液压式水轮机.pdf

液压式水能机简称N6，属能源技术水力发电技术领域。N6是将水流转换成机械能的设备，现在使用的水轮机受水流的作用往往会分成轴向和径向的分力，而轴向力往往是无用的，所以效率η一般在80％左右，水轮机加载负荷后转速稳定性差需另加调速器。N6是利用在水的质量最重时来工作，大大的提高了效率η，可省去调速器，并能多台串联一起使用，这样就将水能放大了数倍，用放大功率的方式获取新的能源，将是未来获取能源的主要方法，这一点对解决能源危机具有里程碑意义，最终将使煤、石油、天燃气失去开采价值。道理很简单，如果水流一通过N6立马就增加了几十倍的机械能，人类还需用煤、石油、天燃气来发电吗。

权利要求书N6进出口间的压力差较小，可一台或若干台同时工作，N6需水流有一定压力工作才会正常。
水流对N6作用时间长，作用时间最长可占圆周长的75％；作用面积大，作用面积最大可占动轮表面积的75％；在J点尺寸确定后，流量Q的大小对N6的转速n有直接影响，为了提高转速，作用面积可选在25％，还可更小。一般流量越大对N6的转速影响越高，流速越高功率就越大，甚至可能提高功率几十倍或更多。
水流对N6作用点为动轮的外沿，相当于把作用点选在杠杆装置力臂的最远端，再加上动轮外沿很容易加厚，有足够的质量来获得需要的离心力和惯性力。使N6有足够的刚性来工作，可省去调速器，大大的简化了设备。
水流对N6只会产生径向力，产生的轴向分力小得可忽略不计，这样可大大的提高N6的工作效率n。
N6结构简单容易制造，特别是对大功率的水轮机具有划时代意义，一台水轮机甚至可达功率一千万kw以上，这一点是现在水轮机无法实现的。
N6、J点尺寸实际就是动轮与机壳的间隙尺寸，水流是在无堵挡下通过，N6、J点水流截面积设计上远远小于对应的叶齿高a的面积，从液压机原理知道，在相同压力下面积越大作用力就越大。由于有这种比压关系，又需在较高的水压下工作，特将N6取名《液压式水轮机》。
水流对N6产生的摩擦力远远大于现在的水轮机，水流作用在N6动轮表面积可高达75％，并且有70％是水与水之间的摩擦，水在高压下水之间产生的摩擦力是巨大的。
N6联接在水头最低端，能最大成度利用水的液压力，叶齿槽中的水没有被挤压走有两个好处，a，叶齿槽中一直存留的水本生就具有压力，可抵消水流向上的压力而减轻轴承的压力。b，叶齿槽中水一直存留可减少N6流量Q的需求，最大成度提高水流的利用率。
N6是因能源危机而出现的事物，要求有多大的保护范围都不为过，以上8点特征是跟现在使用的水轮机的一些区别，凡涉及或变向涉及N6特点或称为特征的，介质为水或其它液体，包括立式和卧式的N6都请求纳入保护范围。

说明书液压式水轮机
一，技术领域：
能源技术，水力发电：水电为清洁能源，再生能源，受国家能源政策堤倡大力发展。由于前期投入巨大，需筑堤坝建水库，对发展水电受到一些影响。 
二，背景技术：
水轮机是将水流转换成机械能的机器，现在使用的有反击式水轮机有：混流式水轮机、轴流式水轮机、贯流式水轮机等等；以及冲击式水轮机有：水斗式水轮机、斜击式水轮机、双击式水轮机等等。 
主要技术特点： 
1，水轮机是通过压力来工作的，水流通过水轮机进出口后水压略等于零。 
2，水流与水轮机作用面积较小，作用时间较短。 
3，水轮机受水流依作用后往往会产生轴向和径向分力，而轴向分力是往往无用的，所以效率η一般在80％左右。 
4，水轮机加载负荷后，水轮机转速有时会不稳定，需副加调速器。 
三，发明内容：
《液压式水轮机》，简称N6.N单位牛顿，一般泛指功率，6，取其顺的意思。 
设计目的：提高水轮机水能转换成机械能的效率。 
N6其特点为： 
1，N6进出口压力差较小，可一台或若干台同时工作，水轮机需要水流一定压力工作才会正常。 
2，水流对N6作用时间长，作用时间最大可占园周长的75％；作用面积大，作用时间最大可占动轮表面积的75％；在J点尺寸确定后(J点位置见“图1”所示)，流量Q的大小对N6的转速n有直接影响，一般流量越大N6转速越高，流速越高功率就越大。 
3，水流对N6作用点为动轮外沿，相当于把作用点选在杠杆装置力点的最远端，再加上动能外沿很容易加厚，有足够的质量来获得需要的惯性力。使N6有足够的刚性来工作，可省去速器。 
4，水流对N6只产生径向力，产生的轴向分力少得可忽略不计，这样可大大提高N6工作效率η。 
5，N6结构简单，容易制造，特别是大功率的水轮机N6具有划时代的意义(功率可达1000万KW/台)。 
6，N6J点尺寸实际就是动轮与机壳的间隙尺寸，水流是在无堵挡下通过，N6J点水流截面积设计上远远小于对应的齿高a的面积，液压机原理知道，在相同压力下面积越大作用力就越大。由于有这种比压关系，特将N6取名为《液压式水轮机》。 
7，N6产生的摩擦力远远大于现在的水轮机，水流作用在N6动轮表面积高达75％，并且有70％是水与水之间的摩擦，水在高压下水之间产生的摩擦力是巨大的。 
8，N6联结在水头最低端，其工作流程为：水库门闸1，(控制流量Q)→管道2，(输送水流)→闸阀3，(调节N6流速)→压力表4，(观察N6进口处压力)→《N6》5，(一台或若干台)压力表6，(观察N6出口压力)→闸阀7，(调节N6出口压力)→管道8，使水流进入河道。 
四具体实施方法： 
(一)水轮机N6初级设计： 
1，有一水电站水头高160M，流量4M3/S，设计安装六台N6，N6动轮尺寸为：φ＝2M，宽＝1M，J点高为0.07M，N6出口压力为10kg/cm2， 
因N6出水口压力为10kg/cm2进水口压力为16kg/cm2，其六台间N6压力为：1kg就是说N6间有10M落差。 
2，计算设计N6所需数据： 
①求水头最大机械能： 
4000Kg×160M/S÷102Kg.1M/S≈6275Kw 
②求N6，J点流速： 
4M3/s÷(0.07m×1m×1m)/s＝57.14285714m/s 
③求N6转速： 
57.14285714m/s÷6.2832m＝9.1528γ/s≈549γ/min 
④求N6最大功率： 
4000Kg×160m/s÷102Kg.m/s＝6275Kw 
⑤求最后一台水轮机功率： 
4000Kg×100m/s÷102Kg.m/s≈3922Kw 
⑥求平均功率和总功率： 
(6275Kw+3922Kw)/2＝5098.5Kw×6＝30591Kw 
(二)，水轮机N6动轮的设计计算： 
1，初步确定N6动轮尺寸：外沿φ＝2000mm，有效宽度＝1000mm，为了减少水流对机壳的摩擦损失，增加动轮的摩擦力，动轮的端特增设隔离挡圈，尺寸为：内径φ＝1600mm外径φ＝2140mm，厚＝45mm，动轮的孔径由轮轴的需要而定，初选φ＝325mm，设计上尽量加厚动轮的外沿，以获满意的惯性力。具体尺寸见“图2” 
2，初步确定动轮叶齿数量，选择h，a，b，C，的数据： 
由于J点选取70mm，h，应选200mm左右，故周长6283.2mm的动轮应选31叶齿。 
叶齿厚h＝6283.2mm÷31＝202.68mm 
叶齿高a＝202.68mm×0.5＝101.34mm 
叶齿槽宽b＝202.68mm×0.7＝141.88mm 
叶齿顶宽c＝202.68mm×0.3＝60.80mm 
3，选择动轮材料，材料校核，及动轮力矩较大处强度校核： 
①选动轮材料：选择铸铁HT250或HT300为动轮加工材料HT250的抗拉强度b＝200_270N/mm2，HT300抗拉强度σb＝230_340N/mm2。 
下面HT250计算校核：抗垃强度敢取中间值235N/平方mm进行校核： 
235N÷9.8N＝23.98kg/mm2
而许用应力[σ]＝σb/n，安全系数n取3 
[σ]＝24kg/mm2÷3＝8kg/mm2
②校核动轮最大力矩处应力强度是否合符强度要求： 
a.动轮键槽处： 
作用在动轮的扭矩为：T＝9550×N/n＝6275/549×9550＝109155.2823N.M 
或：1000kg×(0.07m×1m×1m)×160m＝11200Kg.M 
预设平键的尺寸为：b＝70mm，h＝34mm，L＝900mm 
键和键槽的强度校核： 
普通平键应校核工作面的比压和键的抗剪强度，强度计算条件为： 
P＝2T/dhL≤[P]N/mm2