CN1571881B - 水电站及用于水电站的发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于水电站的发电机，所述发电机包括一个定子(22)、一个可旋转地设置的转子(20)、和作用于所述转子(20)使转子旋转的第一叶片(22)。为了使发电机具有较小的体积，定子(22)可旋转地装设，并且所述定子设有第二叶片(24)，其作用于所述定子(22)并使定子(22)在与转子(20)的转向相反的方向上产生旋转。

Description

水电站及用于水电站的发电机
技术领域
本发明涉及一种具有一个定子、一个可旋转地装设的转子、及作用于转子使转子旋转的第一叶片的发电机和一种具有这样的发电机的水电站。
现有的本领域中用于水电站的发电机，如瑞士专利31 69 00号，法国专利1 082 831号，德国专利A1 199 07 180号和美国专利4 289 971号。
此种类型的发电机一般是公知的并用于如水库的水位落差发电站。可以理解，在所有的发电机中，结构尺寸和转速之间存在相互作用。对于同样的输出，转子的转速越高(如冲击式涡轮机)对应的发电机的结构尺寸可能越小，或以其它的方式表达，转子的转速越低(如轴同辐流式涡轮机)，相应的发电机的结构尺寸就越大。
可以理解，在使转子旋转的第一叶片和发电机的转子之间可以设置有一个传动装置，该传动装置使转子高速旋转。这样发电机本身可配置得相对较小。但是，值得注意的是，传动装置降低了设备的效率水平，形成一个潜在的故障根源，并且自然地，传动装置必须要以足够大的力矩来驱动，这样反过来需要相应地大型的装备，如转子叶片或导向叶片。
发明内容
本发明的目的是提供一种发电机，其避免了由于使用传动装置带来的不利因素，而且仍然具有一个小型结构。
按照本发明，所述目的通过将所述定子可旋转地装设在说明书的开头部分所提到的发电机中，且设有作用于所述定子并使所述定子在与转子的转向相反的方向上旋转的第二叶片来实现。
在上述方面，本发明是基于发电机的结构尺寸的标准为转子和定子的相对速度的理解。当发电机具有一个静止的定子，相对速度就只由转子的转速产生。但如果定子是可旋转的，并且相对于转子的转向反向旋转，这两个速度加起来使得两个旋转速度的和生效。因此，对于相同的输出，相应的发电机的尺寸就会减半。
根据本发明的发电机的一个实施方式包括：
第一轴；后机架部，在该后机架部的内部中具有第一旋转接触装置和第二旋转接触装置，通过该第一旋转接触装置支撑第一轴用于旋转，通过该第二旋转接触装置支撑第一轴的另一端用于旋转；可旋转地装设的定子；
可旋转地装设的转子；
多个第一叶片，其安装在第一轴的一端的周围，并具有第一冲角，第一叶片被设置成作用在转子上以使转子在第一旋转方向上旋转；
多个第二叶片，其安装在后机架部的周围，并具有第二冲角，第二叶片被设置成作用在定子上以使定子在与转子的转向相反的方向上旋转；并且
其中，机架具有包括前机架部和用于转子和定子的后机架部的多部件结构，该后机架部是水密的；
转子安装在后机架部的内部中的第一轴上；
定子安装于后机架部的内部中，并安装在后机架部上，位于转子的周围；
在后机架部的内部的外侧以与第一轴同轴的方式安装有第二轴；
在第一轴与后机架部之间安装有密封圈，用于防止流体通过那里侵入到后机架部的内部；并且
第一轴与第二轴由支座经由相应的前水润滑轴承和后水润滑轴承支撑用于旋转。
为了具体说明发电机的简单结构，下面给出了一个本发明优选的实施例，该实施例中第一和/或第二叶片通过一根轴分别作用在转子和定子上。
为了能使发电机在如水等流体介质中工作，必须将发电机安全地设于一个机架内确保防潮。为了使机架的设计结构简单，其具有多部件属性，且定子安装在机架的一个水密性密封部件上，该部件可旋转地装设，且装设在设有第二叶片定子的外侧。这样第二叶片可以带动内部安装有定子的机架进行旋转。
一个第一轴依次可旋转地设置于机架内，第一轴一方面支撑转子，另一方面，在设置于机架外侧的一部分支撑设有第一叶片的另一个机架部分，以产生轴的旋转，从而使发电机的转子旋转。
在本发明一个具体地优选的扩展中，各叶片之间的间隔设置为使水中的动物在其间的危险程度尽可能的最小。这一方面涉及第一和第二叶片彼此之间在圆周方向上的各自的间隔，另一方面涉及第一和第二叶片之间为确保鱼等水中的动物不会同时处于第一和第二叶片下的间隔。
本发明的优选的具体实施方式在所附的权利要求中进行了描述。
附图说明
下面结合附图对本发明进行详细说明：
图1是本发明的发电机的简化的横截面视图；及
图2是当水流经发电机时的压力图表。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
图1示出了设置于一个流道10内的一个发电机。图中所示为水流方向为从左向右的情况。发电机由支座40支撑，图中支座40为流道10的一个组成部件。可以理解，这些支座40与发电机一起等距离地有序设置在一个已有的流道10内。
在这个例子中，流道10呈管状设置，其端部设有凸缘15，通过凸缘15可以将流道10与现有的通道部(图未示)相连。这种设计结构可以在将流道10从其它的通道部分离后在流道10内安装或维修发电机。在流道10中设有支架孔11，以使流道10可以容易地从其它通道部更换或分离。
设于流道10内的发电机主要具有两个机架部分，一个前机架部14和一个后机架部12。在这个例子中，前机架部14呈流线形设置，避免了发电机的上游水流的动态积聚。
后机架部12容置带有转子20和定子22的发电机，并且还容纳有一个将励磁能传递给发电机转子22的励磁机28。
当转子20和定子22之间需要相对运动时，转子20与一个呈转子轴形式的第一轴18可旋转地支撑并安装在后机架部12内。例如，在本例中，通过旋转接触装置30和31作为前后转子安装架来实现安装效果。为了对后机架部12进行密封防水，该装置设有一个密封圈38作为一个独立的密封唇，其在图中以简化形式示出，当然也可以使用任何其他适合的密封形式。
发电机由一个前水润滑轴承34和一个后水润滑轴承36设置在支座40内，该前水润滑轴承34和该后水润滑36均为水冷轴承。前水润滑轴承34和后水润滑轴承36在运转过程中由永久供给的润滑剂，即水，可靠地进行润滑。另外，其它的如油脂或类似物的润滑剂不会危及流经所述装置的水。
这种安装形式允许发电机的转子20和定子22反向旋转。为了提供励磁能和将所产生的电能传递出去，安装在后部的第二轴19和后水润滑轴承36必须是中空轴形式的，以使电缆从滑动环组件26伸入到后机架部12的内部。图中没有示出电缆的布设以免不必要地限制图面的清晰。
发电机的工作模式将在下文中进行描述。流经流道10的水首先撞击到第一叶片16。这些第一叶片16以可产生旋转运动(如顺时针旋转)的冲角通过一个轮毂17与第一轴18连接。在上述方面，轮毂17和叶片16具有这样的尺寸：其能从水中接收大约一半的动能，并将其转换成旋转运动。
水在流道内继续流动，到达设有第二叶片24的后机架部12。在这个例子中，所选择的这些第二叶片24的冲角和第二叶片24的尺寸设计使流入的水流也可使内部固设有发电机定子22的后机架部12旋转运动。在当前的这个例子中，可以假设旋转方向是逆时针。在这种情况下，叶片24再从水中接收大约一半动能，并将其转换成转动能。
当后机架部12和定子一起相对于流道10旋转，前机架部14和转子20一起相对于后机架部12旋转时，励磁能由滑动环组件26经过第二轴19和励磁机28供给发电机的转子20，由发电机的定子22产生的电能依次从发电机通过第二轴19和滑动环组件26送出。
图2是流道10内的水压的特性曲线图。因为第一叶片16和第二叶片24设计成每一个从水中获取大约一半的动能，并且第一叶片16和第二叶片24以较低的速度旋转，所以本发明的发电机对流道10内的鱼的影响与传统的发电机的影响相比较没有那样严重。
具体地，由于传统的发电机只具有一套叶片，其在最好的情况下获取水的所有的动能并将其转化为转动能。因此，当水流经这个阶段时可能具有最大的压力落差。根据本发明的这个例子的发电机，水力落差分成两个阶段，每一个阶段占总量的大约一半，因此，对水中动物群的影响较小。
由于叶片的形状和安装方式，本发明可以省去在传统的发电机内安装的用来产生流入发电机的水流的旋转运动或再次抵消由传统的发电机引起的旋转运动的导向叶片。在此，通过反向旋转第一叶片16和第二叶片24来实现这个功能。因此，对应于第一叶片16的方向，流入的水通过第一叶片16的顺时针的旋转运动所移动。而第二叶片24进行逆时针旋转运动，顺时针的旋转运动因此再次得以补偿，因此从流道10内水的排流基本上是无压状态，并且是直排式的。

Claims (7)

1.一种用于水电站的发电机，所述发电机包括：
—第一轴(18)；
—后机架部(12)，在所述后机架部(12)的内部中具有第一旋转接触装置(30)和第二旋转接触装置(31)，通过所述第一旋转接触装置(30)支撑所述第一轴(18)用于旋转，通过所述第二旋转接触装置(31)支撑所述第一轴(18)的另一端用于旋转；
—可旋转地装设的定子(22)；
—可旋转地装设的转子(20)；
—多个第一叶片(16)，其安装在所述第一轴(18)的一端的周围，并具有第一冲角，所述第一叶片(16)被设置成作用在所述转子(20)上以使所述转子(20)在第一旋转方向上旋转；
—多个第二叶片(24)，其安装在所述后机架部(12)的周围，并具有第二冲角，所述第二叶片(24)被设置成作用在所述定子(22)上以使所述定子(22)在与所述转子(20)的转向相反的方向上旋转；并且
其中，机架具有包括前机架部(14)和用于所述转子(20)和所述定子(22)的所述后机架部(12)的多部件结构，所述后机架部(12)是水密的；
所述转子(20)安装在所述后机架部(12)的内部中的所述第一轴(18)上；
所述定子(22)安装于所述后机架部(12)的内部中，并安装在所述后机架部(12)上，位于所述转子(20)的周围；
在所述后机架部(12)的内部的外侧以与所述第一轴(18)同轴的方式安装有第二轴(19)；
在所述第一轴(18)与所述后机架部(12)之间安装有密封圈(38)，用于防止流体通过那里侵入到所述后机架部(12)的内部；并且
所述第一轴(18)与所述第二轴(19)由支座(40)经由相应的前水润滑轴承(34)和后水润滑轴承(36)支撑用于旋转。
2.如权利要求1所述的发电机，其中，所述第二轴(19)为中空轴，并且所述第二轴(19)由所述后水润滑轴承(36)容置。
3.如权利要求2所述的发电机，其中，所述第二轴(19)构造成用于穿过由位于所述水密的后机架部(12)中的所述转子(20)和所述定子(22)产生的电能的电缆。
4.如权利要求1所述的发电机，其中，用于所述转子(20)的励磁能由滑动环组件(26)经过呈中空轴形式的所述第二轴(19)和励磁机(28)供给发电机的所述转子(20)。
5.如权利要求1所述的发电机，其中，所述第一叶片和所述第二叶片之间的间隔适于使水中的动物在其间的危险程度尽可能的小。
6.一种水电站，其包括：
至少一个如前述权利要求1到5中的一项所述的发电机；
其中，所述发电机安装在流道(10)内，并且在所述流道(10)的进口和/或出口的边缘处，具有用于与其它通道部相连接的凸缘(15)。
7.如权利要求6所述的水电站，其中，在所述流道(10)的预定位置处设置有用于提升装置的支架孔(11)。
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