弯管式转轮及其多喷嘴水轮机的制作方法

本实用新型涉及一种弯管式转轮及其多喷嘴水轮机，属于水利发电机械技术领域。

背景技术：

随着全球工业化的发展，人们的生活水平不断改善，能源问题逐渐凸显，开发清洁可再生能源是人类发展需求的必然趋势，然而修筑堤坝花费巨大，可利用水资源必定有限，研发一种高效率的水轮机，既经济，又能很好的利用有限的水力资源，是人们解决用电问题的一种最佳途径。

目前市场上的冲击式水轮机分为水斗式、斜击式和双击式，他们各有自己的缺点，均效率低下，适应能力有限。双击式水轮机首先冲击上部叶片后，又作用于转轮下部叶片进行二次能量交换，反复双击做功，但总的来说效率低下，应用水头在60m以下的小电站中使用。斜击式水轮机的叶片长度占转轮半径的三分之二，受冲击面过分宽大，高压射流射击叶片后快速分散就从下面排出，这种设计效率同样较低。切击式水轮机效率虽然优于双击式和斜击式，但立轴式只能安装一个转轮，喷嘴由于各种原因最多只能用六个，冲击水斗做工后的水还有少数能量未被第二次应用。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述不足之处，本实用新型的目的在于提供一种结合水斗式、斜击式和双击式各水轮机优点，以解决现有水轮机存在的效率低下，适应能力有限以及未能充分收集水流能量等问题。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：

弯管式转轮,包括圆环状的转轮外壳、套设在转轮外壳内带有轴孔的圆形内鼓盘以及若干弯管；所述转轮外壳与内鼓盘同轴；所述弯管包括进水段和出水段；若干所述弯管与竖向同角度均匀固定设置在转轮外壳和内鼓盘之间，若干所述弯管进水段的进水口沿若干弯管所在的环线同向设置，所述弯管的进水段设置在出水段的上方，所述弯管的进水段和出水段均斜向设置。通过在转轮中设置弯管，将与转轮配合使用的喷嘴与进水段的进水口正对，从喷嘴喷出的高压射流通过进水段喷射到弯管的出水段的上端使转轮旋转，从而带动水轮机做功。

通过弯管代替现有水轮机中的叶片，高压射流从进水段进入冲击滚筒，进水段内笔直可保证射流不分散，冲击力集中高效。工作时一喷嘴的高压射流只能集中一弯管或两弯管之间，同一转轮用多个喷嘴，互不影响。

进一步，所述弯管的进水段与竖向呈60°-70°夹角。在该角度的范围内的弯管进水段与喷嘴便于相互配合。

进一步，所述弯管的进水段和出水段之间呈80°-90°夹角。通过弯管进水段与出水段以及进水段与竖向角度的设置，可有效提高水轮机的发电量，便于各个部件相互配合使用。

进一步，所述弯管的拐角处呈圆角设置；在弯管拐角处设置有若干滚筒，若干所述滚筒设置在拐角处外圆角的内壁上且与进水段的进水口相对。弯管拐角处从上到下设置有四个滚筒，喷嘴喷出的高压射流直击四个滚筒，使转轮运转做功，水冲击滚筒后，四个滚筒不定向的随意自由运转，受冲击面增大，可延长弯管使用寿命。

进一步，所述弯管进水段的进水口上沿高于内鼓盘。将进水口高度稍微提高后，便于喷嘴与弯管进水段的进水口相互配合。

本实用新型还涉及一种弯管式多喷嘴水轮机，包括以上所述的转轮、固定设置的转轮轴、转动轴、皮带轮、皮带、与若干引水管相连的若干喷嘴及发电机；所述转轮通过内鼓盘活动套设在转轮轴上；所述转动轴与转轮轴平行竖向设置，所述皮带轮固定套设在转动轴上，所述皮带轮与转轮外壳通过皮带连接；所述转动轴通过皮带与发电机的输入轴连接；所述喷嘴设置在弯管的上方且与弯管进水段的进水口正对，其喷射出的高压射流与弯管进水段相平行；通过喷嘴向弯管喷射高压射流带动转轮在转轮轴上转动，从而带动皮带轮和转动轴转动，从而带动发电机发电。

更进一步，在转轮外壳的上端设置有向上延申的防水环，所述防水环的上沿高于弯管进水段的进水口。通过防水环的设置，可有效防止喷嘴喷出的高压射流乱溅影响设备的正常工作。

更进一步，在防水环的内壁上设置有防止水流溅射的若干防水条。通过防水条和防水环配合，防止水在离心力的作用下向外溅出。

更进一步，所述转轮为若干个，均活动套设在转轮轴上；所述皮带轮与转轮数量相同，分别与转轮相配合；设置在转轮轴上的若干转轮自上至下其外径逐层递增构成塔式；除底层转轮外的其他转轮底部均设置有锯齿状的引水片，除顶层转轮外的其他转轮内鼓盘圆形边缘均匀设置有若干引流孔；所述引水片沿圆形转轮外壳下部的内表面设置，其锯齿向下斜向设置并伸出转轮外壳；所述引流孔中倾斜设置圆弧形瓦状子叶片，所述子叶片向转轮的转动方向倾斜设置，其上部伸出引流孔外，其弧口与转轮的转动方向相背；上层转轮的引水片与其相邻下层转轮的子叶片正对，上层转轮转轮外壳的底部与下层转轮防水环的顶部齐平或低于下层转轮防水环的顶部；在每层转轮上均设置有若干与该层转轮内的弯管相对的喷嘴；通过喷嘴向弯管喷射高压射流带动若干转轮在转轮轴上转动，从而带动若干皮带轮和转动轴转动，从而带动发电机发电。

若干转轮沿转轮轴轴向依次用轴承与转轮轴活动连接，若干皮带轮沿着转动轴轴向依次固定套设，转动轴上端和下端可分别与发电机连接。引水片呈带锯状，引水片的锯齿部设置在转轮外壳下方，其锯齿略向内卷曲。水流从弯管下端排出后，还有少部分能量，流经引水片，在水的重力和转轮转动时的离心力共同作用下，水向转轮转动方向的前方斜向向下排出，再次冲击下一个转轮上的子叶片，第二次重复做功，冲击子叶片的水从内鼓盘引流孔流到引水片处与另外若干个喷嘴冲击转轮做功后从弯管出水段流出来的水会合，在水的重力和转轮转动的离心力共同作用下，流经引水片，通过引水片水流向转轮转动方向的前方斜向向下射出到相邻下层转轮的子叶片上。上一转轮的引水片与下一转轮的子叶片正对，弯管与内鼓盘外侧连接，子叶片设置在内鼓盘平面的边沿，形成内外的两个圆环，这种结构使转轮的喷嘴冲击和引水片引水冲击分开，互不干扰，有效利用了水流的能量，提高了发电效率。

进一步，引水片的锯齿呈斜齿状，通过斜齿状锯齿的设计，可将引水片引出的水流正对下层转轮上的子叶片，减少了引水片对引水能量的消耗，使引水片引出的水流能量更高，提高了发电量。

进一步，所述子叶片与竖向呈40°-60°夹角。通过该角度的设置，可更好的与引水片的锯齿相互配合使用，提高了发电量。

进一步，在内鼓盘的下表面还设置一引水环，所述引水环呈上小下大的喇叭状，其上端固定设置在若干引流孔位于内鼓盘上的内侧，下端与引水片的上部相邻。冲击子叶片的水从内鼓盘引流孔流经引水环，再由引水环流到引水片处与另外若干个喷嘴冲击转轮做功后从弯管出水段流出来的水会合后，通过引水片冲击下一个转轮的子叶片。

进一步，若干所述皮带轮用皮带各与其在同一水平面上的转轮连接。若干所述皮带轮直径相同，若干转轮直径从上至下依次增加，若干皮带轮用皮带各与在同一水平面上的转轮连接。通过这种方式可达到转轮转速依次逐级向下递减，该设计可使引水片引出的水流重复做功的冲击力得到更好的发挥。

进一步，各转轮的喷嘴分左右两边对称分布，这样转轮受力更加均匀。低水头大流量的水库上顶部转轮可安装15-20个喷嘴，以下各层转轮所用的喷嘴数量依次逐级向下递减顶层转轮喷嘴数量的10％。在一定的工况下水轮机的效率和喷嘴数量呈正比的关系，喷嘴数量增多，可大大提高工作效率，使用数据表明采用本实用新型的塔式水轮机发电效率是现有水轮机效率的1.3-1.5倍。

进一步，该弯管式多喷嘴水轮机还包括引水槽和排水槽，引水槽通过引水管与喷嘴连接，排水槽设置在底层转轮的下方以排出通过水轮机的水流。

进一步，所述转轮为四个。从上自下第二个转轮喷嘴数量是第一个转轮喷嘴数量的90％，第三个转轮喷嘴数量是第一个转轮喷嘴数量的80％，第四个转轮喷嘴数量是第一个转轮喷嘴数量的70％，喷嘴数量依次逐级向下递减。前三个转轮喷嘴喷出的水都有三次、二次、一次不等的重复冲击机会，最后一个尾转轮做工后水从排水槽排出，整个做工完成。

进一步，该水轮机还设置有外壳。通过外壳的设置可有效保护整个水轮机免受外部干扰。

本实用新型的水轮机可通过调整皮带轮的大小，不用调速器就可达到转轮转速与发电机相匹配的目的。还可通过开关喷嘴的数量以达到转轮转速与发电机相匹配的目的。结构简单，调整方便，便于使用。

本实用新型的工作原理：

本实用新型的弯管式多喷嘴水轮机在工作状态时，水从喷嘴喷出的高压射流直击弯管出水段上段，进行第一次能量转换后，还有少部分的能量，水流从弯管下端排出流经引水片，在水的自重产生的力和转轮转动时的离心力共同作用下，水向转轮转动方向的前方斜下射出，再次冲击下一个转轮，进行第二次重复做工，依次类推，上部不同转轮喷嘴喷射出来的水都有次数不等的重复冲击机会。喷嘴在转轮上的数量自上至下依次逐级向下递减顶层转轮喷嘴数量的10％，结合以上不等的水的重复冲击机会，每个转轮的做功效率相差无几。

弯管式多喷嘴水轮机，用若干根引水管与若干个喷嘴单独连接，可保证水压稳定，从喷嘴喷出的高压射流直击弯管出水段上端的滚筒，转轮向前转动一角度，高压射流从相邻弯管进水段的进水口进入直击相邻弯管的滚筒，转轮又向前转动一角度，如此类推，转轮不停的向前转动，带动发电机发电。同一喷嘴喷射出来的高压射流只能击中一个弯管或两个弯管之间处，这种设计高压射击集中，冲击力强。同一转轮安装多个喷嘴互不影响，同一转轮轴安装多个转轮，转轮数量增加了喷嘴数量成倍增加，本实用新型的水轮机独到精巧，设计冲击四个转轮的水流多数都有三次、二次、一次不等的重复冲击做功的机会。

与现有技术相比，本实用新型的效果在于：

1、本实用新型的转轮及其水轮机结构简单，整机占地面积小，适应能力强，对10m以上水头均可适用。

2、实现了当前立式冲击式水轮机还没有同一轴用多个转轮和同一转轮还没有同时用15-20个喷嘴的设想。

3、其他产品只有双击式可第一次冲击做功后再进行第二次冲击做功。弯管式多喷嘴水轮机多数水流可进行次数不等的重复冲击做功。

4、通过一喷嘴一引水管、多喷嘴、多转轮多次不等的重复冲击做功的有效结合，本实用新型的水轮机效率成倍提高，特别对于低水头大流量的水库，本弯管式多喷嘴水轮机的有益效果更能够体现出来。与其他水轮机在同样高度的水头，同样的用水量的情况下，效率明显大大提高。

附图说明

说明书各附图所表达的内容及图中的标记作出简要的说明：

图1为弯管的结构示意图；

图2为实施例一转轮的立体图；

图3为实施例二水轮机的立体图；

图4为实施例二水轮机的结构示意图；

图5为实施例二中第二或第三层转轮的结构示意图；

图6为图5的俯视图；

图7为实施例二中第二和第三层转轮相互配合的结构示意图；

图中：1为转轮，2为转轮外壳，3为内鼓盘，4为弯管，41为进水段，42为出水段，43为滚筒，5为防水环，6为防水条，7为转轮轴，8为转动轴，9为皮带轮，10为皮带，11为引水管，12为喷嘴，13为发电机，14为引水片，15为引流孔，16为子叶片，17为引水槽，18为排水槽。

具体实施方式

下面结合附图给出一个非限定的实施例对本实用新型作进一步的阐述。但是应该理解，这些描述只是示例的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

实施例一

如图1、2所示，弯管式转轮1,包括圆环状的转轮外壳2、套设在转轮外壳2内带有轴孔的圆形内鼓盘3以及若干弯管4；转轮外壳2与内鼓盘3同轴；弯管4包括进水段41和出水段42；如图2、4所示，若干弯管4与竖向同角度均匀固定设置在转轮外壳2和内鼓盘3之间，若干弯管4进水段41的进水口沿若干弯管4所在的环线同向设置，弯管4的进水段41设置在出水段42的上方，弯管4的进水段41和出水段42均斜向设置。通过在转轮1中设置弯管4，将与转轮1配合使用的喷嘴12与进水段41的进水口正对，从喷嘴12喷出的高压射流通过进水段41喷射到弯管4的出水段42的上端使转轮1旋转，从而带动水轮机做功。弯管4的进水段41与竖向呈60°-70°夹角。弯管4的进水段41和出水段42之间呈80°-90°夹角。弯管4的拐角处呈圆角设置；在弯管4拐角处设置有若干滚筒43，若干滚筒43设置在拐角处外圆角的内壁上且与进水段41的进水口相对。弯管4进水段41的进水口上沿高于内鼓盘3。在转轮外壳2的上端设置有向上延申的防水环5，防水环5的上沿高于弯管4进水段41的进水口。在防水环5的内壁上设置有防止水流溅射的若干防水条6。通过防水条6和防水环5配合，防止水在离心力的作用下向外溅出。

使用时，将转轮1通过内鼓盘3设置在转轮轴7上，通过引流管引流的水经过喷嘴12后形成高压射流，高压射流射入转轮1的弯管4内，从而使转轮1转动。本实施例的弯管4采用了圆角弯管4，弯管4的拐角处设置有滚筒43，从而减少了高压射流长时间对弯管4的损害。弯管4进水段41和出水段42的角度如图1所示，可根据实际情况进行调整，调整后的弯管4的出水段42应便于水流直接从出水段42排出，防止水流在出水段42再进行反射损耗水流能量。进水段41也可根据实际情况调整其进水口的高度以及进水段41与竖向之间的夹角，从而配合喷嘴12喷出的高压射流的方向，确保高压射流能够直接喷射到出水段42的上端，减少能量损耗，以便最大限度的使转轮1做功。

实施例二

如图3、4所示，弯管式多喷嘴12水轮机，包括实施例一的四个转轮1、固定设置的转轮轴7、转动轴8、皮带轮9、皮带10、与若干引水管11相连的若干喷嘴12及两台发电机13；转轮1内鼓盘3通过轴承活动套设在转轮轴7上；转动轴8与转轮轴7平行竖向设置，皮带轮9固定套设在转动轴8上，皮带轮9与转轮外壳2通过皮带10连接，皮带轮9与转轮1数量相同；转动轴8两端通过皮带10分别与发电机13的输入轴连接；喷嘴12设置在每个转轮1弯管4的上方且与弯管4进水段41的进水口正对，其喷射出的高压射流与弯管4进水段41相平行。

如图3所示，设置在转轮轴7上的四个转轮1自上至下其外径逐层递增构成塔式；上部三个转轮1底部均设置有锯齿状的引水片14，下部的三个转轮1内鼓盘3圆形边缘均匀设置有若干引流孔15；如图5、7所示，引水片14沿圆形转轮外壳2下部的内表面设置，其锯齿向下斜向设置并伸出转轮外壳2；如图5、6、7所示，引流孔15中倾斜设置圆弧形瓦状子叶片16，子叶片16向转轮1的转动方向倾斜设置，其上部伸出引流孔15外，子叶片16弧口与转轮1的转动方向相背；如图7所示，上层转轮1的引水片14与其相邻下层转轮1的子叶片16正对，如图3、4所示，上层转轮1转轮外壳2的底部与下层转轮1防水环5的顶部齐平；在每层转轮1上均设置有若干与该层转轮1内的弯管4相对的喷嘴12；通过喷嘴12向弯管4喷射高压射流带动四个转轮1在转轮轴7上转动，从而带动四个皮带轮9和转动轴8转动，从而带动发电机13发电。

如图5、7所示，引水片14的锯齿呈斜齿状。子叶片16与竖向呈40°-60°夹角。如图3、4所示，四个皮带轮9分别用皮带10各与其在同一水平面上的转轮1连接。各转轮1的喷嘴12分左右两边对称分布。如图3、4所示，该弯管式多喷嘴12水轮机还包括引水槽17和排水槽18，引水槽17通过引水管11与喷嘴12连接，排水槽18设置在底层转轮1的下方以排出通过水轮机的水流。

本实施例的水轮机从上自下第一个转轮1喷嘴12数量是20个，第二个转轮1喷嘴12数量是18个，第三个转轮1喷嘴12数量是16个，第四个转轮1喷嘴12数量是14个，喷嘴12数量依次逐级向下递减。前三个转轮1喷嘴12喷出的水都有三次、二次、一次不等的重复冲击机会，最后一个尾转轮1做工后水从排水槽18排出，整个做工完成。

本实施例的水轮机如图3所示，水流首先通过引水管11将喷嘴12和引水槽17连通。打开所有的喷嘴12，每层转轮1上的喷嘴12通过高压射流带动不同转轮1转动，顶层转轮1通过高压射流排出的水通过出水段42排出，在水的自重和转轮1离心力作用下，水流沿引水片14的锯齿直接射向下层转轮1的子叶片16上，从而对子叶片16构成冲击，顶层转轮1的水流分别经过下方三个转轮1完成三次冲击，可充分利用水流的能量。如图7所示，为第二层和第三层转轮1配合使用的立体图，第二层的引水片14和第三层转轮1的子叶片16正对，在第二层转轮1的转轮外壳2和第三层转轮1的防水环5之间构成一空隙，用于放置喷嘴12，其他相邻转轮1皆如此设置。如图7所示，第三层转轮1不仅收到喷嘴12高压射流的冲击，同时通过第二层转轮1引水片14的引导，使第一层转轮1和第二层转轮1流出的水流经引水片14射向第三层转轮1的子叶片16上，图中虚线箭头为引水片14引出水流的方向，顶部环形箭头为转轮1转动方向，依此类推。弯管4与内鼓盘3外侧连接，子叶片16设置在内鼓盘3平面的边沿，形成内外的两个圆环，这种结构使转轮1的喷嘴12冲击和引水片14引水冲击分开，互不干扰，有效利用了水流的能量，提高了发电效率。

本实用新型的水轮机可通过调整皮带轮9的大小，不用调速器就可达到转轮1转速与发电机13相匹配的目的。还可通过开关喷嘴12的数量以达到转轮1转速与发电机13相匹配的目的。本实用新型的水轮机适用范围广，结构简单，调整方便，便于使用，大大提高了发电量。

以上这些实施例应理解为仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的保护范围。在阅读了本实用新型的记载的内容之后，技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本实用新型权利要求所限定的范围。