉(zhuǎn)輪上的多塊葉片在同一時(shí)間其中一半在前伸一半在后退相互輪流交替進(jìn)行.增大或減小環(huán)形軌道與轉(zhuǎn)輪的偏心量便可實(shí)現(xiàn)提高或降低做功效率，二者為正比關(guān)系。.本發(fā)明有益效果簡述如下:
一是節(jié)能省力。其原由是接受水流推力的一側(cè)葉片相對另一側(cè)距離旋轉(zhuǎn)中心遠(yuǎn)，其此值最大可達(dá)4:1，遠(yuǎn)多于傳統(tǒng)做法即現(xiàn)有技術(shù)中的1:1，由此形成杠桿之力，恰似一根省力杠桿，以支點(diǎn)為界，動力臂長是阻力臂長的四倍，因此更容易被推動，特別是借助噴嘴形成的高速射流作為推力更顯其優(yōu)越性.二是運(yùn)轉(zhuǎn)更平穩(wěn)和更安全。由于運(yùn)轉(zhuǎn)中的葉片走輪是順環(huán)形軌道內(nèi)側(cè)滑移，即使是轉(zhuǎn)輪兩頭軸承位有所松動也不存在偏位的因素，即只能在軌道之內(nèi)圓中運(yùn)轉(zhuǎn)；又由于轉(zhuǎn)輪的一側(cè)邊與管道保持極小的間隙使水流難于通過，從而不存在水流繞水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象發(fā)生，轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)完全受水流的制約，因而沒有形成飛逸的條件。
[0013]三是一機(jī)多用，順轉(zhuǎn)用于抽水儲能，反轉(zhuǎn)用于放水發(fā)電；既可安裝在水流通道中，也可安裝在明處接受噴嘴的射流推動。此外還存在結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低等優(yōu)越性。【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1至圖5是傳統(tǒng)做法即現(xiàn)有技術(shù)中的水輪機(jī)其結(jié)構(gòu)與做功原理示意圖；
圖6是水斗式水輪機(jī)其葉輪結(jié)構(gòu)展示圖；
圖7是本發(fā)明即偏心滑移式水輪機(jī)其結(jié)構(gòu)與做功原理示意圖；
圖8是雙個(gè)水輪機(jī)以橫向?qū)ΨQ的形式安裝在同一水流通道中的單頭橫向剖視圖；
圖9是葉片與轉(zhuǎn)輪及環(huán)形軌道和轉(zhuǎn)輪中的靠輪各配件其組合就位顯示圖；
圖10是本發(fā)明中的主要部件其轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)與形狀展示圖；
圖11和圖12是偏心滑移式水輪機(jī)中其葉片平面視圖；
圖13是運(yùn)轉(zhuǎn)中的水輪機(jī)相對兩葉片彼此相互套合貼靠明示圖；
圖14和圖15是葉片縱向斷面剖視圖；
圖16是本發(fā)明各配件縱向排列就位主視圖；
具本實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖做更進(jìn)一步的說明。
[0015]參照圖7、圖8和圖9，轉(zhuǎn)輪I外緣周線以等距離開有對中的若干通道6，每個(gè)通道的左右或上下分別安裝有各一塊葉片2為一字形對稱排列，每塊葉片的外邊兩頭(圖中只示出其中一頭)安裝有走輪9在水流方向13的推力下順環(huán)形軌道其內(nèi)側(cè)以圓圈線路重復(fù)滑移，由于靜置安裝的環(huán)形軌道3與轉(zhuǎn)輪I存在一定的偏心率，在葉片移位帶連轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)的同時(shí)每運(yùn)轉(zhuǎn)一周做伸出和縮進(jìn)運(yùn)動，伸出以接受水流的推力，縮進(jìn)以減少運(yùn)轉(zhuǎn)中的阻力。圖8中的兩個(gè)水輪機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中各自有兩葉片與對方貼近對接，在前兩葉片相互脫開之前后兩葉片已起始貼近，從起始貼靠套合至脫開兩葉片的貼靠取代了軌道，其運(yùn)行路線為一字形直線，由此實(shí)現(xiàn)完全接受水流的推力而避免因漏流造成浪費(fèi)。在圖9中，每個(gè)通道中都安裝有靠輪5和葉片2 (圖中只示出其中之一)，葉片上的滑桿11在每組由左右兩個(gè)靠輪5與其中間做內(nèi)外滑移，由于各根滑桿和靠輪在長度(縱向)上是相互錯(cuò)開的，即不在一個(gè)橫斷面。
[0016]參照圖10，轉(zhuǎn)輪緣周以等距離開有與中心對稱的多個(gè)縱向通道6，縱向除兩端頂頭封口蓋板14外，其余縱橫為完全穿通用于安裝葉片，主軸15其中一頭安裝有傳動輪7用于借助皮帶與電動機(jī)或發(fā)電機(jī)傳動輪相牽連，為間接傳動，轉(zhuǎn)輪正中為主軸15的兩頭借助軸承與軸承座支承和定位(圖中未示出)。
[0017]參照圖11至圖15，葉片由板葉10和孔洞12及滑桿11所組成，在其外邊邊緣兩端頂頭分別安裝有走輪9，在轉(zhuǎn)輪通道中是以每兩片相互滑桿對孔洞一字形橫向排列，運(yùn)轉(zhuǎn)中相互隔開又相互貼近，隔開時(shí)滑桿從孔洞中抽出，貼近時(shí)滑桿插入孔洞中，由此實(shí)現(xiàn)伸出量更大而更有利于接受水的推力。
[0018]參照圖16，水輪機(jī)由轉(zhuǎn)輪I和多塊葉片(圖中未示出)及主軸15與兩頭各一個(gè)環(huán)形軌道3所組合而成。除主軸15兩頭外，其所有部件都安裝在其橫向斷面為長方形的水流通道16中。
【權(quán)利要求】
1.一種偏心滑移式水輪機(jī)，由安裝在主軸上的轉(zhuǎn)輪和安裝在轉(zhuǎn)輪上的若干葉片為主要部件所組成，其特征在于:各葉片為可內(nèi)外滑移的活動式，環(huán)形軌道與轉(zhuǎn)輪的安裝位彼此存在一定的偏心率，葉片由板葉(10)和滑桿(11)及孔洞(12)所組成，板葉外邊兩頭分別安裝有走輪(9)與環(huán)形軌道(3)內(nèi)側(cè)相貼，并在轉(zhuǎn)輪長度其外緣周線上以圓周等分開有若干條對中橫向穿通的縱向通道(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種偏心滑移式水輪機(jī)，其特征是轉(zhuǎn)輪各縱向通道中安裝有靠輪(5)每兩個(gè)為一組分左右以橫向排列將滑桿夾于其中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種偏心滑移式水輪機(jī)，其特征是在同一水流管道中以橫向?qū)ΨQ排列的形式安裝雙臺水輪機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種偏心滑移式水輪機(jī)，其特征是雙臺水輪機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中各自至少有一片葉片與對方相互貼合。
5.如權(quán)利要求1或4所述的一種偏心滑移式水輪機(jī)，其特征為雙臺水輪機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中其轉(zhuǎn)輪上相互對應(yīng)兩葉片貼合位彼此分別為一凸一凹。
【文檔編號】F03B3/12GK103967692SQ201310043136
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年2月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月4日
【發(fā)明者】劉運(yùn)武 申請人:劉運(yùn)武