CN101871418B

CN101871418B - 水轮机叶片型发电装置

Info

Publication number: CN101871418B
Application number: CN2009102539504A
Authority: CN
Inventors: 熊野活行
Original assignee: NIPPON SYSTEM PLANNING CO Ltd
Current assignee: NIPPON SYSTEM PLANNING CO Ltd; Japan System Planning Co Ltd
Priority date: 2009-04-23
Filing date: 2009-12-09
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2029-12-09
Also published as: CN101871418A; BRPI0906042A2

Abstract

本发明涉及一种水轮机叶片型发电装置。本发明的课题在于可在前进运动侧，通过旋转体使叶片板更加可靠地立起，另外可在返回运动侧，使叶片板可靠地在旋转体侧倾倒。在旋转体(10)的下方，按照形成流体通路(20)的方式设置流体通路框体(21)，叶片(15)以可旋转的方式设置于旋转体(10)上，流体接纳部(15a)与短于流体接纳部(15a)的止动部(15b)呈L状形成，并且在上述流体接纳部(15a)承受流体通路(20)的流体压力的一侧，止动部(15b)按照维持流体接纳部(15a)的立起的方式设置。在旋转体(10)的外周，按照不妨碍叶片(15)的旋转，包围该旋转体(10)的方式设置叶片通路框体(22)，流体接纳部(15a)由基部的流体接纳部(15a1)与固定于其前端的锤(15a2)构成。

Description

水轮机叶片型发电装置

技术领域

本发明涉及利用比如，河川、海等的水流、海流等，获得水力发电的水轮机叶片型发电装置。

背景技术

作为小型、简便的水力发电用的叶轮，人们提出有螺旋桨型、水轮机型。对于螺旋桨型，因与空气相比较，水的阻力非常大，所以在用于水力发电时，无法获得充分的旋转速度、转矩，该方式是不好的。相对该情况，水轮机型可通过照原样地利用水面附近的水流的方式，容易实现。但是，在将水轮机型设置于水中或海中，因水流、海流而旋转的场合，具有下述这样的问题。

由于在沿与水流等相同的方向旋转的水轮机型的前进运动侧(与流动相同的方向)和返回运动侧(与流动相反的方向)，水流等的阻力作用于构成叶轮的叶片板上，故叶轮难以旋转。于是，人们提出有下述的方式，其中，以可旋转的方式构成形成叶轮的叶片板，在承受水流等的流体压力，沿与流动相同的方向旋转的前进运动侧，叶片板的接受面按照与流动基本相垂直的方式立起，更多地承受流体压力，在叶轮的返回运动侧，将叶片板的接受面倾倒，减少阻力。作为这种水轮机叶片型发电装置，列举有比如，专利文献1和2等。

专利文献1：日本特开2003-307173号文献

专利文献2：日本特开2007-231889号文献

专利文献1采用下述的水轮机，其具有围绕以旋转轴为中心的内筒呈凹状的多个旋转翼(叶片板)，旋转翼仅仅在通过其凹面而接受水流一侧(叶轮的前进运动侧)以规定角打开，在其相反侧(返回运动侧)关闭。另外，按照下述方式形成有浮力式，该方式为：在内筒中施加仅仅支承装置自重的浮力，或沿水流的宽度方向设置多个浮体，通过它们的浮力支承装置整体，旋转翼的顶端稍稍在空中露出。另外，按照水流等的流体压力仅仅作用于水轮机的上方部的方式，在河川、海等的河川底、海底等处设置倾斜板。

专利文献2为下述的方案，其中，叶轮通过上述旋转轴，以可旋转的方式支承于支承部件上，并且通过流体的流动推力，获得使叶轮旋转的动力，该叶轮由旋转轴、与该旋转轴成一体地设置的至少一对旋转圆板和设置于邻接的旋转圆板之间的多个叶片板等构成。另外，按照下述方式构成，该方式为：在旋转圆板之间，沿辐射方向设置1组的多个叶片板，沿周向设置多组叶片板，各叶片板按照可立起倾倒的方式设置于与其邻接的任意一个旋转圆板上，并且在另一旋转圆板上，设置以立起状态卡扣各叶片板的止动部，在1组的多个叶片板立起时，通过这些叶片板，与和其邻接的旋转圆板形成铲斗状的凹部。

象这样，专利文献2的方案按照下述方式构成，该方式为：各叶片板以可立起倾倒的方式安装于与其邻接的旋转圆板上，并且在沿辐射方向设置的1组的多个叶片板立起时，通过这些叶片板和与其邻接的旋转圆板，形成铲斗状的凹部。由此，在各叶片板沿返回方向旋转时，倾倒于旋转圆板侧，减轻流体的阻力。另外，在各叶片板沿与流体的流动基本相同的方向旋转的前进运动侧，可通过旋转圆板，形成铲斗状的凹部，确保流体的流动推力，获得旋转速度、旋转转矩。

发明内容

在专利文献1中，设置倾斜板，流体压力不作用于水轮机的下方侧，但是，在河川、海等中，流体压力不作用于水轮机的下方侧这一点是非常困难的。另外，倾斜板设置于河川、海等的河川底或海底，位置不动。相对该情况，水轮机为浮力形式，伴随水量的增减，上下位置变化，由此，水轮机和倾斜板的上下位置关系变化，这样，流体压力也难以作用于水轮机的下方侧。于是，在专利文献1的方法中，几乎不可能以良好的效率，获得旋转速度、转矩。另外，即使在于返回运动侧，旋转翼倾倒于内筒侧的情况下，仅仅因自然的流动造成的水流等的流体压力，使根据旋转翼和内筒的关系倾倒的旋转翼可靠地立起这一点是困难的。

在专利文献2中，立起的各叶片板在返回运动侧，通过流体压力，容易倾倒于旋转圆板侧。但是，该已倾倒的各叶片板在前进运动侧，与专利文献1相同，仅仅根据自然流动的水流等的流体压力，可靠地使按照叶片板和旋转圆板的关系倾倒的叶片板立起这一点是非常困难的。

本发明的课题在于提供一种水轮机叶片型发电装置，其可在前进运动侧，通过旋转体，使叶片板更加可靠地立起，另外可在返回运动侧，使叶片板可靠地在旋转体侧倾倒。

用于解决上述课题的本发明的技术方案1包括将动力传递给发电机的旋转轴；固定于该旋转轴上的旋转体；设置于该旋转体的外周上，接受流体的流动，使上述旋转体旋转的叶片，其特征在于在上述旋转体的下方，按照形成流体通路的方式设置流体通路框体，上述叶片以可旋转的方式设置于上述旋转体上，流体接纳部、短于该流体接纳部的止动部呈L状形成，并且在上述流体接纳部承受上述流体通路的流体压力的一侧，上述止动部按照维持上述流体接纳部的立起的方式设置，在上述旋转体的外周，按照不妨碍上述叶片的旋转，包围该旋转体的方式设置叶片通路框体，上述流体接纳部按照重量大于上述止动部的方式形成。

用于解决上述课题的本发明的技术方案2涉及技术方案1所述的水轮机叶片型发电装置，其特征在于在上述流体接纳部，在与流体接纳部一侧相反的面侧设置锤。

用于解决上述课题的本发明的技术方案3涉及技术方案1所述的水轮机叶片型发电装置，其特征在于上述流体接纳部由基部的流体部、固定于其前端的锤构成。

用于解决上述课题的本发明的技术方案4涉及技术方案1所述的水轮机叶片型发电装置，其特征在于上述流体接纳部由流体接纳部侧呈R状凹陷的形状形成。

用于解决上述课题的本发明的技术方案5涉及技术方案1所述的水轮机叶片型发电装置，其特征在于上述旋转体的外周呈相对上述叶片的旋转支承轴的部分，流体接纳部的前端所接触的部分的外侧较大的圆弧状。

按照技术方案1～3，通过流体通路，完全进入叶片通路框体的内部的叶片按照下述方式倾倒，该方式为：通过旋转体旋转而产生的叶片流路框体的流体压力和叶片的流体接纳部的重量，流体接纳部与旋转体接触。由此，在叶片的前进运动侧，流体的阻力减轻。在进入流体通路中的叶片中，因流体接纳部的重量，该流体接纳部立起。

按照技术方案4，按照流体接纳部接受较多的水流的方式，流体接纳侧为呈R状凹陷的形状，由此，旋转体顺利地旋转。

按照技术方案5，旋转体的外周按照从支承轴的部分，流体接纳部的前端部所接触的部分的外侧部分的外径较大的方式呈圆弧状。于是，在流体接纳部倾倒(折叠)的状态，流体接纳部的前端位于该前端部所接触的部分的内侧，或从该部分突出的部分减少，这样，可削减旋转体旋转时的水的阻力。

附图说明

图1表示本发明的水轮叶片型发电装置的一个实施方式，左半部为主视图，右半部为沿图2中的D-D线的剖视图；

图2为图1的纵向剖视图；

图3为表示本发明的水轮叶片型发电装置的另一实施方式的主要部分的剖视图。

具体实施方式

通过图1和图2，对本发明的水轮叶片型发电装置的第1实施方式进行说明。在装置框体1内的中间，固定在两侧具有输入轴2a、2a的发电机2。在发电机2的两侧，设置水轮叶片型发电装置3、3。该水轮叶片型发电装置3为下述这样的结构。

外周呈8边形的旋转体10固定于旋转轴11上，旋转轴11经由接头12，与发电机2的输入轴2a连接。旋转轴11经由轴承13，以可旋转的方式支承于支承板14上，支承板14固定于装置框体1的底板上。在旋转体10的外周的叶片安装面10a上，设置有由水流等的流体接纳部15a和止动部15b形成的L状的叶片15，在该叶片15上固定有支承轴16。该支承轴16的两端部以可旋转的方式支承于轴承17上，轴承17固定于叶片安装面10a上。在这里，叶片15按照流体接纳部15a接纳水流等的方式，即，按照沿水流方向A的方式设置。

在旋转体10的下方部，按照形成流体通路20的方式，除了叶片15的旋转部分以外，流体通路框体21固定于装置框体1上。另外，在流体通路20的上方，按照不妨碍叶片15的旋转的方式，包围旋转体10的外周的叶片通路框体22的底端固定于流体通路框体21的顶板21d、21e上。按照流体以良好的势能流入流体通路20的入口部20a的方式，朝向入口部20a的外侧倾斜的上下流体导向板23、24和左右流体导向板25、26固定于装置框体1和流体通路框体21上。在这里，通过流体通路框体21的底板21f、下流体导向板24和装置框体1形成空气室27。由于该空气室27为浮力体，故空气室27适合于装置框体1设置于河川、海等的中间部的场合。显然，在装置框体1设置于河川底部或海底的场合，也可不形成空气室27。

叶片15的流体接纳部15a由基部的流体接纳部15a1与固定于其前端的锤15a2构成。锤15a2的材料只要重于流体接纳部15a1则没有特别的限制。比如，在流体接纳部15a1由不锈钢材料形成的场合，锤15a2采用铅材料。另外，显然，流体接纳部15a的整体也可由重于止动部15b的材料形成。按照流体接纳部15a较多地接纳水流的方式，流体接纳部侧呈R状凹陷的形状。旋转体10的外周按照通过支承轴16的部分10b，流体接纳部15a的前端部所接触的部分的外侧部分10c的外径较大的方式呈圆弧状。于是，在流体接纳部15a倾倒(折叠)的状态，流体接纳部15a的前端位于部分10c的内侧，或从部分10c突出的部分减少，由此，可减少旋转体10旋转时的水的阻力。另外，在旋转体10的止动部15b侧，以支承轴16为中心，以稍大于止动部15b的R，形成圆弧部10d。

下面对作用进行说明。在这里，位于流体通路20的叶片15变为151，该叶片151的后方的叶片15变为152，在图2中，从叶片152左转，依次将叶片通路框体22内的叶片15作为153～158而进行说明。

如果将本装置放置固定于水中或海中的规定位置，则通过上下流体导向板23、24、左右流体导向板25、26，使流速增加，流入流体通路20的入口部20a中。位于流体通路20中的叶片15(151)的流体接纳部15a接收沿箭头A方向流动的流体，叶片151沿箭头B方向旋转，旋转体10沿箭头C方向旋转。如果旋转体10旋转，则旋转轴11的旋转传递给输入轴2a，通过发电机2而发电。

另外，在通过流体通路20，完全进入叶片通路框体22内的叶片15(153、154、155、156、157)中，流体接纳部15a通过旋转体10旋转而产生的叶片流路框体22的流体压力和锤15a2，按照流体接纳部15a与旋转体10接触的方式倾倒。由此，在叶片15的返回运动侧，流体的阻力减小。在进入流体通路20中的叶片15(158)中，通过锤15a2，流体接纳部15a立起。另外，如果在止动部15b侧形成圆弧部10d，则流体难以侵入叶片15(158)的止动部15b的背面，即，圆弧部10d，防止对叶片15(158)的立起造成妨碍的情况。

如果叶片15位于157的位置，则叶片15(157)可旋转。即，叶片15(157)处于不稳定状态，但是，通过锤15a2和叶片通路框体22的流体压力的平衡，叶片15(157)的流体接纳部15a相对叶片安装面10a而上浮。通过锤15a2，流体接纳部15a立起，处于叶片15(158)的状态。

象这样，由于在设置叶片15的旋转体10的下方，形成流体通路20，故在通过流体通路20而进入叶片通路框体22的内部的叶片15中，流体接纳部15a倾倒。即，在叶片15的返回运动侧，阻力减小。另外，从叶片通路框体22的内部，进入流体通路20的叶片15因设置于流体接纳部15a上的锤15a2的重力，向下方垂下，叶片15立起。

由于在叶片15的返回运动侧，流体接纳部15a倾倒，长度较短的止动部15b承受流体压力，流体的阻力减小。在这里，止动部15b只要具有维持流体接纳部15a的立起状态的止动的功能即可，显然，长度最好尽可能地短。

另外，如果在流体通路框体21的下方形成空气室27，由于空气室27为浮力体，故适合于将本装置设置于水中或海中等的中途的场合。另外，如果在流体通路20的入口部20a侧，设置朝向入口部20a向外侧倾斜的流体导向板23、24、25、26，由于沿该流体导向板23、24、25、26，流入流体通路20中的流体的流速增加，故可对叶片15施加较强的流体压力，可以良好的效率使旋转体10旋转。另外，如果水轮机叶片型发电机3(旋转体10、叶片15等)为流体通路20的信息，则进入流体通路20中的尘土等难以进入旋转体10和叶片通路框体22的内部，通过出口20b排出。

另外，在上述各实施方式中，在发电机2的两侧，设置2个水轮机叶片型发电装置3、3，但是，也可为1个水轮机叶片型发电装置3。然而，如果象本实施方式那样，在发电机2的两侧设置2个水轮机叶片型发电装置3、3，由于平衡性良好，故特别是适合于将本装置设置于水中或海中的中途的场合。另外，在上述各实施方式中，旋转体10为8面体，设置8个叶片15，但是，叶片15的数量没有特别限制。

根据图3，对本发明的水轮机叶片型发电装置的另一实施方式进行说明。在上述实施方式中，流体接纳部15a的前端部构成锤15a2。在本实施方式中，在流体接纳部15a中的与流体接纳部侧相反的面侧的前端，固定有锤50。于是，实现与上述实施方式相同的作用。

Claims

1.一种水轮机叶片型发电装置，其包括将动力传递给发电机的旋转轴；固定于该旋转轴上的旋转体；设置于该旋转体的外周上，接受流体的流动，使上述旋转体旋转的叶片，其特征在于在上述旋转体的下方，按照形成流体通路的方式设置流体通路框体，上述叶片以可旋转的方式设置于上述旋转体上，流体接纳部和短于该流体接纳部的止动部呈L状形成，并且在上述流体接纳部承受上述流体通路的流体压力的一侧，上述止动部按照维持上述流体接纳部的立起的方式设置，在上述旋转体的外周，按照不妨碍上述叶片的旋转，包围该旋转体的方式设置叶片通路框体，上述流体接纳部按照重量大于上述止动部的方式形成。

2.根据权利要求1所述的水轮机叶片型发电装置，其特征在于在上述流体接纳部，在与流体接纳部一侧相反的面侧设置锤。

3.根据权利要求1所述的水轮机叶片型发电装置，其特征在于上述流体接纳部由基部的流体接纳部、固定于其前端的锤构成。

4.根据权利要求1所述的水轮机叶片型发电装置，其特征在于上述流体接纳部由流体接纳部侧呈R状凹陷的形状形成。

5.根据权利要求1所述的水轮机叶片型发电装置，其特征在于上述旋转体的外周呈圆弧形状，该圆弧形状为：相对上述叶片的旋转支承轴的部分，流体接纳部的前端所接触的部分的外侧的外径较大。