名称： 转子水轮机
专利号：202111036589.7
专利人：任建华
项目简介：
转子水轮机
本项目属于新型的全贯流式发电水轮机，用于中低水头。主要有两大优势：
一、实现水电能转换率最大化。变现行的“水轮转子串用一根轴”结构，为“水轮转子套用一段轴”，使水轮转子一体化，将传动轴长度缩短三分之二以上，传动效率达最大化，提高发电量。
二、实现管水重复利用。利用本机和全惯流式的管流冲力延续性，变现行的“一条水管驱动一台发电机”，为“一条水管驱动两台发电机”，提高管水资源利用率，近成倍地提高发电量。
技术难点：制造时对水密封技术要求高。可借鉴船舶动力轮密封技术。
前景： 促进中低水头发电模式的变革，大幅度提高清洁能源水力发电效率。
技术领域
本发明属于水力发电设备制造技术领域。
背景技术
水轮机是水力发电技术的核心部件之一。现行的各种发电水轮机几乎都是外国科技人员发明的，对于全球水电产业发展功不可没。在结构上各种发电水轮机有一个共同特点：水轮机与发电机的连接都是轴向结构，即由一根轴将两机串起来。这种结构有所不足，即轴功率传输效率较低，例如混流式、轴流式、尤其伸长贯流式，总轴长是转子轴长的若干倍，转轮与转子间轴越长，轴功率传输效率就越低，水电能转化率就越低。另外，不少水轮机带有导流机构，有些导流机构还带有活动部件，结构较为复杂，成本较高。为进一步提高效率、降低成本，此尝试转换思路，改变结构，重新组合。
发明内容
转子水轮机。
本发明提供了一种水轮机与发电机连接的径向结构，即水轮机在内、发电机在外，绕轴将两机套起来。它区别于现行各种水轮机与发电机连接的轴向结构，这种径向结构将转轮与转子实现了一体化，一体转动，也将水轮机与发电机实现了一体化，互为组成部分，两机共用一段轴，将轴大幅缩短，将轴功率传输效率提高到极致，显著提高发电效率；并且使整体体积缩小，功率密度提高，省去导流机构及活动部件，成本降低。导流机构具有控制功能，本机不用导流机构，而通过尾闸与头闸的结合来控制管流流量和流速，进而控制转轮转速，可调峰运行。
由于两机一体，“转子水轮机”又称为“一体水轮发电机”。也由于它的独特结构，与其他管道发电水轮机相比，它结构更加简化，效率更高，成本更低，适用范围更广。
具体实施方式
转子水轮机由转轮、空箱、发电机转子、发电机定子和两个支架组成。
基本步骤：
1、由轴、轴套、若干叶片和转轮壳构成转轮。叶片连接固定轴套与转轮壳。
2、转轮圆周安有空箱，两者铸为一体。空箱是转轮与转子的连接过度部件，能减轻转子中间部分的重量，消减转子磁辐射。
3、空箱圆周安上发电机转子。运行时转子与转轮、空箱一体转动。转子还具有配重作用，能增加转轮的圆周重量，增加运行贯力，提高转矩和转速。
4、转子圆周安上发电机定子，定子与转子之间留有气隙，定子绕组与旋转的转子磁场感生电流。定子固定在基座上。
5、转轮两侧各安上一个支架。支架与转轮通过轴和轴承作活动连接。支架由轴承、轴套、轴头罩、若干枝条和支架壳组成，两个支架壳分别向外扩张。支架壳固定在基座上，起固定和支撑水轮机的作用。
6、两个支架壳连接两边的压力管道。由于转轮截面积小于两边的管道截面积，此处流道成为中间小两边大的缩扩形，管流流经转轮时，先收缩再扩散，收缩能增加转轮内水压压强，扩散能增加转轮内水流流速，产生一个吸抽水头，能提高转轮转速。这是利用“流体缩扩增压增速”的原理。不过这种缩扩方式也存在一个不足，即容易产生气蚀。为消减气蚀，管内需要保持绝对压强大于气化压强。