一种水轮机及水力发电机组的制作方法

本发明属于液力机械的水轮机领域，具体的涉及一种水轮机。此外，本发明还涉及一种水力发电机组。

背景技术：

热力发电通过燃烧煤炭等不可再生能源转换为电力，由于不可再生能源的不断减少，人们越来越注重开发清洁可再生的能源，水力发电便是其中一种产生清洁能源的方式。

水力发电利用水力(具有水头)推动水轮机转动，将水能转变为机械能，再在水轮机上接上机械能转换为电能的装置，便可发电。水轮机通常可分为反击式和冲击式两大类。反击式水轮机的转轮在水中受到水流的反作用力而旋转；冲击式水轮机的转轮受到水流的冲击旋转。现有的水轮机在发电过程中，往往由于水流量和压力不足，导致水轮转动不稳定，从而影响发电机的转速，导致输出的电力不稳。

因此，如何提高水轮机在发电时的稳定性，是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种水轮机，采用该水轮机进行发电的稳定性更好。

具体的，一方面，提供了一种水轮机，包括转轮，转轮的中轴线处设有主轴，转轮和主轴绕中轴线转动，转轮的外圈设有水斗和环形密封面，环形密封面上设有第一开口，第一开口的边缘与水斗的斗口密封连接；在转轮的侧上方架设压力仓，压力仓顶部开进水口；环形密封面上贴覆有密封板，环形密封面转动时与密封板无缝接触；密封板包括开口段，开口段的外周与压力仓侧壁密封连接，开口段上设有第二开口，使压力仓中的水通过第二开口进入水斗。

进一步地，上述的水轮机中，上述密封板开口段的外周通过内封板与压力仓侧壁密封连接。

进一步地，上述的水轮机中，上述内封板包括下内封板，密封板开口段后端与压力仓侧壁通过下内封板连接。

进一步地，上述的水轮机中，上述内封板包括上内封板，密封板开口段前端与压力仓侧壁通过上内封板连接。

进一步地，上述的水轮机中，上述密封板还包括闭口段，闭口段贴设于转轮侧下方的环形密封面上，闭口段的前端与开口段后端连接。

进一步地，上述的水轮机中，上述转轮上还设有加强筋。

进一步地，上述的水轮机还包括用于支撑压力仓架设于转轮上的支撑件。

另一方面，还提供一种水力发电机组，包括水池、水塔、水泵、增速器、电机以及上述任一种上述的水轮机；上述水池上设有出水口，上述水轮机设置于水池上方，水斗中的水通过出水口进入水池；上述水塔设置于压力仓进水口的上方；水塔的出水口与压力仓进水口连通；上述水泵用于将水池中的水输入水塔中；上述增速器的一端与水轮机的主轴连接，另一端与电机连接。

与现有技术相比，上述技术方案中的水轮机，在使用时，水从压力仓顶部的进水口进入压力仓，由于密封板的开口段与压力仓侧壁密封连接，因此水只能通过密封板开口段上的第二开口处进入转轮侧上方的水斗中，水斗中灌冲了一定量的水，由于水的压力作用，侧上方水斗绕转轮的中轴线向下转动，往压力仓中持续注水，则转轮开始形成持续转动，并带动主轴转动，从而将水能转化为机械能。由于环形密封面上的第一开口的边缘和水斗的斗口密封连接，使整个转轮的外圈形成一个完整的密封面，同时，压力仓侧壁和密封板密封连接，密封板又贴覆于环形密封面上，并且环形密封面随转轮转动时与密封板无缝接触，压力仓中的水不会从环形密封面和密封板之间漏出，因此，压力仓、密封板、环形密封面和水斗组合使压力仓下部形成一个密闭的空间，压力仓中的水只能进入水斗，水斗中的水只有当斗口向下倾斜时才能流出，无法从其他地方流出。在刚开始往压力仓中注水时，转轮的转速较慢，对整个水轮机而言，进水量大于流出量，因此水仓中的水位会逐渐上升。伴随着水位的升高，压力仓中的水对于侧上方水斗的压力增大，使得转轮转速增大，水的流出量也相应增大。直到整个水轮机中，进水量与出水量相等，此时压力仓中的水位恒定，转轮的转速也恒定。对于上述技术方案中的水轮机而言，进出水量、压力仓水位、转轮转速这三者是相互关联的，因此只要根据需求控制进水量，当转轮转动达到稳定状态时，进水量和出水量恒定，则压力仓水位、转轮转速也处于恒定状态，从而整个水轮机的工作便也处于十分稳定的状态，进而使得主轴转动稳定，发电机的输出电力也相应的比普通的水轮发电机组的输出电力更加稳定。

附图说明

图1为本发明所提供的水轮机的其中一个具体实施方式的剖面结构示意图。

图2位本发明所提供的水轮机的密封板的其中一个具体实施方式的结构示意图。

图3位本发明所提供的水轮机的环形密封面的其中一个具体实施方式的结构示意图。

附图标记说明：转轮1；水斗11；斗口111；环形密封面12；第一开口121；加强筋13；主轴14；压力仓2；压力仓进水口21；压力仓侧壁22；密封板3；开口段31；第二开口311；开口段后端312；开口段前端313；闭口段32；闭口段前端321；闭口段后端322；上内封板41；下内封板42；支撑件5；水池6；出水口61；水塔7；水塔的出水口71；水泵8。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请结合图1，在一个具体的实施方式中，提供了一种水轮机，包括转轮1，转轮1的中轴线处设有主轴14，转轮1和主轴14能够绕中轴线转动，转轮1的外圈设有水斗11和环形密封面12，环形密封面12上设有第一开口121，第一开口121的边缘与水斗的斗口111密封连接；在转轮1的侧上方架设压力仓2，压力仓2顶部开有进水口21；环形密封面12上贴覆有密封板3，环形密封面12转动时与密封板3无缝接触；密封板3包括开口段31，开口段31的外周与压力仓侧壁22密封连接，开口段31上设有第二开口311，使压力仓2中的水通过第二开口311进入水斗11。

本发明中的转轮的侧上方、侧下方都是相对位置，以图1中的结构示意图的视角，对于转轮而言，以主轴所在的水平线位置为分界，水平线上方均视为转轮的上方，下方均视为转轮的下方。以主轴所在的垂线的位置为分界，垂线左侧均视为转轮的左侧，垂线右侧均视为转轮的右侧，因而侧上方系指水平线以上的左侧或右侧的位置。此处的相对位置仅是为方便描述，并不构成对本发明的限制。

上述技术方案中的水轮机，在使用时，水从压力仓顶部的进水口进入压力仓，由于密封板的开口段与压力仓侧壁密封连接，因此水只能通过密封板开口段上的第二开口处进入转轮侧上方的水斗中，水斗中灌冲了一定量的水，由于水的压力作用，侧上方水斗绕转轮的中轴线向下转动，往压力仓中持续注水，则转轮开始形成持续转动，并带动主轴转动，从而将水能转化为机械能。由于环形密封面上的第一开口的边缘和水斗的斗口密封连接，使整个转轮的外圈形成一个完整的密封面，同时，压力仓侧壁和密封板密封连接，密封板又贴覆于环形密封面上，并且环形密封面随转轮转动时与密封板无缝接触，压力仓中的水不会从环形密封面和密封板之间漏出，因此，压力仓、密封板、环形密封面和水斗组合使压力仓下部形成一个密闭的空间，压力仓中的水只能进入水斗，水斗中的水只有当斗口向下倾斜时才能流出，无法从其他地方流出。在刚开始往压力仓中注水时，转轮的转速较慢，对整个水轮机而言，进水量大于流出量，因此水仓中的水位会逐渐上升。伴随着水位的升高，压力仓中的水对于侧上方水斗的压力增大，使得转轮转速增大，水的流出量也相应增大。直到整个水轮机中，进水量与出水量相等，此时压力仓中的水位恒定，转轮的转速也恒定。对于上述技术方案中的水轮机而言，进出水量、压力仓水位、转轮转速这三者是相互关联的，因此只要根据需求控制进水量，当转轮转动达到稳定状态时，进水量和出水量恒定，则压力仓水位、转轮转速也处于恒定状态，从而整个水轮机的工作便也处于十分稳定的状态，进而使得主轴转动稳定，发电机的输出电力也相应的比普通的水轮发电机组的输出电力更加稳定。

在另一个具体的实施方式中，上述的水轮机还包括内封板，通过内封板，将密封板开口段31的外周与压力仓侧壁22进行密封连接，从而使得压力仓2底部不会渗漏，水只能通过第二开口311进入水斗11。内封板可以包括上内封板41和下内封板42，上内封板41用于连接压力仓侧壁22和密封板开口段的前端313，下内封板42用于连接压力仓侧壁22和密封板开口段后端312。由于密封板需要与环形密封面贴合设置，其外周又要与压力仓侧壁密封连接，实际生产这样的装置对加工精度要求很高，而通过设置内封板，尤其是上内封板和下内封板，即便压力仓的侧壁不与密封板紧贴设置并进行密封连接，也可以通过内封板形成间接的密封连接，降低了对水轮机中各部件加工的精度要求，更适合实际生产运用。

在另一个具体的实施方式中，密封板包括开口段31和闭口段32，开口段31贴设于转轮1侧上方的环形密封面12上，闭口段32贴设于转轮1侧下方的环形密封面12上，开口段的后端312与闭口段的前端321连接，共同构成密封板3。转轮带动水斗转动，当转动至侧下方时，水斗的斗口逐渐向下，水从斗口流出，而闭口段与开口段一样，贴设于环形密封面上，并且，环形密封面转动时与密封板无缝接触，因此水斗中的水被闭口段封存于水斗内，直到该水斗转动至密封面之外，水从斗口流出，该流出量就是整个水轮机中的流出量。将侧下方的水封存，使其到正下方再逐一流出，更有利于平稳地对水的流出量进行控制，从而进一步提高水轮转动的稳定性。

本发明中，开口段的前端和后端是相对的位置，距离压力仓顶部的距离相对更近的一端视作开口段的前端，而相对更远的一端视作开口段的后端。类似的，闭口段的前端和后端也是相对的位置，由于开口段的后端与闭口段的前端连接，因此，距离开口段后端距离更近的一端视为闭口段的前端，距离更远的一端视为闭口段的后端。

进一步地，转轮上还设有加强筋13。在不增加转轮的厚度的情况下，增强了转轮的强度与刚性。

进一步地，上述的水轮机还包括用于支撑压力仓架设于转轮上的支撑件5。支撑件5可以与压力仓的侧壁22连接，与压力仓共同形成一个整体；支撑件也可以与压力仓是各自是两个独立的部件。

在另一个具体的实施方式中，还提供了一种水力发电机组，包括水池6、水塔7、水泵8、增速器、电机以及上述任一种水轮机；水池6上设有出水口61，水轮机设置于水池6上方，水斗11中的水通过出水口61进入水池6；水塔7设置于压力仓进水口21的正上方；水塔的出水口71与压力仓进水口21连通；水泵8用于将水池6中的水输入水塔7中；增速器的一端与水轮机的主轴连接，另一端与电机连接。

在工作时，水泵额定量地将水池中的水输入到水塔中，水从水塔出水口流入压力仓进水口中，推动水轮转动。在刚开始往压力仓中注水时，转轮的转速较慢，对整个水轮机而言，进水量大于流出量，因此压力仓中的水位会逐渐上升。伴随着水位的升高，水仓中的水对于侧上方水斗的压力增大，使得转轮转速增大，水的流出量也相应增大。直到整个水轮机中，进水量与出水量相等，此时的量也即是水泵的输送量，从而，整水力发电机组中的水流量、压力仓的水位、转轮的转数都达到恒定状态。转轮上的主轴与增速器的一端连接，增速器的另一端与电机连接，将转轮的机械能传递给发电机，最终转化为稳定的电能。

此外，热力发电通过燃烧煤炭等不可再生能源转换为电力，由于不可再生能源的不断减少，人们越来越注重开发清洁可再生的能源方式，逐渐减少热发电厂的数量，而本发明的目的，正是要彻底改变现有的能源高消耗发电模式。根据上述水轮机及水力发电机组的工作原理，水轮机带动的发电机功率越大，水塔内的水位越高，所以，只要把热发电厂的高烟筒改造成水塔，就可以将热发电转化为冷发电。例如，将高烟筒改造成直径3-4m的水塔，配置一台扬程100m左右，功率为75kw、90kw或110kw，排水量150-300m³/h的水泵作为动力，水轮直径约2-4m，这样构成的水力发电机组，就可以将热发电转变成冷发电。当水塔内的水位上升到100m左右时，约300t的水压力，在发电机组开始正常发电时，可以尽可能的使用最小的水流量，经过水塔来转化成强大的水压力，再经过水轮机起到的杠杆作用来带动巨大的发电机，从而获取最大的发电量。

实施例一

制作水轮机，转轮的外径为2m，宽度为60cm。将转轮周长等分32格，每格宽度约19.62cm，间隔一格做成水斗，水斗规格为长40cm，宽19.6cm，深20cm，水斗的容积约7.5dm³。水轮机中一共16个水斗，每转一圈的水量为120kg。环形密封面的内径与转轮外径相同。密封板呈半圆形，其内径与环形密封面的外径相同，宽66cm，密封板的开口段上中间开有1m宽40cm的开口。制作一个高2m，长1m，宽66cm的框架(此处的框架相当于压力仓和支撑件的组合)，将密封板安装于框架内，密封连接，并水轮置于框架内，使密封板紧密贴设于环形密封面上。框架顶部开有直径为40cm的进水口。

配置一台排水量120m³/h的水泵，水轮转一圈水量为120kg，则该水泵的水量可以供水轮每分钟转16.66转。

以16.66转/min为参数制作可增速至1500转/min的增速器。将增速器安装至水轮机的主轴上，再连接发动机。

驱动水泵降水注入水塔，转轮逐渐转动，当水泵的排水量与水轮机内的进水量和出水量都相同时，水轮机转速恒定，整个水力发电机组处于稳定状态，发动机稳定发电。

以上对本发明所提供的一种水轮机和水力发电机组进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。