新型筑坝锥筒式垂直轴平涡轮水力发电站的制作方法

本发明涉及水利装备，特别是新型筑坝锥筒式垂直轴平涡轮水力发电站。

背景技术：

1、把风能水能转化为机械能的设备多种多样，转化都是以风力水力推动对涡轮旋转面有一定安装角的叶片而产生的。也就是风和流动的水直接推动叶片产生旋转动力。唯有三叶风机是二次转化，即先靠风吹让叶片转起来，再靠叶片转动的速度产生一个大于风速并切割风使机翼型叶片产生升力，从而形成涡轮周向推力，所以三叶风机很在意叶尖速与风速之比“λ”值。然而，在三叶风力机风能利用效率上专家贝兹给出了一个极限风能利用系数cp(β、λ)值是0.593，从现有三叶风机的风能利用率实际看，在最好的情况下都没有超过0.474。大多都在0.42以下，要达到0.5都难，更别说0.593。这关键应是涡轮总体的设计运行理念，叶片参数的选择上，虽然追求大扫风面、长叶片(长力臂)，但叶片间的空档的风能都逃逸了，从长期的动力转换机械的转换效率上证实，汽轮机燃气轮机的整个设计制造运行都是十分成功和可靠的。这些涡轮都是在高温高压(气流速度极快)的环境中运行的，都是密集的叶片满布涡轮盘面，谨防流体逸漏，高能流体都是在直冲涡轮平面没有额外阻挡，所以流体能截获效率很高，观察白鹤滩新型水涡轮，确实也是密置叶片涡轮，但没有选择轴流，水是以斜角式切入平涡轮，是古往今来传统造纸、水磨、水碾等水轮机给水方式的延伸和改进，并没有用现代数学、物理学概念进行升格，而且是带有阻挡型前置设施的，这是值得探讨的。同时叶片采用类船型推进器叶片，从形状上看，加工并不简单。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种新型筑坝锥筒式垂直轴平涡轮水力发电站，大幅度提高涡轮流体能的使用效率和流体资源利用率，使风力、风力发电技术和产业有实质性的重大突破。

2、本发明的目的是这样实现的：一种新型筑坝锥筒式垂直轴平涡轮水力发电站，包括将流体能转换为机械能的基础机构，将流体能转换为机械能的基础机构结构为：轮毂帽、锥帽座、轮毂主壳体和轮毂底盘固定装接成完整的轮毂，轮毂的横截面呈圆环形，锥帽座设置在轮毂主壳体上端，轮毂底盘设置在轮毂主壳体下端，锥帽座顶面为向下倾斜的圆锥面，涡轮主轴以竖直从轮毂底盘轴向中心部位穿至轮毂内的方式与轮毂相互固定配装，在轮毂内安设有叶片分度盘、齿盘压具、滚压轮、锥齿轮、齿盘、齿轮、轴承和步进自锁电机，步进自锁电机安装在轮毂底盘上，步进自锁电机竖立固定且其具有动力输出轴的端面朝上设置，在动力输出轴上固定套装有齿轮，齿盘总体呈环形的状态环绕涡轮主轴位于轮毂内的内置涡轮轴段继而形成贯穿其中心的通孔，齿盘的环状体底部设置有均环绕内置涡轮轴段的第一齿圈和第二齿圈，第一齿圈沿周向环绕第二齿圈设置，第二齿圈沿周向环绕内置涡轮轴段设置，第一齿圈由沿周向环绕第二齿圈连续均布的外斜齿构成，第二齿圈由沿周向环绕涡轮主轴位于轮毂内的轴段连续均布的内直齿构成，齿盘与防护盖板能共同围绕内置涡轮轴段自转，叶片分度盘呈环状设置且固装在轮毂主壳体内周面上，叶片分度盘沿周向均布贯穿开设有第三轴孔，轮毂主壳体周壁沿周向均布贯穿开设有第二轴孔，在第三轴孔内安装有轴承，沿周向均布的主动叶片轴经第三轴孔沿径向穿过叶片分度盘设置且经第二轴孔穿过轮毂主壳体设置，轴承套装在位于第三轴孔内的轴段上，主动叶片轴的内端在轮毂内从叶片分度盘内周面伸出且其外端伸出至轮毂之外，主动叶片轴相应以经第三轴孔径向穿过叶片分度盘的方式沿周向均布，主动叶片轴的内端设置有锥齿轮，齿盘通过第一齿圈装载在叶片轴的内端上，第一齿圈的外斜齿与锥齿轮相互啮合，内直齿与齿轮相互啮合，主动叶片轴的外端固接有叶片座，所有叶片座以围绕轮毂周向均布设置且分别固接叶片，叶片在其自身宽度方向上的中心且总体朝叶片轮毂的径向延伸，叶片的中心线位于叶片在垂直于轮毂径向的方向上的中心并沿着叶片的长度延伸，叶片总体呈圆柱面状，环形钢带沿自身周向贯穿开设有围绕轮毂环向均布的第一穿轴孔，叶片轴从叶片根端伸出的一端固接叶片座，叶片轴从叶片头端伸出的另一端经第一穿轴孔穿过环形钢带并以自转的方式与环形钢带配装在一起，环形钢带相应以环绕叶片和轮毂的方式通过叶片轴穿接环形钢带，环形钢带通过拉索固接涡轮主轴从锥帽座顶部伸出的轴段上，叶片头端固装有叶片挡板，叶片挡板垂直于与叶片外凸曲面最底部相切的平面，叶片挡板与叶片内凹曲面无缝接触配合；

3、在坝体内设置有发电室、支承层板和竖立设置的倒锥形流水通道，支承层板将发电室和倒锥形流水通道封隔开来，倒锥形流水通道位于发电室的下方，在发电室内安装有发电机，坝体的迎水面位于支承层板下方且最接近支承层板的部分开设有连通倒锥形流水通道的进水口，在进水口上固装有总体呈圆锥面状的锥形防护网，在进水口内安装有水闸，在倒锥形流水通道内下端安设有传动轴的主轴段、轴套架、将流体能转换为机械能的基础机构、导流罩和底座，底座固装在倒锥形流水通道底面上，底座上端设置有呈半球状的下限位凹槽，轮毂的底端设置有呈半球状的上限位凹槽，在由上限位凹槽和下限位凹槽对合而成的球形空腔内限位安装有可与球形空腔内壁面滑动配合的钢球，机械能的基础机构结构通过球形空腔和钢球座装在底座上，涡轮主轴从轮毂帽伸出的一端同轴固接传动轴的下端，导流罩呈圆锥状，固定套装在涡轮主轴从锥帽座顶部伸出的轴段上并密封罩住轮毂帽，导流罩前端的圆锥尖端相应固定在涡轮主轴从锥帽座顶部伸出的轴段上，导流罩后端的筒口固装在轮毂顶端并固定罩住轮毂帽，传动轴经支承层板穿至发电室的上端同轴固接发电机的动力输入轴，在传动轴位于倒锥形流水通道内的轴段上套装有轴套和上防水密封环，在涡轮主轴的上端轴段上套装有下防水密封环，上防水密封环动密封配装于轴套的上端管口与传动轴之间的环形间隙，下防水密封环动密封配装于轴套的下端管口与涡轮主轴的上端轴段之间的环形间隙，轴套通过轴套架固接倒锥形流水通道的内壁面，坝体的背水面位于倒锥形流水通道底面上方且最接近倒锥形流水通道底面的部分开设有连通倒锥形流水通道的出水口。

技术特征：

1.一种新型筑坝锥筒式垂直轴平涡轮水力发电站，其特征在于：包括将流体能转换为机械能的基础机构，将流体能转换为机械能的基础机构结构为：轮毂帽、锥帽座、轮毂主壳体和轮毂底盘固定装接成完整的轮毂，轮毂的横截面呈圆环形，锥帽座设置在轮毂主壳体上端，轮毂底盘设置在轮毂主壳体下端，锥帽座顶面为向下倾斜的圆锥面，涡轮主轴以竖直从轮毂底盘轴向中心部位穿至轮毂内的方式与轮毂相互固定配装，在轮毂内安设有叶片分度盘、齿盘压具、滚压轮、锥齿轮、齿盘、齿轮、轴承和步进自锁电机，步进自锁电机安装在轮毂底盘上，步进自锁电机竖立固定且其具有动力输出轴的端面朝上设置，在动力输出轴上固定套装有齿轮，齿盘总体呈环形的状态环绕涡轮主轴位于轮毂内的内置涡轮轴段继而形成贯穿其中心的通孔，齿盘的环状体底部设置有均环绕内置涡轮轴段的第一齿圈和第二齿圈，第一齿圈沿周向环绕第二齿圈设置，第二齿圈沿周向环绕内置涡轮轴段设置，第一齿圈由沿周向环绕第二齿圈连续均布的外斜齿构成，第二齿圈由沿周向环绕涡轮主轴位于轮毂内的轴段连续均布的内直齿构成，齿盘与防护盖板能共同围绕内置涡轮轴段自转，叶片分度盘呈环状设置且固装在轮毂主壳体内周面上，叶片分度盘沿周向均布贯穿开设有第三轴孔，轮毂主壳体周壁沿周向均布贯穿开设有第二轴孔，在第三轴孔内安装有轴承，沿周向均布的主动叶片轴经第三轴孔沿径向穿过叶片分度盘设置且经第二轴孔穿过轮毂主壳体设置，轴承套装在位于第三轴孔内的轴段上，主动叶片轴的内端在轮毂内从叶片分度盘内周面伸出且其外端伸出至轮毂之外，主动叶片轴相应以经第三轴孔径向穿过叶片分度盘的方式沿周向均布，主动叶片轴的内端设置有锥齿轮，齿盘通过第一齿圈装载在叶片轴的内端上，第一齿圈的外斜齿与锥齿轮相互啮合，内直齿与齿轮相互啮合，主动叶片轴的外端固接有叶片座，所有叶片座以围绕轮毂周向均布设置且分别固接叶片，叶片在其自身宽度方向上的中心且总体朝叶片轮毂的径向延伸，叶片的中心线位于叶片在垂直于轮毂径向的方向上的中心并沿着叶片的长度延伸，叶片总体呈圆柱面状，环形钢带沿自身周向贯穿开设有围绕轮毂环向均布的第一穿轴孔，叶片轴从叶片根端伸出的一端固接叶片座，叶片轴从叶片头端伸出的另一端经第一穿轴孔穿过环形钢带并以自转的方式与环形钢带配装在一起，环形钢带相应以环绕叶片和轮毂的方式通过叶片轴穿接环形钢带，环形钢带通过拉索固接涡轮主轴从锥帽座顶部伸出的轴段上，叶片头端固装有叶片挡板，叶片挡板垂直于与叶片外凸曲面最底部相切的平面，叶片挡板与叶片内凹曲面无缝接触配合；在坝体内设置有发电室、支承层板和竖立设置的倒锥形流水通道，支承层板将发电室和倒锥形流水通道封隔开来，倒锥形流水通道位于发电室的下方，在发电室内安装有发电机，坝体的迎水面位于支承层板下方且最接近支承层板的部分开设有连通倒锥形流水通道的进水口，在进水口上固装有总体呈圆锥面状的锥形防护网，在进水口内安装有水闸，在倒锥形流水通道内下端安设有传动轴的主轴段、轴套架、将流体能转换为机械能的基础机构、导流罩和底座，底座固装在倒锥形流水通道底面上，底座上端设置有呈半球状的下限位凹槽，轮毂的底端设置有呈半球状的上限位凹槽，在由上限位凹槽和下限位凹槽对合而成的球形空腔内限位安装有可与球形空腔内壁面滑动配合的钢球，机械能的基础机构结构通过球形空腔和钢球座装在底座上，涡轮主轴从轮毂帽伸出的一端同轴固接传动轴的下端，导流罩呈圆锥状，固定套装在涡轮主轴从锥帽座顶部伸出的轴段上并密封罩住轮毂帽，导流罩前端的圆锥尖端相应固定在涡轮主轴从锥帽座顶部伸出的轴段上，导流罩后端的筒口固装在轮毂顶端并固定罩住轮毂帽，传动轴经支承层板穿至发电室的上端同轴固接发电机的动力输入轴，在传动轴位于倒锥形流水通道内的轴段上套装有轴套和上防水密封环，在涡轮主轴的上端轴段上套装有下防水密封环，上防水密封环动密封配装于轴套的上端管口与传动轴之间的环形间隙，下防水密封环动密封配装于轴套的下端管口与涡轮主轴的上端轴段之间的环形间隙，轴套通过轴套架固接倒锥形流水通道的内壁面，坝体的背水面位于倒锥形流水通道底面上方且最接近倒锥形流水通道底面的部分开设有连通倒锥形流水通道的出水口。

2.根据权利要求1所述的新型筑坝锥筒式垂直轴平涡轮水力发电站，其特征是：轮毂底盘贯穿开设有第一轴孔，在第一轴孔上安装有轴套，轴套经第一轴孔穿过轮毂底盘与轮毂底盘固定，轴套固定套装在涡轮主轴上，涡轮主轴经轴套和第一轴孔穿过轮毂底盘通过轴套和第一轴孔固接轮毂底盘。

3.根据权利要求1所述的新型筑坝锥筒式垂直轴平涡轮水力发电站，其特征是：在轮毂内配装有呈圆形的防护盖板，防护盖板中心处贯穿开设有第二穿轴孔，内置涡轮轴段以经第二穿轴孔穿过防护盖板的方式安设，第二穿轴孔的内周面与内置涡轮轴段径向间隙配合，防护盖板其最外边缘的外周面与通孔的内周面相互无缝拼接固定。

4.根据权利要求1所述的新型筑坝锥筒式垂直轴平涡轮水力发电站，其特征是：叶片座均开设有安装孔，螺纹紧固件通过螺纹紧固在安装孔上，相互紧固在一起的安装孔和螺纹紧固件将叶片固装在叶片座上。

5.根据权利要求1所述的新型筑坝锥筒式垂直轴平涡轮水力发电站，其特征是：叶片由实芯叶片或空芯叶片构成，实芯叶片在其所在圆柱体径向上的正投影均呈等腰梯形，实芯叶片的内凹曲面和外凸曲面均呈圆柱面状，实芯叶片的横截面相应呈圆弧线段状，内凹曲面所在圆与外凸曲面所在圆几何中心重合，内凹曲面所在圆半径相应小于外凸曲面所在圆半径，实芯叶片的横截面厚度处处相等，空芯叶片由内凹曲面叶片和外凸曲面叶片构成，内凹曲面叶片和外凸曲面叶片在其所在圆柱体径向上的正投影均呈等腰梯形，凹曲面叶片和外凸曲面叶片均呈圆柱面状，内凹曲面叶片和外凸曲面叶片各自的横截面也均相应呈圆弧线段状，内凹曲面叶片和外凸曲面叶片所在圆半径不相等且几何中心沿叶片所在圆柱体轴相互错开，内凹曲面叶片的对称等长边沿和外凸曲面叶片的对称等腰边沿相互贴合固接，以至内凹曲面叶片和外凸曲面叶片之间形成沿空芯叶片长度方向贯穿叶片的贯穿式空隙，贯穿式空隙横截面呈月牙形，贯穿式空隙横截面的厚度朝着离开其中心线的方向相应对称连续变小，叶片在其所在圆柱体径向上的正投影呈等腰梯形且其垂直于轮毂径向的方向上的宽度朝着离开轮毂的方向从叶片根端至头端连续变大，叶片轴在贯穿式空隙的中心沿叶片长度方向延伸，经贯穿式空隙穿过叶片与叶片配装在一起。

技术总结
本发明涉及新型筑坝锥筒式垂直轴平涡轮水力发电站，在轮毂内安设有叶片分度盘、齿盘压具、滚压轮、锥齿轮、齿盘、齿轮、轴承和步进自锁电机，叶片总体呈圆柱面状，在倒锥形流水通道内下端安设有传动轴的主轴段、轴套架、将流体能转换为机械能的基础机构、导流罩和底座，涡轮主轴从轮毂帽伸出的一端同轴固接传动轴的下端，导流罩呈圆锥状，固定套装在涡轮主轴从锥帽座顶部伸出的轴段上并密封罩住轮毂帽，导流罩前端的圆锥尖端相应固定在涡轮主轴从锥帽座顶部伸出的轴段上，导流罩后端的筒口固装在轮毂顶端并固定罩住轮毂帽。本发明大幅度提高涡轮流体能的使用效率和流体资源利用率，使风力、风力发电技术和产业有实质性的重大突破。

技术研发人员：黄始征
受保护的技术使用者：黄始征
技术研发日：
技术公布日：2024/8/1