潜水式流水涡转轮机发电站的制作方法
【专利摘要】本发明涉及潜水式流水涡转轮机发电站；它主要用途是开发大自然的江河领域，利用江河自然流动的水流进行水力发电，它完全尊重自然，巧妙的科学的开发利用了大自然的天势地理，它不需牺牲大量国土资源，也无需花费巨资建坝造库蓄水发电，只需在江河领域中选择流量比较激的水域进行发电，它采取潜入江河水中的方式发电，在发电时不会影响水底泥沙，水中鱼类和水面船舶的通过，同时它还能实现组网发电，按机组前后串并联方式安装应用即可，它能实现水源的二次利用或多次重复利用，做到水利水源高效利用不浪费，实现了投入少见效快的开发利用模式。它纯属于绿色环保无污染零排放的持续清洁能源的利用，它是人类未来电力发展的方向。
【专利说明】潜水式流水涡转轮机发电站
【技术领域】
[0001]水利水力发电领域。
【背景技术】
[0002]目前全世界和我国在利用水力发电方面多是采取建坝造库蓄水进行发电的。如我国的三峡发电也不例外，为了建成三峡发电工程，我国投入了天文数的巨资近千亿元人民币，同时还牺牲了 N多个县的国土资源用作发电蓄水，除此之外还直接和间接的影响着当今的自然环境，给脆弱的环境增添了很多变数。它的建成的确解决我国工农业生产快速发展的电力需求，但对于我国人多地少的国家来说真是付出了极大的代价，因土地是不可再生的资源。我的评价是，它是受当今人类科技发展水平和智慧的限制产物，在利用水力发电方面采用了没办法的的办法，可说是拆了东墙补了西墙。只能说它是人类发展中的过渡期行为吧。对此我为了仍能满足不断发展的电力需求，克服巨资的投入和必须牺牲大量国土资源为代价的不足，我精心设计出了名叫“潜水式流水涡转轮机发电站”，简称为“潜水式涡轮机电站”。它的主要用途是直接开发大自然的江河领域，完全利用江河自然流动的水流进行水力发电。我这款“潜水式涡轮机电站”的设计原理是；依据我于今年申请发明专利的《电动车动态式充电机上的“双螺旋风扇”》的工作原理设计而成。因它的形状独特，高效无t匕，技术领先，制造简单，结构紧凑，它是史无前例的，也是空前绝后的，我把它称之为“龙卷风威力效率机”。利用它的实际高效特征，可以更有效的开发大自然界存在的持续巨大的清洁能源“水能和风能”。我的这项设计实际上也是属于“双螺旋风扇”原理的衍生系例的开发设计，是它在相关领域中，对不同水能利用的开拓性应用，从而有效的和极大的开创利用清洁能源，使人类极早的步入绿色环保低碳高效的节能新时代。它的基本特征是；1它完全尊重自然，不需人为改造环境，它能巧妙的科学的开发利用了大自然的天势地理，也不需牺牲大量国土资源为代价，更不会给人类生存环境带来新的人为灾难。2它无需花费巨资建坝造库蓄水发电，只需在江河领域中选择流量比较激的水域进行发电，它纯粹合理的利用了持续的天然的清洁的水能源，它不排放污染是绿色环保发电设备。3它采用了潜入江河水中的方式发电，在发电时不会影响水底泥沙，水中鱼类和水面船舶的通过。4它还能实现组网发电应用，按机组前后串并联方式安装应用即可。5它还能实现水源的二次利用或多次重复利用(二次利用就是在现有水力发电站的水坝闸门首次发电机组的出水口处或合流处进行再次水力利用发电)，做到水利水源高效利用不浪费，可说它是未来人类水力发电的发展方向。它的优点是:1开发利用面广；只要有水流流动地方就可实现开发利用，江河面大而深的地方可设计大的“潜水式涡轮机电站”进行发电，反之可设计成中小型的发电站。2它投入少见效快；是现在水力发电站设备成本的15%左右，是当今太阳能多晶硅板发电设备成本的10%左右，也是现有风力发电设备成本的20%左右。3它技术要求低；一般中小型企业都能制造生产，做到了就地取材，物尽所用。4它安全可靠；设备简明扼要故障率低，它不会构成伤害所有生物包括人类。5使用寿命长，设备维护维修方便。
【发明内容】
[0003]我为了实现“潜水式涡轮机电站”设计了如下构成部件；一设计了 “三叶式旋涡转轮”，简称“旋涡转轮”，如图1图2所示。二设计了喇叭式直管外罩和加强环板，如图3所示。三设计了蜗轮蜗杆传动机械组，如图8所示。四设计了落地脚架空定位，如图4，5所示。五设计了超长传动联轴和护管，如图7所示。六水上平台站，如图9所示。现不详，有待查明。
[0004]四落地脚定位板的设计；如图5所示；它的构成是在喇叭式外罩下方联接2根长方形钢管和直管外罩后下方联接2根长方形钢管，它们的联接方式是先用螺丝钉定位固定再用焊接进行加固。定位板直接焊到落地脚上即可，它的尺寸按实需而定。
[0005]五超长传动联轴的和护管设计；如图7所示，它的构成是；1超长传动联轴，它的基本尺寸图7已表明，具体长度依据需要而定，联接蜗杆传动轴的一端加工成外螺纹，它与蜗杆传动轴对称的内螺纹相应相联，要求它必须与涡杆实际转动方向相反，使它只能相联不能脱离，它的另外一端是与发电机轮轴相联并还有轴承架空转动。2超长传动联轴护管，它主要起到防水的作用，同时起到与“旋涡转轮”喇叭形外罩固定定位和不振动的作用。
[0006]六水上平台站的设计；如图9所示；对它的要求是，要高干水面3M左右，设计款式如水上小油井平台那样就行了，但要求牢固稳定，能防水防雨，还要方便人员进出和便于配送电就行了。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1是“旋涡转轮”实体结构名称图，I第一片叶片，2第二片叶片，3旋涡转轮中轴管，4第三片叶片。图2是“旋涡转轮”叶片定位结构图，I叶片角度定位杆组，它的作用是确保叶片角度不变形，2叶片叶间定位杆组，它的作用是确保叶片间距不变形。图3是喇叭式直管外罩和加强环板基本尺寸图。图4是“潜水式涡轮机电站”实际效果图。图5是“潜水式涡轮机电站”结构名称图；1喇叭式大小口径管，2喇叭式联接固定板螺丝钉(6只)，
3“旋涡转轮”架空上支杆组(3根)，4 “旋涡转轮”叶片角度定位支杆组(3根)，5 “旋涡转轮”直管外罩，6超长传动轴定位支杆加强板，7超长传动联轴定位支杆，它起到三角支撑的作用，8超长传动联轴，9超长传动联轴护管，10蜗轮蜗杆传动机械组防水护罩(二片)，
11“旋涡转轮”中轴管下端前后轴承(2个)，12蜗杆传动轴轴承(2个)，13蜗杆传动轴护管(4片)，14蜗杆齿轮，15，涡轮齿轮，16落地脚上端固定螺丝钉(8根)，17 “旋涡转轮”架空下支杆组(3根)，18喇叭式直管外罩轴承(2个)，19落地脚定位板钉孔(8个)，20 “旋涡转轮”中轴管，21 “旋涡转轮”叶片(3片)，22落地脚(4根)，23落地脚定位板(4块)，24 “旋涡转轮”中轴管防水防护帽，25喇叭形直管外罩前后加强环板(2个)，26蜗轮蜗杆传动机械组定位下上支杆(三根)，27蜗轮蜗杆传动机械组定位下下支杆(二根)，28蜗杆传动轴护管(2根)，29蜗杆传动轴。图6是“旋涡转轮”中轴管基本尺寸图。图7是超长传动联轴和护管基本尺寸图。图8是“旋涡转轮”传动轴管基本尺寸图。图9是“潜水式流水涡转轮机发电站”整机侧视图。图10是叶片制作步骤图；1等分线，2叶片外圆，3叶片内圆，4叶片固定螺丝孔，5锯齿片，6去除中心圆，7半径等分线。。图11是叶片切割成形制作图；1叶片成S形，2锯齿片弯转90度，3叶片分开切割线。【具体实施方式】
[0008]一“三叶式螺旋涡转轮”的【具体实施方式】；如制造一个发电量为3兆瓦的“旋涡转轮”时;1叶片的制作；购买3块3m长*3m宽/0.8cm厚的铁钢板，在每块铁钢板上画出半径为1.5m的圆圈，如10图所示；再以圆为中心画出十字线，在交叉点上用电钻打个Icm孔，确立中心点，同样再以中心点量取半径为25cm还画一个圆周(这个圆周大小与中心轴管的粗细有关的，它关系到“旋涡转轮”叶片角度的大小，中心轴管越粗这圆就越大，是正比关系)，它也是决定和形成叶片S面的切线，同时还在25cm圆周内再画一个18cm的小圆，把这个圆内的铁钢板去掉，变成一个18cm的圆洞，然后在25cm圆内按每30度处进行等分，并沿线切割开，然而在等分后的30度铁钢板上打螺丝钉穿孔(大小依据需要而定)，共打12个孔，在十字线上选取其中一条线从外向内剪开，这时铁钢板可以分开了，如11图所示，这时只要在剪开处向二端拉开就形成了 S形态的叶片。此时它的内圆变成了锯齿状，再把这12个锯齿状的铁钢板朝上弯曲成90度，就出现了成S形的螺丝孔洞，利用这些孔洞与中心轴管联接，这时把中心轴管插入叶片中，再按照12个锯齿状的孔洞给中心轴管定位打孔，最后用螺丝钉固定即可，就这样成了一张叶片的“旋涡转轮”。另外二张叶片也用同样的方法步骤进行制作安装。2中轴管的制作；购置一根540cm长/2.5cm厚13cm圆的铁钢管,按尺寸加工制作即可。3叶片与中心轴管联接和固定；首先在中心轴管上一端IlOcm处打3个螺丝孔，要求在同一线位并间隔为120度，这孔就是叶子起头，叶片在制作时一定要确定好转向，是按顺时针还是反时针，然后把中心轴管插入叶片的S孔内，在实施时先固定第一片叶片，把叶片上的第一孔对准到中心轴管的第一个孔，把螺丝放入用螺帽进行基本固定，再把刚固定的叶片在另一端沿中心轴管用力向下拉紧，开始打第二个孔，实际上这个孔位置是极为重要的，它能确定叶片的实际角度，也就是说它决定了这“旋涡转轮”的效果的好坏，最佳效率是45度角，当叶片处在水平45度和垂直45度的角度位置上才算是最佳的，这时它所产生的机械扭力是最大的，其发电效率是最高的。当这“旋涡转轮”角度确定后还要用力下拉，并沿内圆S切线进行打孔一一联接固定好。对于另外二片叶子的联接安装方法，除了把叶片旋转进去外，也是采取同样的方法和步骤进行的，不过实施的难度要大些，尽量要注意它们的对称度要求，对称度高“旋涡转轮”就平稳，振动会小。最后在三片叶片基本联接好后，就要进行全面高整形并把所有螺丝拧紧，然后进行联接焊牢，最后对这三叶片用定位杆进行叶片角度定位并焊接固定，同时也用叶间定位杆进行叶片间距焊接固定好，如图2所示。就这样制作完成一个直径为240cm 口径大的“旋涡转轮”。也许有人要问怎么叶片小了 60cm 了呢；其实那50cm尺寸的铁钢板，在制作时被扭转到中心轴管上，成了立体叶面了。所以它制成后的形状独特，就象一朵鲜花，巧妙的构成了一个三维一体的立体“旋涡转轮”，它能产生极大的向心扭力，给力于发电机做功，它就成一个无与伦比的空前绝后高效的旋涡转轮机。
[0009]二喇叭式直管外罩和加强环板的【具体实施方式】；制作它比较简单，先做直管外罩体，后做喇叭式大小口径管，再固定焊接上加强环板，然后垫高直管外罩体，把喇叭式大小口径管对准与直管外罩直接焊接即可，尺寸按图示进行。
[0010]三蜗轮蜗杆传动机械组的【具体实施方式】；蜗轮与蜗杆的速比为3: 1，摸数是3。对于二个轴承待查。
[0011]四水轮机固定定位板的【具体实施方式】；它主要是起到定位固定的作用，一般不锈钢材即可。
[0012]五超长传动联轴的和护管的【具体实施方式】；对它的联接要求就是螺纹必须与传轴转动方向相反，只能越转越紧不能转后松脱离，还有必须防水漏入护管内。
[0013]以上二，三，四，五是属于常规制作，没什么新颖特别之处，所以只须按图所示加工制作或依据实际需要制作实施就行了。
[0014]一“旋涡转轮”的设计；它的构成是，如图1，2所示；1第一片叶片，2第二片叶片，3旋涡转轮中轴管，4第三片叶片，图2所示，I叶片角度定位杆组。2叶片叶间定位杆组。实际上“旋涡转轮”的功效是最重要的，它的好坏直接影响着水能的利用率。要想设计成高效的“旋涡转轮”必须遵守如下四大要素；(I)板材选用要求；尽量选用比较轻型的薄钢铁板材，目的是减轻“旋涡转轮”的自重量，同时要求有一定的钢性硬度，因这款“旋涡转轮”的形成主要是发挥薄钢铁材料的特性即“弹性”，利用其弹性的张力提升叶片的硬度和强度，否则薄板是无法做到受力后不变形的，另外最好要能有防锈的特性和能焊接特性的板材。(2)叶片角度的定位；叶片角度大小它取决于叶片内圆的开孔的大小，即内圆的开孔越大，它与中轴的夹角越小其转速越快，同时叶片间距越大，要求固定用的中轴就越长，反之越大越慢越短，一般叶片角度是纵横向45度为最佳。(3)叶片面积大小的确定；叶片面积越大作用(冲击)面就越大，产生的扭力就越大，反之越小越弱。(4)水量流速的确定；水量流速的大小与三片叶子出水口的尾部(未端)定位有关，即尾部上高翘时水流量就小，转速慢，但产生的扭力增大，反之则相反。以上这些技术要素掌握了，就能实施制造出一个理想的美观的高效的三叶式的三维一体的立体形的“旋涡转轮”，它能产生极大的向心扭力，经3: I的涡轮与涡杆的联动去带动发电机进行发电。它的有益效果特征是；1它受冲击力面积大；它由于形状极为独特，其外形尤如一朵初晨含苞即将出水绽放时的荷花，婷婷玉立的姿态，它是个三片螺旋S型全圆周面构成的叶片，它充分发挥了薄型钢铁板材的基本特性，即“弹性”，利用其弹性的张力进行抨紧叶片，实现了加强叶片的强度和达到了提升叶片的硬度，并通过与中轴管定位联接和固定焊接，形成了一个三唯一体型的“旋涡转轮”，它实际受到的冲击力面积是极大，是三片叶子圆周面积的总和，比现有转轮叶片面积要大4倍以上。2它的机械能转换率特高；是进入流水水力的三圈之和，它的机械能转换率高达现有转轮的4倍以上，它真是个全叶面的充分利用水能的冲击力和水质量。3水源利用率特高；能象三个漏斗式的把流入的水全部截住并向中心流动，还规定了水的流向，必须按向内绕转一圈后流出，减少了水能在中途分流的浪费。4它能进行组合成超大电站；它可依据需要进行串并联式组合应用，它完全可以实现超大级发电机站。它的优点是:1它制造技术要求不高，它不需要开摸制造。2叶片制作尺寸变量大，取材方便，小材料可焊接而成。3整机设备成本低，投入少，见效快，是现有水转轮机设备成本低的30%左右。4它结构紧凑，安全可靠，故障率低，结构明僚，美观大方。5使用寿命长，设备维护维修方便。
[0015]二喇叭式直管外罩和加强环板的设计；如图3所示，它实际上有三大部件构成一体的，I主体部份是“直管外罩”，它是一个比“旋涡转轮”稍粗IOcm的直管，要求它；管的二端粗细一样，它的作用是给进入的水进行控制，不让水流到处扩散流失掉，同时起到了给“旋涡转轮”增加了水压作用，另外是还能起到保护“旋涡转轮”的作用。2喇叭式大小头管；它是一个大小不等口径不同的圆周体，大头朝外小头朝里并与直管外罩联接成一体，它的作用是尽管汇集更多的水量进入“旋涡转轮”做功。3 “直管外罩”二边附加加强环板，目的是给直管外罩的二头进行有效加厚加强，起到外罩不变形的作用，同时起到扩大与前端喇叭形和后端蜗轮蜗杆传动机械组联接的面积，起到加固的作用。
[0016]三蜗轮蜗杆传动机械组的设计；它的主要构成如图5图8所示；图8是蜗轮蜗杆传动机械基本尺寸图，图5是其中10蜗轮蜗杆传动机械组防水护罩(2片)，11“旋涡转轮”中轴管下端前后轴承(2个)，12蜗杆传动轴轴承(2个)，13蜗杆传动轴轴承防水座套(2套)，14蜗杆齿轮，15蜗轮齿轮,28蜗杆传动轴护管(2根)，29蜗杆传动轴。蜗轮与蜗杆的转速比是3: 1，摸数为3。其它的传动机构组件多是常规的最基本必要的零部件，没什么新颖之处，对于轴承的具体要求和指标我。
【权利要求】
1.我设计的“潜水式水流水力发电机”其特征是；它截水面积特大；它形状极为独特，其外形尤如一朵初晨含苞即将出水绽放时的荷花，婷婷玉立的姿态，它是个三片全圆周面成螺旋S型的叶片，它充分发挥了薄型钢铁板材的基本特性，即“弹性”，利用其弹性的张力进行抨紧叶片，实现了提升叶片的强度和硬度，并通过与中轴管定位联接和固定焊接，形成了一个三叶式三唯一体型的“螺旋涡轮”，它的实际截水面积是三叶片全圆周面积的之和。
2.我设计的“潜水式水流水力发电机”其特征是；它能产生特大的机械扭力；在喇叭式直管外罩的聚集作用下，流入它的水流必须绕“螺旋涡轮”转动一周后才能流出去，从而产生三股极大的涡流动力，因它产生的扭力纯粹是极大向心力，它对发电机特别给力，不象其它转轮那样进入的水流不到三份之一圈就流了出去，它所产生的机械扭力是流入三叶片流水水力的三圈之和的合力。
3.我设计的“潜水式水流水力发电机”其特征是；它采用了机电分离技术；通过发电机与“螺旋涡轮”分体组合的技术设计，有效的解决因设备长期泡在水中可能发生进水和腐蚀等问题，实现了延长发电机使用寿命和方便设备的维护，把“螺旋式涡轮”潜伏安装在江河床上的水域中，又把发电机设备放置在远离水面的“水上机站平台”上。
4.我设计的“潜水式水流水力发电机”其特征是；它完全尊重自然减少了发电成本；巧妙的科学的开发利用了大自然的天势地理，它不需牺牲大量国土资源，也无需花费巨资建坝造库蓄水发电，只需在江河领域中选择流量比较激的水域进行发电即可，它在潜入水中工作发电时不会影响水底泥沙，水中鱼 类和水面船舶的通过，它还能根据实际需要进行多机组网发电，实现同条江河内同一水域或不地域内的多次重复利用发电，它实现了投入少，见效快的水力开发利用模式。
5.我设计的“潜水式水流水力发电机”其特征是；它能实现同条江河流域广泛开发利用；利用江河上下游自然流动的水流，实现一条线密集型的水力发电开发利用，实现水能的多次重复利用。
【文档编号】F03B13/10GK103899468SQ201210579086
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2012年12月28日 优先权日:2012年12月28日
【发明者】朱建荣 申请人:朱建荣