一种水轮发电机.pdf

一种水轮发电机，包括水轮室、发电室、导水管、尾水管和转轮，所述的转轮包括水斗，所述的水轮室包括包围水斗的腔体，该腔体可分为进水腔、出水腔、冲击腔和返回腔，所述的进水腔和出水腔分别外接导水管和尾水管，所述水轮室具有U型冲击流道。所述的U型冲击流道由进水腔、冲击腔和出水腔构成，所述的冲击腔为半环形腔体，所述的进水腔和出水腔轴线平行，且分别在冲击腔中心线的两端点处与冲击腔的中心线相切。与现有技术相比本发明增加了半环形冲击腔，使进入冲击流道的水斗大幅度增加，受阻力的水斗大幅度减少，尤其冲击腔内每个位置都可使水斗获得最大冲击力，具有大幅度降低转轮的旋转阻力，大幅度提高冲击水流的利用率和发电效率的有益效果。

1.一种水轮发电机，包括水轮室、发电室、导水管、尾水管和转轮，所述的转轮包括水斗，所述的水轮室包括包围水斗的腔体，该腔体可分为进水腔、出水腔、冲击腔和返回腔，所述的进水腔和出水腔分别外接导水管和尾水管，其特征在于：所述水轮室具有U型冲击流道。 2.根据权利要求1所述的一种水轮发电机其特征在于：所述的U型冲击流道由进水腔、冲击腔和出水腔构成。 3.根据权利要求2所述的一种水轮发电机其特征在于：所述的冲击腔为半环形腔体。 4.根据权利要求2或3所述的一种水轮发电机其特征在于：所述的进水腔和出水腔轴线平行，且分别在冲击腔中心线的两端点处与冲击腔的中心线相切。

一种水轮发电机

技术领域

本发明涉及水轮发电机，具体涉及一种可接入自来水管道的水轮发电机。

背景技术

中国专利号201510109582.1公开了一种适用于自来水管道中的水轮发电机的技术方案，该方案的缺点是转轮旋转阻力大，发电效率低，中国专利号201510328532.2公开的一种水轮发电机技术方案，根据相同压力和温度下气体的流动性好于液体的流动性，气阻小于水阻的原理，通过把直线型流道设置在包围转轮水斗的环形腔体的下面，并增大供水斗由出水口附近返回到进水口附近的部 分环形腔体的内径，或在其上设置供气体反向流动的气槽，使转轮的水斗在充有气体的部分腔体中返回，使水斗在返程中受到的阻力得到了一定程度的减小。但是，上述效果仍不理想，由于冲击水流的流道为一字型冲击流道，进入该流道受到水流冲击的水斗远少于处在该流道外、受到阻力的水斗，因此，一方面冲击水流的利用率低，另一方面总体说受到的阻力还是比较大，发电效率低的缺点依然存在。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种可用于自来水管道的、可大幅度提高水流利用率，大幅度降低转轮所受阻力的水轮发电机。本实用新型的技术方案是：一种水轮发电机，包括水轮室、发电室、导水管、尾水管和转轮，所述的转轮包括水斗，所述的水轮室包括包围水斗的腔体，该腔体可分为进水腔、出水腔、冲击腔和返回腔，所述的进水腔和出水腔分别外接导水管和尾水管，所述水轮室具有U型冲击流道。

所述的U型冲击流道由进水腔、冲击腔和出水腔构成，所述的冲击腔为半环形腔体，所述的进水腔和出水腔轴线平行，且分别在冲击腔中心线的两端点处与冲击腔的中心线相切。

现有技术进水腔与出水腔直接对接，冲击流道为直线型，进入冲击流道的水斗远少于处于返回腔中的水斗数量，尤其是能够使水斗获得最大冲击力的位置只有一个，这使得转轮受到的阻力非常大。与现有技术相比本发明通过采用U型冲击流道，使进入冲击流道的水斗大幅度增加，受阻力的水斗大幅度减少，尤其冲击腔内每个位置都可使水斗获得最大冲击力，具有大幅度降低转轮的旋转阻力，大幅度提高冲击水流的利用率和发电效率的有益效果。

附图说明

图1是实施例的立体结构示意图

图2是图1中水轮室的立体结构示意图

图3 是图2中移除水轮室前盖的示意图

图4是图2的右视图

图5是图2的主视图

图6是图4沿A-A剖视图

图7是图5沿B-B剖视图

图8是图7移除水轮后，功能腔划分的示意图

图9是水轮受力区间示意图

图中:1为水轮室，1.1为冲击腔，1.2为返回腔，1.3为进水腔，1.4为出水腔，1.5为进水腔的轴线，1.6为出水腔的轴线，1.7为冲击腔的轴线，2为发电室，3为导水管，4为尾水管，5为转轮，5.1为转轮的水斗。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例

参见附图1-9，本实施例包括水轮室1、发电室2、导水管3、尾水管4和与发电室2内的发电机转子同轴的转轮5，所述的转轮5采用水斗5.1，相对于采用叶*片的转轮的最大好处是返程阻力小，当水斗5.1受水流冲击时，水轮5带动发电室2内的同轴的转子旋转发电。所述的水轮室1为包围转轮5的腔体，其中，包围水斗5.1的部分是水流推动转轮5，把水流动能转化为转轮5和发电机转子的转矩的工作腔，从外形上看，是由进、出水管与包围水斗5.1的环形腔体相切形成，从根据功能和用途上，分为冲击腔1.1、返回腔1.2、进水腔1.3和出水腔1.4，其中，冲击腔1.1和返回腔1.2分别为上述环形腔体的一部分，其中，冲击腔1.1为半环形腔体，进水腔1.3和出水腔1.4的轴线1.5、1.6平行，并且与冲击腔1.1的半圆形中心线1.7相切于其两端点处，进水腔1.3和出水腔1.4内接冲击腔1.1，外接导水管3和尾水管4，水流由经典文丘里渐缩型导水管3加速后，依次流经进水腔1.3、冲击腔1.1、出水腔1.4，完成推动水斗5.1做功后，经渐扩型尾水管4流出。水斗5.1在进水腔1.3内受到水流的冲击力从小到大，在到达冲击腔1.1时达到最大，此时，水斗的法线与冲击水流同向，水斗5.1从冲击腔1.1出来后，进入出水腔1.4和返回腔1.2，由于，返回腔里的水流速度明显慢于水斗转速，水斗受到水的阻力，所以，返回腔1.2是水斗5.1受到阻力的区间，水斗5.1从冲击腔1.1出来后，位于出水腔1.4内的部分渐小，同时，位于受到阻力的返回腔1.2内的部分渐大，使水斗5.1受到的水流冲击力渐小，阻力渐大，当水斗5.1完全进入返回腔1.2时，所受阻力达到最大，为减小这时所受阻力，本实施例加大了返回腔1.2的内径，使得水流可以从水斗5.1的旁边绕过。

与已有技术进水腔与出水腔直接对接不同，在进水腔1.3和出水腔1.4之间多了一个冲击腔1.1，如果把水流速度在水斗法线方向的分量大于水斗转速的区域定义为水斗受水流冲击的冲击区间，把水流速度在水斗法线方向的分量小于水斗转速的区域定义为受阻区间，并用对应的圆心角进行量化表示，可以看出，已有技术冲击区间与受阻区间的比值为60：300，即1：5，本实施例二者的比值为240：120，即2：1，相比提高了10倍，采用直线型冲击腔的已有技术的纯阻力区间对应圆心角为258°，本实施例纯阻力区间对应圆心角为76°，相比缩小了2.4倍，更重要的是，水斗处在其法线与冲击水流方向一致的位置时，可以获得最大的冲击力，已有技术仅存在一个这样的位置，而本实施例理论上存在无限个这样的位置，水斗5.1可在对应圆心角为180°的冲击腔1.1内的任何位置获得最大冲击力。这使得对冲击水流的利用率、水轮发电机的发电效率呈数量级的大幅度增长，也大幅度提升了这种管道水轮发电机的实用性。

需要指出的是，凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效变换，或相同实质含义的不同表述，以及直接或间接运用在其他相关的技术领域，均在本发明的专利保护范围内。