一种无轴式水轮发电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及发电机设计制造技术领域，具体说是一种水轮发电机，特别是一种无轴式水轮发电机。
【背景技术】
[0002]水轮发电机是指以水轮机为原动机将水能转化为电能的发电机。水流经过水轮机时，将水能转换成机械能，水轮机的转轴又带动发电机的转子，将机械能转换成电能而输出，水轮发电机是水电站生产电能的主要动力设备。
[0003]现有水轮发电机通常采用水力驱动叶轮，叶轮通过联轴器与发电机连接工作，其结构较为复杂，水力损失大，特别是对于小型水轮发电机，其效率更低。也有采用无轴转子结构发电机的，但其密封性能不能满足需要、水力损失大。
【发明内容】
[0004]本实用新型根据现有技术公开了一种无轴式水轮发电机。本实用新型要解决的问题是将发电机的叶轮、过流管件、转子融为一体，当水流流入无轴式水轮发电机组时，冲击转子上的叶轮直接产生电能，实现更高性能的水力发电需要。
[0005]本实用新型通过以下技术方案实现:
[0006]无轴式水轮发电机，包括发电机的引水管、导叶、外壳和尾水管，外壳入口与引水管连接，外壳出口与尾水管连接，其特征在于:所述发电机由定子和转子构成；
[0007]定子包括环绕设置的电机定子绕组;转子包括圆柱形转动管道、转动管道内布置的水力叶轮、转动管道外壁环绕布置的永磁铁；
[0008]转子的圆柱形转动管道外壁还与固定定子的外壳内壁间隙转动配合。
[0009]所述转动管道外壁与外壳内壁间隙转动配合的上端结合部设置有环绕的两级密封、下端结合部外侧设置有环绕的一级密封、下端结合部内侧设置有环绕的定位轴承。
[0010]所述转子的转动管道外壁有一环形台阶，环形台阶位于上、下端密封之间，台阶下平面通过推力轴承与外壳转动配合。
[0011]本实用新型将所述定位轴承设置在外壳内壁与转动管道外壁相互配合对应的凹槽中。
[0012]所述转动管道内布置的水力叶轮沿管道中心轴线布置有多级。
[0013]所述水力叶轮的叶片有4至8片，并以转动管道中心轴线对称布置。
[0014]所述导叶布置于发电机入口、水力叶轮前端。
[0015]本实用新型主要用于水力发电装备，本实用新型将发电机和叶轮、过流管件融为一体，当水流通过管道约束流入无轴式水轮发电机组时，冲击固定在发电机转子上的叶轮旋转，发电机转子上的永磁铁旋转，切割定子绕组产生电流，它是现有轴流式水轮发电机的替代产品。
[0016]无轴式水轮发电机组可以通过的流体介质为水或海水，管径可在DN20?DN20000mm之间，旋转转速在2?100rpm之间，进入机组流体的压力范围可在0.02?4.6MPa之间。如果增加叶轮级数，可实现对水能的充分转化，效率可达到97%。
[0017]本实用新型有益性:本实用新型能量转化效率高，相对于传统的轴流式发电机，其叶轮都通过轴连接到发电机，其流道转向，效率损失10?40%左右，叶轮座和传动轴也会占据流道面积，增加阻力;本实用新型取消传动轴等机械构件后，流道中除导叶和发电叶轮外无其他构件，故障率降低、维修率低，使用寿命增加;并且传动结构简单，工程制造成本降低30%左右，发电机组装劳动效率提高。本实用新型采用定位轴承和密封将转动管道与外壳及定子结合，其密封和转动性能均更优，安全得到较大提高；同时转动管道通过环形台阶、采用推力轴承与外壳及定子转动配合，在竖着设置的发电机结构中，转子运行效率更高，稳定性进一步提高，能耗更小;定位轴承设置在相互配合对应的凹槽中，限制管道的位移使水轮机运行更稳定。
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型无轴式水轮发电机截面结构示意图。
[0019]图中，I是引水管，2是导叶，3是转动管道，4是推力轴承，5是水力叶轮，6是电机定子绕组，7是永磁铁，8是外壳，9是定位轴承，10是密封，11是尾水管，F是水流方向。
【具体实施方式】
[0020]下面通过实施例对本实用新型进行具体的描述，实施例只用于对本实用新型进行进一步的说明，不能理解为对本实用新型保护范围的限制，本领域的技术人员根据本实用新型的内容作出的一些非本质的改进和调整也属于本实用新型保护的范围。
[0021]结合图1。
[0022]无轴式水轮发电机，包括发电机的引水管1、导叶2、外壳8和尾水管11，外壳8入口与引水管I连接，夕卜壳8出口与尾水管11连接，发电机由定子和转子构成；
[0023]定子包括环绕设置的电机定子绕组6;转子包括圆柱形转动管道3、转动管道3内布置的水力叶轮5、转动管道3外壁环绕布置的永磁铁7;
[0024]转子的圆柱形转动管道外壁还与固定定子的外壳内壁间隙转动配合。
[0025]转动管道3外壁与外壳8内壁间隙转动配合的上端结合部设置有环绕的两级密封
10、下端结合部外侧设置有环绕的一级密封10、下端结合部内侧设置有环绕的定位轴承9。
[0026]转子的转动管道3外壁有一环形台阶，环形台阶位于上、下端密封10之间，台阶下平面通过推力轴承4与外壳8转动配合。
[0027]定位轴承9设置在外壳8内壁与转动管道3外壁相互配合对应的凹槽中。
[0028]转动管道3内布置的水力叶轮5沿管道中心轴线布置有多级。图1中只表示了一级水力叶轮5。水力叶轮5的叶片有4至8片，并以转动管道中心轴线对称布置。
[0029]导叶2布置于发电机入口、水力叶轮5前端。
[0030]如图1所示，图1表示了竖置结构的水轮发电机，与常规的水轮发电机相同，本实用新型结构中包括引水管1、导叶2、外壳8和尾水管11，本实用新型将发电机和叶轮、过流管件融为一体，即将电机定子绕组6布置在固定的外壳8上;将转子的设计为圆柱形转动管道3，在转动管道3内布置水力叶轮5，在转动管道3外壁环绕布置的永磁铁7，水流或其他介质通过导叶2直接驱动水力叶轮5使转动管道3旋转实现发电。
[0031]本实用新型采用定位轴承9和密封10将转动管道3与外壳8及定子结合，如图所示，在入口的上端布置两组环绕的密封10，在出口的下端布置一组环绕的密封10，其密封和转动性能均更优，安全得到较大提高；同时转动管，3通过环形台阶、采用推力轴承4与外壳8及定子转动配合，在竖着设置的发电机结构中，转子运行效率更高，稳定性进一步提高，能耗更小;定位轴承9设置在相互配合对应的凹槽中，限制管道的位移使水轮机运行更稳定。
[0032]本实用新型转动管道3内布置的水力叶轮5沿管道中心轴线布置可以有多级。图1中只表示了一级水力叶轮5。水力叶轮5的叶片有4至8片，并以转动管道中心轴线对称布置。在实际应用中，根据具体的环境及其设计参数设计水力叶轮5级数、叶片数，可以提高发电机效率，可实现对水能的充分转化，最大效率可达到97%。
【主权项】
1.一种无轴式水轮发电机，包括发电机的引水管、导叶、外壳和尾水管，外壳入口与引水管连接，外壳出口与尾水管连接，其特征在于:所述发电机由定子和转子构成； 定子包括环绕设置的电机定子绕组;转子包括圆柱形转动管道、转动管道内布置的水力叶轮、转动管道外壁环绕布置的永磁铁； 转子的圆柱形转动管道外壁还与固定定子的外壳内壁间隙转动配合。2.根据权利要求1所述的无轴式水轮发电机，其特征在于:所述转动管道外壁与外壳内壁间隙转动配合的上端结合部设置有环绕的两级密封、下端结合部外侧设置有环绕的一级密封、下端结合部内侧设置有环绕的定位轴承。3.根据权利要求2所述的无轴式水轮发电机，其特征在于:所述转子的转动管道外壁有一环形台阶，环形台阶位于上、下端密封之间，台阶下平面通过推力轴承与外壳转动配合。4.根据权利要求1或2或3所述的无轴式水轮发电机，其特征在于:所述定位轴承设置在外壳内壁与转动管道外壁相互配合对应的凹槽中。5.根据权利要求4所述的无轴式水轮发电机，其特征在于:所述转动管道内布置的水力叶轮沿管道中心轴线布置有多级。6.根据权利要求4所述的无轴式水轮发电机，其特征在于:所述水力叶轮的叶片有4至8片，并以转动管道中心轴线对称布置。7.根据权利要求4所述的无轴式水轮发电机，其特征在于:所述导叶布置于发电机入口、水力叶轮前端。
【专利摘要】本实用新型公开了一种无轴式水轮发电机。包括引水管、导叶、外壳和尾水管，发电机包括定子及绕组，转子包括圆柱形转动管道、布置的水力叶轮、外壁布置永磁铁；圆柱形转动管道外壁与外壳内壁间隙转动配合，转动管道外壁与外壳内壁有环绕的密封、结合部还设置有定位轴承，转动管道外壁有一环形台阶，台阶下平面通过推力轴承与外壳转动配合。本实用新型采用定位轴承和密封将转动管道与外壳及定子结合，其密封和转动性能均更优，安全得到较大提高；同时转动管道通过环形台阶、采用推力轴承与外壳及定子转动配合，在竖着设置的发电机结构中，转子运行效率更高，稳定性进一步提高，能耗更小；定位轴承设置在相互配合对应的凹槽中使水轮机运行更稳定。
【IPC分类】F03B13/00, H02K7/18
【公开号】CN205231941
【申请号】CN201521080919
【发明人】王靖
【申请人】西华大学
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2015年12月23日