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CN109973281A - 一种智能高效的用于水利发电装置的水轮机蜗壳 - Google Patents

一种智能高效的用于水利发电装置的水轮机蜗壳 Download PDF

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Abstract

一种智能高效的用于水利发电装置的水轮机蜗壳，包括两个相切的圆桶构成的壳体，所述壳体的相切的顶部与进水管连通，所述壳体的底面对称设置圆弧形结构的导流道，所述导流道与壳体的内侧连通，两个所述导流道的底端均与出水管的进水端连通。通过两个相切的圆桶构成的壳体，经过进水管加速的水流流入壳体内部时，经过壳体的相切部位分流，使得水流沿着壳体的内壁快速流动，同时越靠近壳体内壁处的水流流速越快，水流进入壳体时还同时推动叶片，使得两个叶轮同时旋转，相比于传统的单叶轮，对水流势能的转化率更高，同时转动的叶轮带动传动轴转动，将势能转化为动能用于发电机组发电，发电的效率更高。

Description

一种智能高效的用于水利发电装置的水轮机蜗壳
技术领域
本发明涉及水利发电设备领域，具体为一种智能高效的用于水利发电装置的水轮机蜗壳。
背景技术
水利发电是一种重要的可持续资源，但是由于水利发电的设施较为昂贵，因此没有广泛应用。现有的一些水利发电设备都是安装在水涵洞中，通过水的自重以及冲击力带动叶轮转动进行发电，由于发电机长期位于涵洞中，通过涵洞中的水流对叶轮做功，但是叶轮上的叶片受到水的冲击力不均匀，不仅叶轮、传动轴容易受损，导致能量转化效率较低。
根据专利文献CN200510021047.7提供的产品可知，该产品通过将水轮机蜗壳竖置，使得水流从动力水涡柱面上的斜口进入叶轮，从而冲击叶轮内部的叶片，带动叶轮转动。但是，水涡柱面上的斜口会导致进入叶轮内部的水流减小，因此水流带来冲击力会降低，同时水流是向低处流动的，因此叶轮被水流冲击后应该逆时针转动，如果顺时针转动，叶轮还需要将进入叶轮内部的水太高，部分动能将转化为重力势能，从而降低发电效率。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种智能高效的用于水利发电装置的水轮机蜗壳，具有更高的能量转化效率。
本发明为实现技术目的采用如下技术方案：
一种智能高效的用于水利发电装置的水轮机蜗壳，包括两个相切的圆桶构成的壳体，所述壳体的相切部分的顶部与进水管连通，所述壳体的底面对称设置圆弧形结构的导流道，所述导流道与壳体的内侧连通，两个所述导流道的底端均与出水管的进水端连通，所述出水管位于壳体相切部分的底部。
所述壳体的内侧对称安装有叶轮，所述叶轮上均匀设置有多个叶片，所述叶片靠近壳体内壁的部分设置有弯曲部，所述叶片远离进水管的一侧设置有加强板。
优选的，相同流速，相等时间的情况下，两个所述导流道的流量大于进水管的流量，所述出水管的流量大于两个导流道的流量。
优选的，所述进水管为倾斜设置，且所述进水管远离壳体的一端高于与壳体连接的一端，所述进水管为锥形结构。
优选的，所述叶轮套设于传动轴上，所述传动轴的顶端贯穿壳体的顶面与发电机组传动连接。
优选的，所述壳体上均设置有固定板，所述壳体通过固定板与外部的固定装置连接。
优选的，所述弯曲部上的凸面与水流流动的方向相同。
优选的，所述叶轮以及叶片均为高强度耐腐蚀塑料材质。
本发明具备以下有益效果：
1、该用于水利发电装置的水轮机蜗壳，通过两个相切的圆桶构成的壳体，经过进水管加速的水流流入壳体内部时，经过壳体的相切部位分流，使得水流沿着壳体的内壁快速流动，同时越靠近壳体内壁处的水流流速越快，水流进入壳体时还同时推动叶片，使得两个叶轮同时旋转，相比于传统的单叶轮，对水流势能的转化率更高，同时转动的叶轮带动传动轴转动，将势能转化为动能用于发电机组发电，发电的效率更高。
2、该用于水利发电装置的水轮机蜗壳，通过在壳体的底面对称设置圆弧形结构的导流道，并与壳体内部连通，在持续推动叶片的水流经过导流道处时，水流经自身重力作用流入导流道，再通过出水管排出，使得在壳体内部推动叶片的水流不能形成完整的循环，避免水流经过较长的路径后流速变慢，形成叶片推着水流走的情况，相较于传统的水轮机蜗壳中叶片和叶轮的运动，本方案中的叶轮和叶片一直受到水流的推力作用，叶轮和叶片不再受到水流的阻碍，因此，动能损失更小。
3、该用于水利发电装置的水轮机蜗壳，通过叶片采用竖直布置，同时在叶片靠近壳体内壁的处设置弯曲部，由于靠近壳体内壁处的水流流速较快，将与该处水流的接触面增大，使得叶片的受力增大，叶轮的转速加快。同时为避免叶片受力过大导致叶片受损，在叶片远离进水管的一侧设置加强板，提高叶片的抗冲击能力，以及抑制叶片、叶轮的震动。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中壳体的结构示意图；
图3为本发明的俯视图；
图4为本发明的仰视图；
图5为本发明的侧视图；
图6为图3中A-A处的剖视图。
图中：1、壳体；2、进水管；3、导流道；4、出水管；5、叶轮；6、叶片；7、弯曲部；8、加强板；9、发电机组；10、固定板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-6，根据本发明的实施例提供的一种智能高效的用于水利发电装置的水轮机蜗壳，包括两个相切的圆桶构成的壳体1，壳体1的相切部分的顶部与进水管2连通，壳体1的底面对称设置圆弧形结构的导流道3，导流道3与壳体1的内侧连通，两个导流道3的底端均与出水管4的进水端连通，出水管4位于壳体1相切部分的底部。
壳体1的内侧对称安装有叶轮5，叶轮5上均匀设置有多个叶片6，叶片6靠近壳体1内壁的部分设置有弯曲部7，叶片6远离进水管2的一侧设置有加强板8。
其中，相同流速，相等时间的情况下，两个导流道3的流量大于进水管2的流量，出水管4的流量大于两个导流道3的流量，进水管2的水分别进入壳体1，再通过导流道3排出，为了保证叶轮5的旋转阻力减小，以及水流对叶片6的推力尽可能大，必须将壳体1内部的水及时排出，通过导流道3排出的水最终汇集在出水管4中，因此，也要保证出水管4能够快速排水。
其中，进水管2为倾斜设置，且进水管2远离壳体1的一端高于与壳体1连接的一端，进水管2为锥形结构，进水管2的倾斜设置以及锥形结构的设计，使得进入壳体1中的水流流速加快，增加对叶片6的作用力增大，实现更强的推力。
其中，叶轮5套设于传动轴上，传动轴的顶端贯穿壳体1的顶面与发电机组9传动连接，将发电机组9设置于壳体1的上方，通过将壳体1与水涵洞或流道连接即可，整个设备尤其是发电机组9不与水接触，使用寿命更长。
其中，壳体1上均设置有固定板10，壳体1通过固定板10与外部的固定装置连接，使得整个用于水利发电装置的水轮机蜗壳可以通过固定板10进行固定，在不使用时也可以松开固定板10进行移动。
其中，弯曲部7上的凸面与水流流动的方向相同，使得水流对叶片6的作用力集中在弯曲部7处，水流更容易推动叶轮5转动。
其中，所述叶轮5以及叶片6均为高强度耐腐蚀塑料材质，使得叶轮5和叶片6的自重更轻，减少自身动能的储存，同时耐腐蚀的材质，可以增强叶片6以及叶轮5的使用寿命。
工作原理：通过固定板10将壳体1水平安装固定在合适位置，将水流引入进水管2内，通过进水管2较高位置的进水端流向较低位置的出水端，并且通过锥形结构共同对流入壳体1内部的水流进行加速，由于水流从壳体1相切部分的中部流入，因此对称设置的叶轮5均受到水流的作用力，由于弯曲部7靠近壳体1内壁处，此处的水流流速相对更大，因此作用力更大，通过叶片6的杠杆作用，水流的作用力被放大，更容易推动叶轮5转动，从而使得安装叶轮5的传动轴随之转动。叶轮5在水流的作用下转动，在水流到达导流道3处时，水流经自身重力作用流入导流道3，推动该叶片6的水流逐渐从导流道3流入出水管4中，当该叶片6再次受到从进水管2流入的水流冲击时，原先流入壳体1中的水流完全通过导流道3流出，而不会被叶片6推动，两个叶轮5在水流的作用下均快速转动。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种智能高效的用于水利发电装置的水轮机蜗壳，其特征在于：包括两个相切的圆桶构成的壳体，所述壳体的相切部分的顶部与进水管连通，所述壳体的底面对称设置圆弧形结构的导流道，所述导流道与壳体的内侧连通，两个所述导流道的底端均与出水管的进水端连通，所述出水管位于壳体相切部分的底部；
所述壳体的内侧对称安装有叶轮，所述叶轮上均匀设置有多个叶片，所述叶片靠近壳体内壁的部分设置有弯曲部，所述叶片远离进水管的一侧设置有加强板。
2.根据权利要求1所述的一种智能高效的用于水利发电装置的水轮机蜗壳，其特征在于：相同流速，相等时间的情况下，两个所述导流道的流量大于进水管的流量，所述出水管的流量大于两个导流道的流量。
3.根据权利要求1所述的一种智能高效的用于水利发电装置的水轮机蜗壳，其特征在于：所述进水管为倾斜设置，且所述进水管远离壳体的一端高于与壳体连接的一端，所述进水管为锥形结构。
4.根据权利要求1所述的一种智能高效的用于水利发电装置的水轮机蜗壳，其特征在于：所述叶轮套设于传动轴上，所述传动轴的顶端贯穿壳体的顶面与发电机组传动连接。
5.根据权利要求1所述的一种智能高效的用于水利发电装置的水轮机蜗壳，其特征在于：所述壳体上均设置有固定板，所述壳体通过固定板与外部的固定装置连接。
6.根据权利要求1所述的一种智能高效的用于水利发电装置的水轮机蜗壳，其特征在于：所述弯曲部上的凸面与水流流动的方向相同。
7.根据权利要求1所述的一种智能高效的用于水利发电装置的水轮机蜗壳，其特征在于：所述叶轮以及叶片均为高强度耐腐蚀塑料材质。
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