CN101109355A - 一种趸船水轮机发电设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发电设备，特别公开了一种趸船水轮机发电设备。该趸船水轮机发电设备，包括趸船平台、趸船平台内的轮桨式水轮机、水轮机一侧的发电机以及与发电机连接的变速器，其特殊之处在于：所述趸船平台上固定有位于水轮机外围、可以将水轮机提起、放下的桥式升降机；升降机支架用拉杆固定于趸船平台之上；支架中轴线与水轮机轴心线垂直，支架内侧对应设置水平凹槽轨道，水轮机主轴装有将水轮机轴双向卡紧的凸型轮盘，升降机支架的顶端为电动绞盘。本发明利用江河自由水的落差，把水能转换为机械能，再把机械能转换为发电、抽水或其他能，具有适用范围广、能耗小的优点。

Description

一种趸船水轮机发电设备

(一)技术领域

本发明涉及一种发电设备，特别涉及一种趸船水轮机发电设备。

(二)背景技术

我国河流众多，既有大江大河，也有中等河流，而它们也有丰水期和枯水期，目前利用水资源，一般为筑坝蓄水发电，水资源利用空间较小；而且，发电设备固定，无法根据行洪泄洪需要而随时转移。根据这些情况，申请人于2006年2月16日申请了一发明名称为“一种水轮机发电抽水设备”，专利号为2006200810156的实用新型专利，该专利转移较为方便，但是，由于水轮机不能脱离水面，也就不能安装、不能修理或更换、不能做远距离行进。同时也存在水轮机功率利用率低、不利于对低水位的水能利用的缺点。

(三)发明内容

本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种可以充分利用水资源、适用范围广的趸船水轮机发电设备。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种趸船水轮机发电设备，包括趸船平台、趸船平台内的轮桨式水轮机、水轮机一侧的发电机以及与发电机连接的变速器，其特殊之处在于：所述趸船平台上固定有位于水轮机外围、可以将水轮机提起、放下的桥式升降机。

本发明的趸船水轮机发电设备，升降机支架用拉杆固定于趸船平台之上；支架中轴线与水轮机轴心线垂直，支架内侧对应设置水平凹槽轨道，水轮机主轴装有将水轮机轴双向卡紧的凸型轮盘，升降机支架的顶端为电动绞盘。

本发明的趸船水轮机发电设备，在趸船平台内侧设有由栅板组成的导流槽，栅板镶在船体内侧的勾槽内，为上下可调的活动板块；栅板的底端与水轮机入水叶桨垂直线的顶端持平或低于叶桨的顶端。

本发明的趸船水轮机发电设备，所述趸船平台后部设有调整趸船吃水深度、使船体上下浮动的进排水调压仓。所述趸船平台上设有对水轮机、发电机、流速调节器、调压仓实施监视、控制的监控室。

所述水轮机主轴的中央位置固定有连接升降机支架的竖支撑架以及连接过桥的横支撑架。

在趸船船头一侧设有可开合的流速流量调节器。水轮机叶扇的弧度为13°-15°。

本发明的趸船水轮机的特点及该项发明的意义：

1.设备构造设计的独特性。趸船水轮机以江河自由水为发电动力。受落差和流量这两个因素的影响，江河自由水蕴藏着巨大的能量，流速每秒1.5-3m以上，每M²断面的压强(冲力)可达几百至上千千克力，形成3-10kw的电能。这种巨大的能源，在此之前一直没有被认识、被利用。趸船水轮机为江河水能的利用提供了优越的技术方案，这一发现和发明，打破了以往筑坝蓄水发电的局限，拓宽了水资源的利用空间，开创了河流水能连续利用的先河。

2.设备使用的广阔性。本设备既可在大江大河中使用，也可在中等河流中使用；既可在落差大、水位高的河道中使用，也可在流速1m/s以上、水深2m以上的低水头、低水位中使用。本设备双机型(两部轮桨发电机)年发电量可达200万千瓦以上，多机型(一拖十)年发电量可达1500-2000万千瓦。由于趸船水轮机可纵排横排，随机组合，可实现水能充分的、连续的利用，在河流中获取巨额的能源，取得规模效益。具备一定的流速流量，在1000M²河道，年发电量可达8-10亿kw/h，同样，在几十公里的河段上，发电量可达千亿千瓦。我国有流域面积在1000平方公里的河流1500多条，其中有数万公里河流河段适应本设备，可开发形成的能源数十万亿千瓦，能量不可估量。在能源短缺的今天，开发使用该项设备技术，对改变我国的能源结构，增加能源供应，有着重要意义。同时，对我国今后国民经济再翻几番的能源供应，也有着长远的意义。

3.再生性和环保性。水能资源有重复再生，永不枯竭的特点。趸船水轮机用河流水能发电，是可再生能源。同时，水能在转换为电能的过程中不发生化学变化，不排出有害物质，对环境没有污染，因而是清洁环保能源。与水库电站比，趸船水轮机发电，不存在淹没损失、人文、生态破坏、移民安置等问题，是典型的环保型项目。

总之，本发明利用江河自由水的落差，把水能转换为机械能，再把机械能转换为发电、抽水或其他能，具有适用范围广、能耗小的优点。

(四)附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中桥式升降机的结构示意图。

图中，1流速流量调节器，2导流槽，3监控室，4桥式升降机，5轮桨式水轮机，6护栏，7调压仓，8发电机，9变速器，10河流，11趸船平台，12锚机，13过桥，14拉杆，15升降机支架，16水轮机主轴，17电动绞盘，18竖支撑架，19横支撑架，20水轮机叶扇。

(五)具体实施方式

附图为本发明的一种具体实施例。如图1所示，该实施例包括用锚机12固定在河流10上的趸船平台11、趸船平台11内的轮桨式水轮机5、水轮机5一侧的发电机8以及与发电机8连接的变速器9，趸船平台11上固定有位于水轮机5外围、可以将水轮机5提起、放下的桥式升降机4。在趸船平台11船头内侧设有由栅板组成的导流槽2，栅板镶在船体内侧的勾槽内，为上下可调的活动板块；栅板的底端与水轮机5入水叶桨垂直线的顶端持平或低于叶桨的顶端；在趸船船头一侧设有可开合的流速流量调节器1；趸船平台11后部设有调整趸船吃水深度、使船体上下浮动的进排水调压仓7；趸船平台11前部设有对水轮机、发电机、流速调节器、调压仓实施监视、控制的监控室3。

如图2所示，升降机支架15用拉杆14固定于趸船平台11之上；支架15中轴线与水轮机5轴心线垂直，支架15内侧对应设置水平凹槽轨道，水轮机主轴16装有将水轮机轴双向卡紧的凸型轮盘，升降机支架15的顶端为电动绞盘17；水轮机主轴16的中央位置固定有连接升降机支架15的竖支撑架18以及连接过桥13的横支撑架19，过桥13上固定有护栏6；水轮机叶扇20的弧度为13°-15°最为合适。

下面详细介绍该产品的主要部位及其作用特点：

A.趸船平台。本构造采用双子趸船式浮动工作平台，将水轮机、发电机、升降机、监控室等设备置于工作平台之上，用锚锭将趸船固定在河道上，用水轮机带动发电机发电(图1)。这种趸船式平台的特点是：(1)、趸船平台可随河流水位的涨落而升降，适应了江河水位的变化，使水轮机在丰水期及丰、枯水过渡期以至枯水期均能不间断地工作。(2)、该构造为双机型或多机型(两部或多部发电机组)双子趸船，减轻了横摇和纵摇，增强了工作平台的稳定性。(3)、在水轮机做功区前，船体呈55°-60°角的斜面，这样，有利于增加水轮机进水面的流量、流速并使水位抬高，进而增强对水能的利用，提高水轮机的工作效率。(4)、趸船平台具有浮动和移动的特点，有利于水域、水况的选择，遇特大洪水，如行洪泄洪需要可随时转移。(5)、由于趸船平台可移动，因此在空间上可变换组合。根据水域条件和实际需要，趸船水轮机可横向排列和纵向梯次排列。横向排列时，其排数要根据可利用河流水面的狭宽而定，两船之间应留有过水通道，以满足后排机组对河水流量和流速的需求，同时避免因左右排列过密引起碰撞。纵向排列时，前后趸船采取悬挂式，前后船的结合部留有上下浮动和左右摆动的余地，防止因重力和冲力不同使船体硬性扭曲。趸船纵排的数量根据锚机锚索和趸船的牵引能力而定。

B.扇型轮桨式水轮机。水轮机由轮轴、叶柄、叶扇组成。叶扇在水流的推动下，周而复始转动并带动轴轮进行方向转动，经过变速达到发电机所需的转速，使之做功发电。(1)、叶扇片数取决于叶浆的长度，叶桨长5米以下，一般植7-9片叶，叶扇的长度取决于特定水域河水深度。(2)、叶桨应有一定弧度，以减轻叶扇入水时击水、出水时兜水，减少水轮机旋转阻力，加大出力。叶扇的弧度取决于轮轴距水面的高度，弧度一般在13°-15°为宜。(3)、叶扇的宽度根据可利用水面的狭宽和人的需要及轮轴的承载能力来定。叶桨扇面根据需要可做成足够大的巨幅扇面，从而产生巨大的推力。叶扇加宽，能增加发电机出力，同时也会增加主轴的负荷。如需加宽桨叶，可将叶扇一分为二，中间留有缺口，在上下垂直、前后平行的方向，用支撑杆将主轴固定在升降机的桥梁上和主轴前后的过桥上，这样既能使叶扇加宽，又能使主轴加固。

C.导流槽。在趸船平台内侧设有由栅板组成的导流槽，在水轮机工作面和做功区形成过水水槽，防止和减少水轮机两侧跑水，以加大水轮机做功区的流量和流速。(1)、栅板镶在船体内侧的勾槽内，为上下可调的活动板块，栅板入水深度根据需要可以调整，不需要时(流速过快、趸船远距离行进、趸船修理等)可将栅板抽出。(2)、栅板的底端与水轮机入水叶桨垂直线的顶端持平或低于叶桨的顶端。(3)、栅板正面(面向水轮机)平整光洁，排列紧密，以减少摩擦和跑水，栅板背面留有安装及调整作业口，可用机械或人工装入抽出。

D.流速流量调节器。在趸船船头一侧设有可开合的流速流量调节器，调节水轮机工作面的流量和流速，使水轮机在丰水期和丰枯水过渡期均速转动，在时间上和空间上最大限度地利用水能。(1)、调节器开启的角度与船体斜面的角度一致。(2)、调节器挡水板的构造与导流槽栅板的构造与操作大致相同。(3)、调节器采用液压装置、电脑控制开合，不用时合于船体外侧。

E.桥式升降机(图2)。桥式升降机用于水轮机的起降。升降机支架置于趸船平台之上，用拉杆固定。支架中轴线与水轮机轴心线垂直，支架内侧对应设置水平凹槽轨道，水轮机主轴装有凸型轮盘，将水轮机轴双向卡紧，用电动绞盘将水轮机提起、放下。

桥式升降机作用有二：第一，升降作用。趸船在远距离行进、趸船或水轮机修理时，可甩掉负荷，脱离卡位，将水轮机提起脱离水面；工作需要时将水轮机放下到位，固定后负荷运转。第二，对超宽型水轮机的升降及加固作用。对加宽型水轮机，通过与升降机桥梁、前后过桥三点加固，使水轮机主轴不作上下前后摆动，提高承载能力，防止机械疲劳，延长水轮机工作寿命，增加安全系数。

F.调压仓。双子趸船设进排水调压船仓。通过水的注入排出，调整趸船吃水深度，使船体上下浮动，升浮幅度应在1米以上。河流水位足够深时，向调压仓注水，加大水轮机吃水深度，增大水轮机的推力。水位较浅时，将水排出，使船体抬升，防止叶桨接触河床，有利于在丰枯水过渡期以及枯水期对低水位的水能利用。由于船头多有负载，为保持船体平衡，调压仓一般后置为宜。

G.监控室。用现代监控手段，对水轮机、发电机、流速调节器、调压仓实施监视、控制。

H.趸船用锚机、锚索、锚锭固定。锚索于水面处设有浮筒、锚锭楔入河床一定深度。

I.发电机、变速器、水泵、输出输入电缆等设备。发电机、变速器采用先进的并与水轮机相匹配的机电产品。水泵用于调压仓的进排水及工作平台清洁。输入电缆用于发电机励磁机、升降机、水泵及照明用电；输出电缆用于外线连接及并网。

Claims (8)

1.一种趸船水轮机发电设备，包括趸船平台(11)、趸船平台(11)内的轮桨式水轮机(5)、水轮机(5)一侧的发电机(8)以及与发电机(8)连接的变速器(9)，其特征在于：所述趸船平台(11)上固定有位于水轮机(5)外围、可以将水轮机(5)提起、放下的桥式升降机(4)。

2.根据权利要求1所述的趸船水轮机发电设备，其特征在于：升降机支架(15)用拉杆(14)固定于趸船平台(11)之上；支架(15)中轴线与水轮机(5)轴心线垂直，支架(15)内侧对应设置水平凹槽轨道，水轮机主轴(16)装有将水轮机轴双向卡紧的凸型轮盘，升降机支架(15)的顶端为电动绞盘(17)。

3.根据权利要求1或2所述的趸船水轮机发电设备，其特征在于：在趸船平台(11)内侧设有由栅板组成的导流槽(2)，栅板镶在船体内侧的勾槽内，为上下可调的活动板块；栅板的底端与水轮机(5)入水叶桨垂直线的顶端持平或低于叶桨的顶端。

4.根据权利要求3所述的趸船水轮机发电设备，其特征在于：所述趸船平台(11)后部设有调整趸船吃水深度、使船体上下浮动的进排水调压仓(7)。

5.根据权利要求4所述的趸船水轮机发电设备，其特征在于：所述趸船平台(11)上设有对水轮机、发电机、流速调节器、调压仓实施监视、控制的监控室(3)。

6.根据权利要求2所述的趸船水轮机发电设备，其特征在于：所述水轮机主轴(16)的中央位置固定有连接升降机支架(15)的竖支撑架(18)以及连接过桥(13)的横支撑架(19)。

7.根据权利要求4所述的趸船水轮机发电设备，其特征在于：在趸船船头一侧设有可开合的流速流量调节器(1)。

8.根据权利要求7所述的趸船水轮机发电设备，其特征在于：水轮机叶扇(20)的弧度为13°-15°。

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