专利名称：轴流式水轮机发电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种轴流式水轮机发电系统，该系统结合了一轴流式水轮机，该轮机具有沿水流方向相互同轴设置的一固定的导向叶片以及一旋转的叶轮。
背景技术：
通常，液压系统具有的规格是各不相同的，例如可具有不同的顶端、流速等等，这些规格可根据它们的安装位置而定。因此，所使用的水轮机是根据不同安装位置的不同的条件一个一个生产的。
然而不可避免的是，根据不同的安装位置设计与生产不同规格的水轮机的效率很低，而用于生产轮机的制造车间则需要很高的成本，从经济角度出发，这是不可行的。为了从经济出发改善其可行性，可以考虑通过批量生产此种水轮机来提高生产效率。然而，有效地批量生产不同规格的水轮机存在一定困难。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种轴流式水轮机发电系统，该系统可以使用批量生产的水轮机，也就是说可以使用以高效率生产的水轮机，并且该系统可以安装在各种不同的地点。
根据本发明的一个方面，提供了轴流式水轮机发电系统，它包括多个单元轴流式水轮机，这些单元轴流式水轮机沿水流的方向在一流动通道中相互同轴设置，并且具有相应的旋转叶轮；以及一发电机，该发电机沿水流方向与多个单元轴流式水轮机平行设置，并且由多个单元轴流式水轮机的轴输出功率驱动。
在该系统中，相邻的若干个单元轴流式水轮机的旋转叶轮可以以相反方向转动。
该系统还包括一齿轮机构，该机构用于从相邻的若干个单元轴流式水轮机的轴输出功率获得一单向的轴输出功率。
该系统还包括一固定的导向叶片，该导向叶片设置在位于最下游的一个轴流式水轮机中形成在一流动通道的出口侧。
在该系统中，发电机可以设置在流动通道外，而单元轴流式水轮机的轴输出功率可以利用带有相交轴线的齿轮输送到发电机上。
根据本发明的另一个方面，提供了一种轴流式水轮机发电系统，该系统包括多个单元轴流式水轮机，它们沿垂直于水流的方向相互平行地设置在一流动通道中，并且具有相应的旋转叶轮；以及一发电机，该发电机由多个单元轴流式水轮机的轴输出功率驱动。
根据本发明的又一个方面，提供了一轴流式水轮机发电系统，该系统包括多个轴流式水轮机，它们沿垂直于水流的方向相互平行地设置在一流动通道中，多个轴流式水轮机中的每一个包括多个单元轴流式水轮机，这些单元轴流式水轮机是同轴设置的并且具有相应的旋转叶轮；以及一发电机，该发电机由多个单元轴流式水轮机的轴输出功率驱动。
该系统还可包括至少一皮带轮传动机构以及一齿轮机构，它们用于以预定的速度传输多个单元轴流式水轮机的轴输出功率。
在本发明中，多个单元轴流式水轮机的旋转叶轮可以具有相同的叶片形状，对于各个轴流式水轮机可以设定一叶片连接角度。
根据本发明的又一个方面，提供了一种轴流式水轮机发电系统，该系统包括多个单元轴流式水轮机，它们沿水流的方向相互同轴地设置在一流动通道中，以及具有相应的旋转叶轮；以及传动装置，该装置用于使多个单元轴流式水轮机的轴输出功率结合成至少一股输出功率，并且将至少一股输出功率传输到一发电机上。
在该系统中，传动装置可以包括设置在单元轴流式水轮机的旋转叶轮的圆周部分上的传动单元，并且该传动单元是可以互锁的。
在本系统中，传动装置可以包括一主动轮与一从动轮，它们相互同中心地设置在各个单元轴流式水轮机的旋转叶轮的一外圈上；一中间轮，该中间轮具有第一与第二传动轮，并且设置在一对相邻的单元轴流式水轮机之间；以及用于将第一传动轮与相邻的单元轴流式水轮机中接近第一传动轮的一个互锁的装置，并且也使第二传动轮与另一个相邻的单元轴流式水轮机互锁。
在本系统中，传动装置可包括同中心的传动轮，该传动轮设置在各个单元轴流式水轮机的旋转叶轮的一外圈上，而每对相邻单元轴流式水轮机的传动轮可以通过皮带或链条相互锁定。
在本系统中，传动装置可以包括一传动齿轮，该传动齿轮同心地设置在各个单元轴流式水轮机的旋转叶轮的一外圈上，并且相邻的若干个单元轴流式水轮机的齿轮可以相互锁定。
该系统还可包括用于使每对相邻的单元轴流式水轮机的轴相互锁定的齿轮传动装置。
在本系统中，齿轮传动装置可包括设置在各个单元轴流式水轮机的轴上设置的第一与第二圆锥齿轮，以及包括传动轴，传动轴用于使第一圆锥齿轮与相邻的几个单元轴流式水轮机中与第一圆锥齿轮接近的一个互锁的，以及使第二圆锥齿轮与相邻的几个单元轴流式水轮机中的另一个互锁。
根据本发明的又一个方面，提供了一种轴流式水轮机发电系统，该系统包括一单元轴流式水轮机，该轮机具有一旋转叶轮；以及一发电机，该发电机位于流动通道之外，并且由单元轴流式水轮机的轴输出功率驱动；其中，单元轴流式水轮机被设置成它的轴平行于水流方向，而发电机被设置成它的轴平行于单元轴流式水轮机的轴。
该系统还可包括皮带和链条中的一种，它用于将单元轴流式水轮机的轴输出功率传输到发电机。
该系统可还包括一第一齿轮机构，该机构用于将单元轴流式水轮机的轴输出功率转换成沿垂直于单元轴流式水轮机的轴的方向施加的轴输出功率；以及一第二齿轮机构，该机构用于将转换后的轴输出功率再转换成沿与发动机的轴平行的方向施加的输出功率，以将获得的输出功率输送到发电机。
根据本发明的又一个方面，提供了一种轴流式水轮机发电系统，该系统包括一单元轴流式水轮机，该轮机具有一固定导向叶片以及一旋转叶轮；以及一发电机，该发电机位于流动通道外，并且由单元轴流式水轮机的轴输出功率驱动；其中，固定导向叶片与一外部壳体以及一内部壳体构成一个单元，固定导向叶片连接于内部壳体与外部壳体，该单元与旋转叶轮可从流动通道中取出。
在本系统中，构成单元轴流式水轮机的构件部分与构成电动机的构件部分形成一个整体，由此对单元轴流式水轮机与发动机起到了加固作用。
附图的简要说明
图1为示出了根据本发明的第一实施例的轴流式水轮机发电系统的结构的截面图；图2为示出了图1中的单元轴流式水轮机与一发电机之间的连接部分的放大图；图3为示出了根据本发明的第二实施例的轴流式水轮机发电系统的结构的截面图；图4为示出了根据本发明的第三实施例的轴流式水轮机发电系统的结构的截面图；图5为示出了根据本发明的第四实施例的轴流式水轮机发电系统的结构的截面图；图6为示出了根据本发明的第五实施例的轴流式水轮机发电系统的结构的截面图；图7为示出了根据本发明的第六实施例的轴流式水轮机发电系统的结构的纵向截面图；图8为示出了从流动的下流侧看到的图7装置的示意图；图9为图8中示出的装置的改进型式；图10为示出了根据本发明的第七实施例的轴流式水轮机发电系统的结构的纵向截面图；图11为示出了从流动的下流侧看到的图10的装置的示意图；图12为示出了图11中的装置的一种改进型式的视图；图13为示出了根据本发明的第八实施例的轴流式水轮机发电系统的结构的纵向截面图；图14为示出了从流动的下流侧看到的图13的装置的示意图；图15为示出了图14中的装置的一种改进型式的视图；图16为示出了根据本发明的第九实施例的轴流式水轮机发电系统的结构的纵向截面图；图17为示出了图16中的装置的一种改进型式的视图；图18为示出了根据本发明的第十实施例的轴流式水轮机发电系统的结构的纵向截面图；图19为示出了从下游看到的图18的部分装置的截面图，该部分位于皮带的附近并且与发电机的轴垂直；图20为示出了根据本发明的第十一实施例的轴流式水轮机发电系统的结构的截面图；图21为示出了从下游看到的图20的部分装置的截面图，该部分位于动力传动轴的附近并且与发电的机的轴垂直；以及图22为根据本发明的第十二实施例的一轴流式水轮机发电系统的分解图。
具体实施例方式
接着，将参照附图详细说明本发明的实施例。
第一实施例图1为示出了根据本发明的第一实施例的轴流式水轮机发电系统的结构的截面图。
在图1中，标号101表示一水轮机壳体，该壳体包含了同轴设置的第一和第二单元轴流式水轮机102和103。该第一和第二单元轴流式水轮机102和103由一上游侧的固定的导向叶片105支承，该导向叶片105设置在合并入第一单元轴流式水轮机102中的叶轮104的上游，并且固定于轮机壳体101的内表面。水轮机102和103还由一下游侧的固定的导向叶片107支承，该导向叶片107设置在合并入第二单元轴流式水轮机103的一叶轮106的下游，并且固定于轮机壳体101的内表面。另外，一中间固定导向叶片108固定在壳体101上，且置于第一单元轴流式水轮机102的叶轮104与第二单元轴流式水轮机103的叶轮106之间。
一发电机壳体109与轮机壳体101的上游端相连。一发电机111被包含在壳体109内，并由一发电机托架110支承。发电机111与第一和第二单元轴流式水轮机102与103同轴设置，并且它们之间通过一反向齿轮112以及一加速齿轮113相连，这将在下文中加以描述。
第二单元轴流式水轮机103被设置成与第一单元轴流式水轮机102相对的方向旋转，从而在上游侧的第一单元轴流式水轮机102的出口处吸收水流的旋转部分，以及可增加轮机的效率。第二单元轴流式水轮机103本身具有转轴103a，该转轴插入通过第一单元轴流式水轮机102。
图2为示出了第一和第二单元轴流式水轮机102和103与一发电机111之间的连接部分的放大图。
如图2所示，一第一中心齿轮114设置在第一单元轴流式水轮机102的转轴102a上，而围绕着中心齿轮114的圆周的一齿轮115与第一中心齿轮114啮合。另一方面，一第二中心齿轮116设置在第二单元轴流式水轮机103的转轴103a上，而围绕着第二中心齿轮116的圆周的一中间齿轮117与第二中心齿轮116啮合。另外，随着齿轮115转动的一齿轮118与中间齿轮117啮合。随着是间齿轮117转动的一齿轮119与设置在主轴111a上的一齿轮120啮合。
因此，当第一和第二单元轴流式水轮机102与103的叶轮104与106在轮机壳体101内的水流的作用下而转动时，叶轮106的扭矩以及由第一中心齿轮114、齿轮115等反向转动的叶轮104的扭矩被传送到中间齿轮117上。齿轮117的扭矩通过齿轮119与120被传送到发电机主轴111a上，由此使发电机发电。
因此，在该实施例中，每一个均包括一固定导向叶片与一旋转叶轮的多个单元轴流式水轮机连成一列，相应的轴输出功率被输送到一单个的发电机，由此产生电能。这就意味着，即使轮机是在相同的设计的基础上批量生产的，即以高效率生产的，单元轴流式水轮机的各种结合也可以用于具有诸如不同的水压、不同的流速等不同规格的发电机系统中。这样，系统的成本效益得到了改善。另外，在一种会在其上游侧的水轮机的出口处引起一旋转部分的具有若干种规格的发电机系统中，该系统的水轮机的效率可以通过如前文所述以相反的方向旋转上游侧与下游侧的水轮机得么提高，由此可使下游侧的轮机吸收旋转部分。另外，在处于最下游的一单元轮机的流动通道的出口侧处设置一固定导向叶片能减少由于轮机出口处的旋转部分而产生的振动。这样，轮机工作时就会比较安静。另外，适当地设定构成反向齿轮112的几个齿轮的齿轮速比使得第一与第二单元轴流式水轮机102与103之间确定了适当的转速关系。在该实施例中，齿轮机构可以用封装的连接器单元代替。
在以下将要描述的实施例中，与第一实施例中类似的结构元件以相同的标号标注，并且不再给出这些标号的详细描述。
第二实施例在第一实施例中，发电机壳体109设置在轴流式水轮机的上游，而发电机111位于该壳体内。这种结构可如图3所示进行更改，其中一弯管121连接在水轮机壳体101的上游，而设置在通道外的发电机111的发电机主轴111a插入弯管121内，并且与轴流式水轮机相连。
与图1中所示的结构相比，这种结构不限定发电机的尺寸，并且可以减小流动的水的阻力。
第三实施例图4为示出了根据本发明的第三实施例的轴流式水轮机发电系统的结构的截面图。
在本实施例中，第一与第二单元轴流式水轮机122与123被配置成以同一个方向旋转。在该结构中，第一与第二单元轴流式水轮机122与123的轴输出功率可以作为用于驱动发电机111的最佳扭矩进行输送。与第一实施例不同的是，第三实施例适用于这样一种情况，即，在上游侧的单元轴流式水轮机的出口处的流动中不存在旋转部分。
第四实施例图5示出了根据本发明的第四实施例的轴流式水轮机发电系统的结构。该发电系统可应用于这样一种情况，即，其水压比图1中的大。
在图5的轴流式水轮机发电系统中，如图1所示的两个轴流式水轮机通过一中间轴125沿流动通道的轴线连成一列，以驱动单个发电机111。
第五实施例图6示出了根据本发明的第五实施例的的轴流式水轮机发电系统的结构。该发电机适用于大流速的情况。
在本实施例中，如图1所示的多个轴流式水轮机被设计成与预定的水压与流速相应，这些轴流式水轮机沿水流方向相互平行地被设置在单个通道中。这些轮机的轴输出功率通过带有相交轴的齿轮126被输送到中间轴127上，并且还被输送到与轴127相连的发电机111的主轴111a上。由此，驱动发电机111。
如上所述，图6结构使用了多个如图1所示的轴流式水轮机，并使它们相互平行设置。或者，也可以相互平行设置如图5所示的多个轴流式水轮机。这种结构可以被用于大水压和大流速的规格的发电设备中。
在每一个上述的实施例中，每一个叶轮被设计成与预定的水压与流速相应，而每一个叶片以预定的角度与叶轮相连。每一个单元轴流式水轮机的水力性能可以通过改变每一片叶片的连接角度进行细微地调节，从而改变它们的水位差/流速规格以适应任何安装位置。
第六实施例图7为示出了根据本发明的第六实施例的轴流式水轮机发电系统的结构的纵向截面图。图8为示出了从流动通道的下流侧看到的图7装置的视图。
横过一管线201置一水轮机壳体202。该壳体202含有第一到第三单元轴流式水轮机203A、203B与203C，它们沿水流方向相互平行设置。
该第一到第三单元轴流式水轮机203A、203B与203C具有相同的结构与尺寸，每一个均包括一入口导管204、一出口导管205以及一设置在两导管间的旋转叶轮206。在入口导管204上设有多个固定导向叶片207，用于引导流入旋转叶轮206的水流。在管线201中流动的水由每一个固定导向叶片207引导至叶轮206旋转，由此使叶轮206转动。
一主动轮208与一从动轮209同心地设置在结合在每一个轴流式水轮机203A、203B与203C的旋转叶轮206中的一外圈206a的圆周上。另外，中间轮210与211分别具有第一传动轮210a与211a以及第二传动轮210b与211b，而该中间轮分别被设置在单元轴流式水轮机203A与203B之间以及单元轴流式水轮机203B与203C之间。
皮带212a绕在设置第一单元轴流式水轮机203A的旋转叶轮206的外圈上的主动轮208上，以及绕在位于第一与第二单元轴流式水轮机203A与203B之间的中间轮210的第一传动轮210a上。皮带212b绕在中间轮210的第二传动轮210b上，以及绕在第二单元轴流式水轮机203B的从动轮209上。类似地，皮带212c绕在第二单元轴流式水轮机203B的主动轮208上，以及绕在第二中间轮211的第二传动轮211a上。皮带212d绕在第二中间轮211的第二传动轮211b上，以及绕在第三单元轴流式水轮机203c的从动轮209上。
另外，绕在第三单元轴流式水轮机203C的主动轮208上的皮带212e绕在设置在发电机轴213上的皮带轮214上。
在此结构中，第一单元轴流式水轮机203A的轴输出功率通过皮带212a与212b被输送到与轮机203A相邻的第二第三单元轴流式水轮机203B的从动轮209上，并且与第二单元轴流式水轮机203B的轴输出功率相结合。第一与第二单元轴流式水轮机203A与204B的结合的轴输出功率通过皮带212c与212d与第三单元轴流式水轮机203C结合在一起。第三单元轴流式水轮机203C的轴输出功率为它本身的轴输出功率以及第一与第二单元轴流式水轮机203A与203B的输出功率的总和，该轴输出功率被输送到发电机轴213上，由此驱动一发电机(未图示)。
因此，相邻的单元轴流式水轮机的轴输出功率顺序地相互连续结合在一起。这样，多个单元轴流式水轮机的轴输出功率结合成用于旋转发电机而产生电能的一输出功率。
虽然，在上述实施例中，有三个单元轴流式水轮机相互平行设置，但如图9所示，也可以将更多个单元轴流式水轮机相邻设置。
在图9的情况中，七个单元轴流式水轮机203A、203B、……、203G相互相邻设置，使得六个单元轴流式水轮机围绕单元轴流式水轮机203A设置。第一与第二单元轴流式水轮机203A与203B通过皮带212a与212b以与图8类似的方式互锁，而第二与第三单元轴流式水轮机203B与203C通过皮带212c与212d互锁。类似地，相邻轴流式水轮机相互间互锁。第七单元轴流式水轮机203G的轴输出功率通过皮带轮214被输送到发电机轴213上。
在第六实施例中，多个单元轴流式水轮机的轴输出功率结合成一输出功率，该功率被输送到一单个发电机上。这也可以改为，将单元轴流式水轮机的轴输出功率结合成若干组，这若干组轴输出功率被输送到若干个发电机上。
在下述的实施例中，与第六实施例中类似的结构元件以相应的标号标注，并且不再给出详细的描述。
第七实施例图10与图11示出了根据本发明第七实施例的轴流式水轮机发电系统的结构，而这两幅图分别与图7与图8相应。
在图10与图11中，一传动轮215设置在结合在每一个轴流式水轮机203A、203B和203C的旋转叶轮206的一外圈206a的圆周上。另外，如图11所示，均具有一传动轮216a的一对中间轮216设置在单元轴流式水轮机203A与203B之间以及单元轴流式水轮机203B与203C之间，以及在第三单元轴流式水轮机203C与皮带轮214之间。
一单根皮带217绕在设置在第一到第三单元轴流式水轮机203A、203C与203C中的每一个的旋转叶轮206的外圈206a上设置的传动轮215上，以及也绕在设置在发电机轴213上设置的传动轮214上。处于每一对相邻的水轮机之间的那此部分的皮带217通过相应的一对中间轮216的传动轮216a相互朝对方被推动。
这样，单元轴流式水轮机203A至203C的轴输出功率通过单根皮带217与皮带轮214被输送到发电机轴213上。换而言之，还是在这种情况中，若干单元轴流式水轮机的轴输出功率结合成一输出功率，而被输送到单根发电机轴上。
图12示出了图11中结构的一种改进形式。在这种改进形式中，相互邻接设置了七个单元轴流式水轮机。如图10与图11所示的情况类似，一单根皮带217绕在设置在七个单元轴流式水轮机上的诸皮带轮215上，以及还绕在设置在发电机轴213上的皮带轮214上。因此，七个单元轴流式水轮机203A到203G的轴输出功率通过单根皮带217结合成一输出功率，以输送到发电机213上。这样，图12所示的结构具有与例如图10中的结构相同的优点。
虽然，在上述每一个实施例中，将若干个皮带轮与一根皮带用作传动装置，但也可用链轮与轮条来代替。
第八实施例图13与图14示出了根据本发明的第八实施例的轴流式水轮机发电系统的结构，这两幅图分别与图7与图8相对应。
一齿轮218设置在与每一个轴流式水轮机203A、203B和203C相结合的旋转叶轮206的一外圈206a的圆周上。第一单元轴流式水轮机203A的齿轮218通过一第一中间齿轮219a与第二单元轴流式水轮机203B的齿轮218啮合。类似地，第二单元轴流式水轮机203B的齿轮218通过一第二中间齿轮219b与第三单元轴流式水轮机203C的齿轮218啮合。换而言之，相邻的单元轴流式水轮机203A与203B的齿轮218，或者相邻的单元轴流式水轮机203B与203C的齿轮218，通过中间齿轮219a或219b互锁。第三单元轴流式水轮机203C的齿轮218与设置在发电机轴213处的一从动轮220啮合。
还是在这种情况中，单元轴流式水轮机203A到203C的轴输出功率结合成一轴输出功率，该功率通过从动齿轮220被输送到发电机轴213上。这样，本实施例具有与上述第一个实施例相同的优点。
图15示出了图14中的结构的一种改进形式。在这种改进形式中，相互相邻设置了七个单元轴流式水轮机203A到203G。还是在这种情况下，相邻的单元轴流式水轮机的齿轮218通过中间齿轮219a、219b、……相互啮合。这样，七个单元轴流式水轮机的轴输出功率结合成一轴输出功率，该功率被输送到发电机轴213上。
第九实施例图16示出了根据本发明的第九实施例的一轴流式水轮机发电系统的结构。
在沿水流方向相互平行设置的每一个单元轴流式水轮机203A、203B和203C的轴221上设置了第一与第二圆锥齿轮222a与222b。另外，一传动轴223a设置在第一与第二单元轴流式水轮机203A与203B之间，从而使该轴223a与这些轮机相连。类似地，一传动轴223b设置在第二与第三单元轴流式水轮机203B与203C之间，从而使该轴223b与这些轮机相连。传动轴223a具有一圆锥齿轮224a，它设置在该轴的一端处并与设置在第一单元轴流式水轮机203A的传动轴221上的第一圆锥齿轮222a啮合。传动轴223a还具有一圆锥齿轮224b，它设置在该轴的一端处并与设置在第二单元轴流式水轮机203B的传动轴221上的第一圆锥齿轮222a啮合。
设置在第二单元轴流式水轮机203B的轴221上的第二圆锥齿轮222b与设置在传动轴223b的一端上的一圆锥齿轮225a啮合。设置在传动轴223b的另一端上的一圆锥齿轮225b与设置在第三单元轴流式水轮机203C的轴221上的第二齿轮222b啮合。另外，设置在第三单元轴流式水轮机203C的轴221上的第一圆锥齿轮222a与设置在发电机轴213上的圆锥齿轮226啮合。
在这种结构中，第一单元轴流式水轮机203A的轴输出功率通过圆锥齿轮222a与224a、传动轴223a以及圆锥齿轮224b与222a与第二单元轴流式水轮机203B的轴输出功率相结合。第一与第二单元轴流式水轮机203A与204B的结合的轴输出功率，通过第二单元轴流式水轮机203B的圆锥齿轮222b、传动轴223b的圆锥齿轮225a、传动轴223b、轴223b的圆锥齿轮225b以及与圆锥齿轮225b啮合的圆锥齿轮222b与第三单元轴流式水轮机203C的轴输出功率相结合。第一至第三轴流式水轮机203A到203C的结合的轴输出功率通过第三单元轴流式水轮机203C的圆锥齿轮222a以及与之啮合的圆锥齿轮226而输送到发电机轴213上。
这样，相邻的单元轴流式水轮机203A到203C的轴输出功率结合成一输出功率，该输出功率被用来驱动发电机上。
图17示出了图16中的结构的一种改进形式。在这种改进形式中，七个单元轴流式水轮机203A到203G被包括在发电机内。还是在这种情况下，与图16类似的一圆锥齿轮传动机构被用于使这七个单元轴流式水轮机203A到203G的轴输出功率结合。因此，这种改进形式具有与上述实施例相同的优点。
在第六到第九实施例中，在一发电机中包括了三个或七个单元轴流式水轮机。然而，被包括在发电机内的单元轴流式水轮机的数量显然不限于三或七。另外，在每一个单元轴流式水轮机中可以包括多个主动轮208与从动轮209。
在发电机位于各个轴流式水轮机的流动通道之外的情况中，各个轴流式水轮机的轴输出功率藉助插入通过位于一相应的叶轮的上游或下游的一弯管的各轮机的旋转轴被输送到发电机，该发电机位于流动通道之外，并且具有与各个轮机的旋转轴同轴线的旋转轴。在这种情况中，各个轮机轴插入通过相应的旋转叶轮，而轴承设置在各个旋转叶轮的上游与下游以及支承一相应的轮机轴。各轮机与发电机的结构是不同的。
当使用一弯管来将一发电机安装在流动通道外时，必须有一复杂的管子，用于将从轴流式水轮机输出的被弯管弯曲的水流转变为一笔直的水流。这就需要有一大块安装区域用于这种复杂的管道。另外不可避免的是，水流的弯曲会增加液体能量的损失。另外，由于轮机轴延伸通过各旋转叶轮，当更换旋转叶轮时，就必须拆下轴承，以将轮机轴推出各旋转叶轮。当将各个旋转叶轮从流动通道的内部分开时，还必须拆下各个轴流式水轮机的前后导管。另外，由于弯管置于水轮机与发电机之间，水轮机与发电机必须被隔开。为了安装这些部件，就需要有复杂的工作来调节它们的轴的位置的关系。接着，将描述解决这些问题的实施例。
第十实施例图18为示出了根据本发明的第十实施例的轴流式水轮机发电系统的结构的纵向截面图。
在一上游导管324与一下游导管325之间设有一第一单元轴流式水轮机300A，该轮机包括一入口轮机外部壳体301、一入口固定翼(固定导向叶片)307、一入口轮机内部壳体332，一主轮机外部壳体302、一轮机轴309、一旋转叶轮308以及一出口固定翼310；一第二单元轴流式水轮机300B，该轮机包括一入口轮机外部壳体303、一入口固定翼(固定导向叶片)313、一入口轮机内部壳体334，一主轮机外部壳体304、一轮机轴315、一旋转叶轮308以及一出口固定翼316。第一与第二单元轴流式水轮机300A与300B沿水流方向排成一列，而轮机轴309与315相连，其中置有一中间轴311。这些单元轴流式水轮机的轴输出功率结合成一轴输出功率，该功率通过设置在轮机轴315与一皮带(或链条)322的下游端处的一轮机皮带轮317输送到发电机皮带轮320，由此驱动发电机323，其中发电机的皮带轮320与平行于轮机轴309与315的一发电机轴319的一端相连。此时，轮机轴315与发电机轴319之间的相对位置关系由一动力传动箱305保持。当将本发明的轴流式水轮机发电系统安装在上游导管324与下游导管325之间时，这种结构可以使单元轴流式水轮机300A与300B以及发电机323作为一个整体进行操作。
图19为示出了从下游看到的图18的部分装置的截面图，该部分位于皮带的附近并且与发电机的轴垂直。通过一皮带插入孔321到位于流动通道外侧的发电机皮带轮320的皮带322输送位于流动通道内的一轮机出口内部壳体336中的轮机轴317的轴输出功率。从而使得发电机被驱动。
在该实施例中，无需弯曲其中含有轴流式水轮机的导管，便可通过发电机的旋转轴与轮机轴平行设置(不是同轴地设置)而安装发电机。这使得轴流式水轮机发电系统的安装在一相当小的区域中。另外，笔直的流动通道可减少液体能量的损失。
另外，在本实施例中，设置在下游侧水轮机的旋转叶轮的旋转轴的下游水压上的皮带轮通过一皮带或一链条与设置在发电机轴的水压上的皮带轮相连，其中的皮带或链条插入位于下游侧水轮机的内部与外部壳体之间的流动通道中的管子内。无需将下游侧水轮机的内部与外部壳体之间的流动通道制得非常窄，便可将水轮机旋转叶轮的轴输出功率传送到发电机。
第十一实施例图20为示出了根据本发明的第十一实施例的轴流式水轮机发电系统的结构的截面图。
在上游导管324与下游导管325之间设有一第一单元轴流式水轮机300A，该轮机包括一入口轮机外部壳体301、一入口固定翼307、一入口轮机内部壳体332，一主轮机外部壳体302、一轮机轴309、一旋转叶轮308以及一出口固定翼310；以及一第二单元轴流式水轮机300B，该轮机包括一入口轮机外部壳体303、一入口固定翼(固定导向叶片)313、一入口轮机内部壳体334，一主轮机外部壳体304、一轮机轴315、一旋转叶轮308以及一出口固定翼316。第一与第二单元轴流式水轮机300A与300B沿水流方向排成一列，轮机轴309与315相连，其中间置有一中间轴311。这些单元轴流式水轮机的轴输出功率结合成一输出功率，该功率通过具有与轮机轴315垂直的一旋转轴的轮机齿轮328、一能量传动轴329与一发电机齿轮330从设置在轮机轴315的下游端的轮机齿轮327输送到与轮机轴315平行的发电机轴319的水压相连的一发电机齿轮331，由此驱动一发电机323。
图21为示出了从下游看到的图20的部分装置的截面图，该部分位于动力传动轴的附近并且与发电机的轴垂直。轮机轴315与发电机轴319之间的相对位置关系由一动力传动箱326保持。当将本发明的轴流式水轮机发电系统安装在上游导管324与下游导管325之间时，这种结构可以使单元轴流式水轮机300A与300B以及发电机323作为一个整体进行操作。
在该实施例中，无需弯曲其中含有轴流式水轮机的导管，便可通过发电机的旋转轴与轮机轴平行设置(不是同轴地设置)而安装发电机。这使得轴流式水轮机发电系统的安装在一相当小的区域中。另外，笔直的流动通道可减少液体能量的损失。
另外，在本实施例中，下游侧水轮机的旋转叶轮的旋转轴可以通过一齿轮轴与设置在发电机轴的一端上的正交的齿轮传动装置相连，其中齿轮轴与旋转叶轮的旋转轴垂直，并且插入位于下游侧的轴流式水轮机的内部与外部壳体之间的流动通道内的管道中。无需将下游侧水轮机的内部与外部壳体之间的流动通道制得非常窄，便可将水轮机的旋转叶轮的轴输出功率传送到发电机。
另外，在第十与第十一实施例中，构成水轮机的构件的部分与构成发电机的构件部分是作为一个整体形成的，从而对结构起到加固作用。这样当将包括轴流式水轮机与发电机的单元轴流式水轮机发电系统安装到导管中时，可以将它们作为一个整体进行处理。这样，在轮机轴与发电机轴之间就可以稳定的保持精确的位置关系，例如在系统的工作中能够抑制轴的振动的产生。另外，由于轮机轴与发电机轴之间的距离保持较短，包括轴流式水轮机与发电机的发电机系统所需的安装区域可以做得比发电机与水轮机作为单独组件形成的情况小。
第十二实施例图22示出了图18的轴流式水轮机发电系统的分解状态。如图22所示，例如当旋转叶轮308或314使用寿命已满而需要更换新的一个，或者要从流动通道的内部移位到它的外部时，可以将系统拆开。
当将单元轴流式水轮机300A的旋转叶轮从流动通道内取出时，在取出叶轮之前，构成入口轮机外部壳体301、入口轮机内部壳体332、入口固定翼(固定导向叶片)307以及一入口罩306的单元在圆周方向被划分为两部分。随后，该单元从轴流式水轮机发电系统上拆除，以保证旋转叶轮308从流动通道通过的空间。在旋转叶轮308从轮机轴309上拆去后，该叶轮便可从流动通道中取出了。
当将单元轴流式水轮机300B的旋转叶轮314从流动通道内取出时，在取出叶轮之前，构成入口轮机外部壳体303、入口轮机内部壳体334、入口固定翼(固定导向叶片)313的单元在圆周方向被划分为两部分。随后，该单元以及中间内部壳体312与中间轴311从轴流式水轮机发电系统上拆除，以保证旋转叶轮314从流动通道通过的空间。在旋转叶轮314从轮机轴315上拆去后，该叶轮便可从流动通道中取出了。
在该实施例中，一单个的轴承支承各个轴流式水轮机的轴，该轴承设置在相应的旋转叶轮的上游或下游，而不具有用于支承轮机轴的轴承的各个内部壳体位于旋转叶轮的上游或下游，该轴承通过相应的固定的导向叶片与一相应的外部壳体形成为一整体。这种结构可使得无需拆开位于固定导向叶片附近的流动通道的上游部分或下游部分，便可将具有固定导向叶片且位于各个旋转叶轮的下游或上游的流动通道径向拆开，由此确保，在各个旋转叶轮的上游或下游，用于将各旋转叶轮取出流动通道的空间，无需拆开相应的轴承便可将各个旋转叶轮从相应的轮机轴上拆开，以及无需拆开位于相应的轴流式水轮机的下游与下游的导管便可将各个旋转叶轮从流动通道中取出。
工业应用综上所述，在本发明的轴流式水轮机发电系统中，多个同样规格的单元轴流式水轮机，例如同样流速、同样的水压等的单元轴流式水轮机，结合在一起，以安排各种规格。这样，在系统中就可以使用批量生产的水轮机，由此系统就可以高效率地进行生产。这使得这种系统可以安装在目前出于经济方面的考虑而不能安装的地方。另外，相互平行设置的单元轴流式水轮机的轴输出功率可以通过一相对较简单的机构结合成一输出功率。另外，在轴流式水轮机发电系统中可以设置一笔直的流动通道，而不再使用弯管。这样，就可以简化流动通道，减少系统所要求的安装面积，并且系统不会由于弯管而损失液体能量。另外，无需拆开上游与下游的导管，便可以对结合在系统中的各个旋转叶轮进行更换。
本技术领域训练有素的人员还可以很容易地发现附加的优点与改进形式。因此，从广义上说，本发明并不限于此处所示出的和所述的具有代表性的实施例与特定的细节。因此，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，还可以有各种改变形式，而本发明的精神与范围将由所附的权利要求书以及它们的同等物限定。例如，在各个实施例中，各个发电机可以改为位于与相应的单元轴流式水轮机相对的一侧上，围绕与水流方向垂直的一平面对称。
权利要求
1.一种轴流式水轮机发电系统，其特征在于，它包括多个单元轴流式水轮机(102，103)，这些单元轴流式水轮机沿水流的方向在一流动通道中相互同轴地设置，并且具有相应的旋转叶轮(104，106)；以及一发电机(111)，该发电机沿水流方向与多个单元轴流式水轮机(102，103)平行设置，并且由多个单元轴流式水轮机的轴输出动力驱动。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，相邻的若干个单元轴流式水轮机(102，103)的旋转叶轮(104，106)以相反方向转动。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，该系统还包括一齿轮机构(112)，该机构用于从相邻的若干个单元轴流式水轮机(102，103)的轴输出功率获得一单向的轴输出功率。
4.如权利要求1到3中的任何一项所述的系统，其特征在于，该系统还包括一固定的导向叶片(107)，该导向叶片设置在位于最下游的一个轴流式水轮机形成在一流动通道中的出口侧。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，发电机(111)设置在流动通道外，而单元轴流式水轮机(102，103)的轴输出功率利用带有相交轴(126)的齿轮输送到发电机(111)上。
6.一种轴流式水轮机发电系统，其特征在于，它包括多个单元轴流式水轮机(102，103)，它们沿垂直于水流的方向相互平行地设置在一流动通道中，并且具有相应的旋转叶轮(104，106)；以及一发电机(111)，该发电机由多个单元轴流式水轮机的轴输出功率驱动。
7.一种轴流式水轮机发电系统，其特征在于，它包括多个轴流式水轮机，它们沿垂直于水流的方向相互平行地设置在一流动通道中，多个轴流式水轮机中的每一个包括多个单元轴流式水轮机(102，103)，它们是同轴设置的并且具有相应的旋转叶轮(104，106)；以及一发电机(111)，该发电机由多个单元轴流式水轮机(102，103)的轴输出功率驱动。
8.如权利要求1、6和7中的任何一项所述的系统，其特征在于，该系统还包括至少一皮带轮传动机构以及一齿轮机构(112)，用于以预定的速度传输多个单元轴流式水轮机(102，103)的轴输出功率。
9.如权利要求1到8中任何一项所述的系统，其特征在于，多个单元轴流式水轮机(102，103)的旋转叶轮(104，106)具有相同的叶片形状，对于各个轴流式水轮机设定一叶片连接角度。
10.一种轴流式水轮机发电系统，其特征在于，它包括多个单元轴流式水轮机(203A到103C)，它们沿水流的方向相互同轴地设置在一流动通道中，以及具有相应的旋转叶轮(206)；以及传动装置(208到210)，该装置用于使多个轴流式水轮机(203A到203C)的轴输出功率结合成至少一输出功率，并且将至少一输出功率传输到一发电机上。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，传动装置(208到210)包括设置在单元轴流式水轮机(203A到203C)的旋转叶轮(206)的圆周部分上的传动单元(208到210)，并且该诸传动单元是互锁的。
12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，传动装置(208到210)包括一主动轮(208)与一从动轮(209)，它们相互同中心地设置在各个单元轴流式水轮机(203A到203C)的旋转叶轮的一外圈上；一中间轮(210，211)，该中间轮具有第一与第二传动轮，并且设置在一对相邻的单元轴流式水轮机(203A到203C)之间；以及用于将第一传动轮与相邻的单元轴流式水轮机之一互锁的装置(212)，该装置接近第一传动轮，并且也使第二传动轮与另一个相邻的轴流式水轮机互锁。
13.如权利要求11所述的系统，其特征在于，传动装置(208到210)包括同中心的传动轮(208，209)，该传动轮设置在各个单元轴流式水轮机(203A到203C)的旋转叶轮的一外圈上，而每对相邻单元轴流式水轮机的传动轮通过皮带或链条相互锁定。
14.如权利要求11所述的系统，其特征在于，传动装置(208到210)包括一传动齿轮(218)，该传动齿轮同中心地设置在各个单元轴流式水轮机(203A到203C)的旋转叶轮的一外圈上，并且相邻的若干个单元轴流式水轮机的齿轮(218)相互锁定。
15.如权利要求10所述的系统，其特征在于，该系统还包括用于使每对相邻的单元轴流式水轮机的轴相互锁定的齿轮传动装置(222到226)。
16.如权利要求15所述的系统，其特征在于，齿轮传动装置(222到226)包括设置在各个单元轴流式水轮机的轴上的第一与第二圆锥齿轮(222a，222b)，以及包括传动轴(223a，223b)，传动轴用于使第一圆锥齿轮与相邻的几个单元轴流式水轮机中与第一圆锥齿轮接近的一个互锁的，以及使第二圆锥齿轮与相邻的几个单元轴流式水轮机中的另一个互锁。
17.一种轴流式水轮机发电系统，其特征在于，它包括一单元轴流式水轮机(300A或300B)，该轮机具有一旋转叶轮(308或314)；以及一发电机(323)，该发电机位于流动通道之外，并且由单元轴流式水轮机(300A或300B)的轴输出功率驱动；其中，单元轴流式水轮机(300A或300B)被设置成其中的轴(309或315)平行于水流方向，而发电机(323)被设置成其中的轴(319)平行于单元轴流式水轮机的轴(309或315)。
18.如权利要求17所述的系统，其特征在于，该系统还包括皮带和链条之一，用于将单元轴流式水轮机(300A或300B)的轴输出功率传输到发电机(323)。
19.如权利要求17所述的系统，其特征在于，该系统还包括一第一齿轮机构(326，328)，该机构用于将单元轴流式水轮机(300A或300B)的轴输出功率转换成以与单元轴流式水轮机的轴垂直的方向施加的轴输出功率；以及一第二齿轮机构(330，331)，该机构用于将转换后的轴输出功率转换成沿与发动机(323)的轴(319)平行的方向施加的输出功率，以将获得的输出功率输送到发电机。
20.一种轴流式水轮机发电系统，其特征在于，它包括一单元轴流式水轮机(300A或300B)，该轮机具有一固定导向叶片(307或303)以及一旋转叶轮(308或314)；以及一发电机(323)，该发电机位于流动通道外，并且由单元轴流式水轮机(300A或300B)的轴输出功率驱动；其中，固定导向叶片(307或313)与一外部壳体(301或303)以及一内部壳体(332或334)构成一个单元，固定导向叶片连接于内部壳体与外部壳体，该单元与旋转叶轮(308或314)可从流动通道中取出。
21.如权利要求20所述的系统，其特征在于，构成单元轴流式水轮机(300A或300B)的构件部分与构成电动机的构件部分形成一个整体，由此对单元轴流式水轮机与发动机起到了加固作用。
全文摘要
一种轴流式水轮机发电系统,它包括:多个单元轴流式水轮机(102,103),这些单元轴流式水轮机沿水流的方向在一流动通道中相互同轴设置,并且具有相应的旋转叶轮(104,106);以及一发电机(111),该发电机沿水流方向与多个单元轴流式水轮机(102,103)平行设置,并且由多个单元轴流式水轮机的轴输出功率驱动。该结构使批量生产的水轮机可用在带有诸如各种水压、各种流速等的各种不同规格的轴流式水轮机发电系统中。
文档编号F03B17/06GK1370257SQ00811858
公开日2002年9月18日 申请日期2000年8月17日 优先权日1999年8月20日
发明者山形一郎, 本间启, 清水光一郎, 赤松弘隆, 篠原朗, 中薗昌彦, 木崎康巳, 稻叶裕磨 申请人:东芝综合工程技术公司