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1、(10)申请公布号 CN 102422013 A(43)申请公布日 2012.04.18CN102422013A*CN102422013A*(21)申请号 201080018986.5(22)申请日 2010.04.26PI20091732 2009.04.29 MYF03B 3/00(2006.01)F03B 3/08(2006.01)F03B 3/12(2006.01)F03B 11/02(2006.01)(71)申请人第一水力公司地址马来西亚吉隆坡(72)发明人卡西米阿利(74)专利代理机构北京北新智诚知识产权代理有限公司 11100代理人王宏伟 周家欣(54) 发明名称改良的水力涡轮机。
2、(57) 摘要本发明公开的一个改良的水力涡轮机组件(1)，其提供高生产力、高运作多面性及生产最少量的及/或不会生产空穴，致使效率改良。本发明提出的一个新型水力涡轮机组件，其具有更高能量转化方法及由低至高水头应用的广泛范围的能力。水力涡轮机组件(1)至少包括一进水接头(2)、一内侧外壳(3)及一外侧外壳(4)，一设置成内向着所述进水接头(2)末端的涡轮机转轮(6)，涡轮机转轮(6)机械连接至一水轮轴(7)，其设有通过水轮轴(7)转动而产生机械能量的装置；特征在于进水接头(2)及涡轮机转轮(6)被设置成使水沿着与水轮轴(7)相同的轴线但从对面末端进入所述涡轮机，并通过涡轮机转轮(6)向径向方向离开。
3、。涡轮机可以以普通或开放羽流形态安装。(30)优先权数据(85)PCT申请进入国家阶段日2011.10.28(86)PCT申请的申请数据PCT/MY2010/000065 2010.04.26(87)PCT申请的公布数据WO2010/126352 EN 2010.11.04(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 3 页CN 102422025 A 1/1页21.一水力涡轮机(1)，其至少包括一进水接头(2)、一内侧外壳(3)及一外侧外壳(4)；及一设置成内向着所述进水接头(2)末端并设置于外侧外壳(4)及内侧外壳(。
4、3)之间的一涡轮机转轮(6)，所述涡轮机转轮(6)机械连接至一水轮轴(7)，其于此提供装置以通过水轮轴(7)转动产生机械能量；其特征在于：所述进水接头(2)及涡轮机转轮(6)被设置成水沿着与水轮轴(7)相同的轴线但从对面末端进入所述涡轮机，通过一弯曲锥形组件(11)的使用改变其方向至径向方向，进入转轮叶旋桨(8)之间的空穴及向径向方向离开转轮(6)，而不会被水轮轴(7)阻碍。2.如权利要求1所述的水力涡轮机组件，其进一步特征在于：进水接头(2)被设置成让水轴向进入涡轮机转轮(6)。3.如权利要求2所述的水力涡轮机组件，其进一步特征在于：所述涡轮机转轮(6)由单一或多个圆盘组成，各所述圆盘固定设。
5、有多个叶旋桨(8)。4.如权利要求3所述的水力涡轮机组件，其进一步特征在于：一控制圆环(9)被设置于外侧外壳(4)内并触及涡轮机转轮(6)，所述控制圆环(9)可以滑入及滑出涡轮机转轮(6)，通过阻挡流入一个或以上的圆盘的水控制流入涡轮机转轮的水，以管理涡轮机转轮的能量输出量。5.如权利要求4所述的水力涡轮机组件，其进一步特征在于：一出口环(10)包围所述涡轮机转轮(6)并允许其自由转动；所述出口环(10)亦具有作为内侧外壳(3)与外侧外壳(4)之间的接合点的功能，并引导水沿螺旋外壳(5)的方向离开涡轮机转轮(6)。6.如前述任一权利要求所述的水力涡轮机组件，其进一步特征在于：涡轮机转轮(6)所。
6、有时间被设置为湿润状态。7.如权利要求6所述的水力涡轮机组件，其进一步特征在于：转轮使用于最大负荷位置被完全最大化。8.如权利要求7所述的水力涡轮机组件，其进一步特征在于：所述水力涡轮机可以使用于低、中、高水头应用。9.如权利要求4所述的水力涡轮机组件，其进一步特征在于：所述水力涡轮机亦可以被设定为开放羽流涡轮机形态。10.如权利要求9所述的水力涡轮机组件，其进一步特征在于：一外侧水墙(12)与一内侧水墙(13)组合成作为设置于开放羽流形态的土木支撑结构。权 利 要 求 书CN 102422013 ACN 102422025 A 1/4页3改良的水力涡轮机技术领域0001 本发明一般涉及水力涡。
7、轮机，其在驱动尤其是用于发电的机械组件及类似组件，具有达致更高效率及更好的能量转化性质的改良的水流入及流出功能。本发明集中于控制液体以轴向方向流入涡轮机转轮，并沿径向轴线流出。背景技术0002 水力涡轮机有多种配置、形状及尺码，种类由相对简单的，至水力发电厂里使用计算机控制配合多个涡轮最复杂的。常见的水力涡轮机类别是法兰西斯式水轮机、卡普兰水轮机、佩尔顿水轮机、班基式水轮机及斜流式水轮机。该等水力涡轮机把来自液体的能量转化机械能量，再转化至电能。现有水力涡轮机的配置存有差异，尤其是关于水的流入及流出方向、转轮的使用、离心力对水流的影响及对水流的阻碍。0003 在一些水力涡轮机配置中，尤其是佩尔。
8、顿水轮机、班基式水轮机及斜流式水轮机类别，转轮的使用一般为低，只有若干部分的转轮在任何时刻被使用以转化能量。由于该等涡轮机的特定能量转化(kW/kg)较低，该等涡轮机对低水头位置通常昂贵，即需要使用大量的材料，才能得到同等输出量。0004 由于离开该等水轮机的水流的扭力性质所致，因空穴而出现的能量流失常见于法兰西斯式水轮机及卡普兰水轮机。该等空穴难以处理，致使该等水轮机不适用于扭力效果更严重的高水头应用。长远而言，空穴亦对水轮机转轮造成损害。0005 而且，在其它水轮机设计，水头致使转轮转动产生的水中的离心力与自然水水力对抗。因此，可供能量转化的净力受限制于离心力。其对法兰西斯式水轮机及卡普兰。
9、水轮机亦然。减少转轮的特定能量转化系数(kW/kg)，致使该等水轮机不适用于低水头应用。0006 此外，在一些现有设计如卡普兰水轮机及班基式水轮机，水轮轴按设计沿着水道设置，对水流造成阻碍。这致使效率及能源输出量减低。0007 因此，对低、中、高水头应用的更高特定能量转化系数(kW/kg)、转轮更高效的能量转化过程及更多面的设计为一般优选。0008 因此，本发明的目的是提供水力涡轮机组件的另类配置，其给出高生产力、使用更为多面，容许所有在低、中、高水压水头应用的运作，并使运作高效。本发明的另一目的是提供改良的水力涡轮机组件，其生产最少量的及/或不会生产漩涡及空穴，因而造成低量的维修需要。本发明。
10、的改良的水力涡轮机名为DAENG水力涡轮机，乃参照Dual Axis Engineering，即本申请的申请人。发明内容0009 本发明的目的是提供一水力涡轮机组件，其通过转轮使用的最大化具有更高能量转化的性质。0010 本发明的另一目的是提供一水力涡轮机组件，其中水向着离心力的相同方向流出，其在由转动转轮所产生的径向方向上起作用，引致更高的能量转化。说 明 书CN 102422013 ACN 102422025 A 2/4页40011 此外，本发明的另一目的是提供一水力涡轮机组件，其不会在涡轮机出口对水产生扭力作用，造成最少量的且甚至不会产生空穴。0012 本发明的该等及其它目的通过提供以下。
11、物件实现：0013 一水力涡轮机(1)，其最少包括一进水接头(2)、一内侧外壳(3)及一外侧外壳(4)；及0014 一设置成内向着所述进水接头(2)末端并设置于外侧外壳(4)及内侧外壳(3)之间的涡轮机转轮(6)，所述涡轮机转轮(6)机械连接至一水轮轴(7)，其设有通过水轮轴(7)转动而产生机械能量的装置；0015 其特征在于：0016 所述进水接头(2)及涡轮机转轮(6)被设置成使水沿着与水轮轴(7)相同的轴线但从对面末端进入所述涡轮机，通过一弯曲锥形组件(11)的使用改变其方向至径向方向，进入转轮叶旋桨(8)之间的空穴及向径向方向离开转轮(6)，而不会被水轮轴(7)阻碍。0017 优选地，。
12、涡轮机转轮(6)具有多个叶旋桨，叶旋桨表面设置成使进入转轮的水穿过叶旋桨之间的空隙，被引导至向着与转动转轮的离心力的相同方向流出转轮。0018 然而，亦应为优选的是，一控制圆环(9)与涡轮机组件结合，以控制涡轮机的能量输出量。0019 而且，亦应为优选的是，转轮于涡轮机运作期间的所有时间被设置为湿润状态。0020 亦应为优选的是，水力涡轮机可以于由低至高水头运作的广泛范围运作。附图说明0021 本发明实施例现将参照附图说明(仅为举例说明)，其中：0022 图1是根据本发明实施例配置的水力涡轮机组件的立体图。0023 图2是根据本发明实施例配置的水力涡轮机组件的局部横剖视立体图。0024 图3是。
13、本发明具有单一圆盘的涡轮机转轮及水轮轴设置的立体图。0025 图4是涡轮机转轮及水轮轴设置的另一立体图，转轮具有多个圆盘。0026 图5是水力涡轮机轴的局部横剖视立体图，其显示了本发明使用的水流方向及控制圆环的应用设定至100的位置，以管理本发明的能量输出量。0027 图6是水力涡轮机轴的局部横剖视立体图，其显示了本发明使用的水流方向及控制圆环的应用设定至67的位置，以管理本发明的能量输出量。0028 图7是水力涡轮机轴的局部横剖视立体图，其显示了本发明使用的水流方向及控制圆环的应用设定至33的位置，以管理本发明的能量输出量。0029 图8是水力涡轮机轴的局部横剖视立体图，其显示了本发明使用的。
14、水流方向及控制圆环的应用设定至0的位置，以管理本发明的能量输出量。0030 图9是设定于开放羽流形态(open plume configuration)的本发明的另一水力涡轮机组件。具体实施方式0031 参照附图，先从图1可见本发明的一个改良的水力涡轮机组件的立体图。水力涡轮机(1)包括：一进水接头(2)、一水轮轴(7)、一涡轮机转轮(未有展示)及多个机壳。水说 明 书CN 102422013 ACN 102422025 A 3/4页5轮轴(7)的末段，设有通常与发电有关的机械及电子装置，其转化水压能量至机械能量，再转化至电能。该装置通常包括一发电器(未有展示)。水力涡轮机的一般原理运作如下：。
15、水流通过进水接头(2)被引导至一涡轮机转轮(未有展示)的叶旋桨(未有展示)，因此在叶旋桨制造了力矩，致使转轮旋转。涡轮机转轮的旋转代表把水流的压力能量转化成水轮轴的机械能量。能量减弱的流出水被引导流出时，跟随包围涡轮机转轮的外壳的大致形状。本发明的外壳成螺旋状，贴切地名为螺旋外壳(5)。可以预计的是，本发明的另类涡轮机组件亦可如图9所示以开放羽流形态安装。在该情况下，毋须使用该外壳，而是把一外侧水墙(12)与一内侧水墙(13)各自设置于一侧。然而该等墙壁毋须为涡轮机组件的部分，而是土木支撑结构的部分。在此开放羽流形态中，涡轮机直接固定到该等墙壁，毋需使用早前论述的螺旋外壳。0032 本发明的实。
16、施例中，水(轴向地)以与水轮轴的相同轴线但从其另一末端进入涡轮机，并径向地通过涡轮机转轮离开。本优选实施例致使水自由流动而没有水轮轴(7)造成的阻碍，而且向着转动转轮产生的离心力的相同方向流出转轮。离心力对水流有一正面作用，其具有优势地容许涡轮机于低水头应用运作。该等性质为改良涡轮机组件提供多面性。0033 参照附图2、3及4，其中图2是根据本发明配置的水力涡轮机组件的局部横剖视立体图。该图显示的涡轮机组件(1)包括进水接头(2)、一外侧外壳(4)及螺旋外壳(5)。所示的涡轮机转轮(6)包括一处于转轮(6)中部的一弯曲锥形组件(11)、多个沿着转轮周围或周边设置的叶旋桨(8)。进水接头(2)设。
17、置为使水轴向地进入涡轮机转轮(6)。弯曲锥形组件(11)一般设置为使水进入转轮的方向由轴向方向变至径向方向，而不会造成空穴。每个转轮叶旋桨的表面的位置设置为引导进入转轮的水向由转动转轮产生的离心力的相同方向流出。在优选实施例中，转轮可以由单一的叶旋桨(8)(见图3)制成或由多个具有与叶旋桨近似的配置的圆盘(见图4)制成。0034 仍然参照附图2，一出口环(10)设置于涡轮机组件内，以包围涡轮机转轮并允许其自由转动。出口环亦具有作为内侧外壳(3)与外侧外壳(4)之间的接合点的功能，并引导水向螺旋外壳(5)的一般方向离开涡轮机转轮，以限制或消除任何对水流的阻碍。一控制圆环(9)被设置于外侧外壳(4。
18、)的空穴里，控制圆环被设计至可以滑入或滑出涡轮机转轮，使涡轮机的能量输出量可以被控制。控制圆环以轴向方向滑入，致使转轮圆盘按需要完全关闭或开放。一个或以上的圆盘完全关闭而未受影响的圆盘完全开放时，最高效的控制点得以实现。附图5、6、7及8分别显示了涡轮机设置在100、67、33及0的负荷位置时的控制圆环的位置。如图中所示，控制涡轮机的输出能量可以更轻易地进行。0035 图3显示了涡轮机转轮及水轮轴的设置的分解图。转轮(6)使用现有技术的合适连接器被合适地连接至轴的末端。该图亦显示了转轮的叶旋桨(8)及弯曲锥形组件(11)的设置。轴向进入转轮的水会被锥形组件引导至叶旋桨的表面，致使转轮转动。令人。
19、非常相信的是，该安排及组件令空穴产生的机会甚低。0036 图4显示了涡轮机转轮及水轮轴的设置的另一分解图，其中转轮由多个圆盘制成。该设置容许对涡轮机输出量的更多控制。0037 图5显示了本发明如何实现具有如此优点的水流。水通过连接点轴向进入转轮，并通过转轮径向流出。在转轮的出口，会余下非常少量的能量。水以能量的残余部分通过说 明 书CN 102422013 ACN 102422025 A 4/4页6出口环(10)离开转轮，再流向螺旋外壳(5)。0038 具有该等性质的涡轮机会有以下优点：0039 1.转轮使用可以更大化，得到更高的能量转化。这会导致更高的特定能量转化(kW/kg)的性质。004。
20、0 2.由于转轮拟于所有时间以湿润状态运作，涡轮机不受限于双相状态的问题。该双相状态难以控制，并一般导致效率流失。因此，提出的涡轮机与在先涡轮机运作相比，会有更高等的效率。0041 3.水自由进入涡轮机转轮，并不会像现有的几个涡轮机般被水轮轴阻碍。本发明的涡轮机的转轮会容许更多的水流量，故此与在先技术的类似尺寸的转轮相比，给出更高的能量输出量。0042 4.水以与转动转轮产生的离心力的相同方向流出转轮。在一些现有的涡轮机，离心力与水流相反，故此对输出量造成负面影响，而在一些其它设计，离心力具有中性作用。然而，本发明的离心力与水流的方向相同，并对水流有正面影响，故此造成正净力，故此提供更高的特定。
21、能量转化，并容许处于低水头的运作。0043 5.水以径向方向流出时没有扭力作用，出现于涡轮机的漩涡及空穴为最少量。在现有的涡轮机组件，由于叶旋桨外观不完善，在结合轴转动的情况下，水径向流出会导致水流扭曲。扭曲水流的螺旋形特性会造成漩涡及空穴，并限制高水头应用，其中的效果会更加严重。有利地，由于水头对漩涡及空穴的形成影响不大，本发明适合于由极低水头至极高水头的广泛应用。0044 附图5、6、7及8显示了控制圆环(9)的位置，其中控制圆环用于控制涡轮机的输出量。通过控制转轮圆盘的开关，设合多种能量需求的合适设置即可轻易实现。0045 图9显示设定于开放羽流形态的涡轮机组件的设置。涡轮机组件因此可以。
22、多种设置方式设定，合适于位置的需求。0046 可以预计的是，本发明的性质可以实现，以代替现有水力涡轮机，或用于新的水力涡轮机安装。应当理解，虽然本发明的优选实施例于此详细说明，可以于此作出多个转变、改动及修改。故此，应当理解，本发明并不限于附图所示发明的细节，该等微小细节的变化为熟知该行技术的人清楚所知。说 明 书CN 102422013 ACN 102422025 A 1/3页7图1图2说 明 书 附 图CN 102422013 ACN 102422025 A 2/3页8图3图4图5图6说 明 书 附 图CN 102422013 ACN 102422025 A 3/3页9图7图8图9说 明 书 附 图CN 102422013 A。