CN102182609B - 一种水流发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水流发电装置，它包括支架、水轮和由水轮驱动的变速器和发电机，所述支架至少有一个，且该支架包括上支架和下支架，上支架与下支架之间位于水轮的进水端固定连接有尖角状的整流体A，上支架与下支架之间固定有至少两个逆向转动的水轮，且相邻水轮的叶片相互交错排列，各水轮的相同端分别连接有能相互啮合的同步齿轮，发电机通过变速器与水轮轴、同步齿轮和水轮相连。在同步齿轮的作用下，使各水轮可以同时逆向转动，且不会出现相邻水轮的叶片相互碰撞和干扰的情况，各个水轮的扭矩力也均能传递给发电机用于发电，既可以提高水能的利用率，还可以提高发电效率，且整个发电装置结构简单，设计制造成本低，安装方便，可以广泛适用于各种水流。

Description

一种水流发电装置

技术领域

本发明涉及一种发电装置，尤其是一种水流发电装置。 

背景技术

中国的水能资源丰富，优先发展水电已成为我国能源发展的重要方针。在一个相当长的时期内，中国水利资源开发潜力巨大。传统的水利发电方式为：坝式水电站、引水式水电站和坝－引水混合式水电站。这几种方式均需建坝、蓄水，投资大，见效慢，甚至需要大规模移民。这就是现有技术所存在的不足之处。 

发明内容

本发明要解决的技术问题，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种不需要建坝、蓄水，投资少，见效快，大小流量的河水、洋流、平流水、垂直流水均可适用的水流发电装置，该装置能有效地利用水能进行发电，且发电效率较高。 

本方案是通过如下技术措施来实现的：该水流发电装置包括支架、水轮及由水轮驱动的变速器和发电机，通过变速器来改变和调整水轮传递给发电机的转速，以满足发电机发电的工作需要。所述支架至少有一个，且该支架包括上支架和下支架，变速器和发电机位于上支架上方，上支架与下支架之间固定有至少两个逆向转动的水轮，且相邻水轮的叶片相互交错排列，各水轮的相同端分别固定安装有能相互啮合的同步齿轮，所述上支架与下支架之间位于水轮的进水端固定连接有尖角状的整流体A。 

上述水轮的叶片中，其能量转换面为内凹曲面，这样使叶片能够截取利用更多的流水，并使顺水方向转动的能量转换面产生的扭矩力大于逆水方向转动面（能量转换面的背面）产生的阻力，从而使水轮两侧顺水方向和逆水方向的叶片端产生压力差，从而保证两个水轮能正常的逆向转动。 

上述上支架与下支架之间位于水轮的出水端固定连接有流线型的整流体B，整流体B既可以有效地支撑上支架与下支架；还能有效地防止水流在水轮的出水端形成旋涡，旋涡一方面增大了水轮转动的阻力，使整个发电装置不稳定，另一方面会使聚集在旋涡区域的污物被叶片旋入水轮，影响水轮的作业效率，从而导致整个装置的发电效率降低。 

上述尖角状的整流体A沿其轴线对称的两侧边为直线或内凹的弧线，整流体A尖角端轴线部位的正面水流在该结构的整流体A的作用下改变方向，使改向水流和整流体A两侧的正面水流斜向冲击各自方向的水轮叶片的能量转换面（内凹曲面），有效地提高了水流对水轮叶片的冲击力，使水轮的顺水端与逆水端之间的压力差增大，从而使两水轮能克服阻力逆向转动，产生扭矩力，并通过水轮轴和变速器将扭矩力传递给发电机进行发电，有效地提高了发电效率。 

上述尖角状的整流体A的底边为内凹弧线或由两段沿其轴线对称、并内凹的弧线组成，其中两段内凹弧线分别与两个水轮对应。这种形状的整流体A为水轮转动留出转动空间，以防整流体A的底端会增大水轮转动的阻力，而导致整个发电装置的发电效率降低。 

根据不同的工作需要，可以在上述其中一个水轮的水轮轴输出端连接有变速器和发电机，这样两个水轮的扭矩力通过两个相互啮合的同步齿轮均能传递给变速器，再通过变速器传递给发电机，用于发电，其发电效率较高；也可以在两个水轮的水轮轴输出端分别连接有变速器和发电机，这样两个水轮的扭矩力分别通过水轮轴传递给相应的变速器，再通过变速器传递给相应的发电机用于发电，水能的利用率和发电效率均较高。 

该装置中沿垂直方向设置有两个或两个以上的支架，发电机固定于最上层支架中的上支架上方，使整个发电装置可以沿垂直方向延伸，从而能够更有效地利用水能，成倍地提高了水轮的扭矩力和发电效率。 

该装置中沿水平方向设置有两个或两个以上的支架，发电机固定于各支架中的上支架上方，使整个发电装置可以根据需要沿水平方向延伸，从而沿水平方向形成发电排阵，有效地提高了水能的利用率和发电效率。 

上述流线型的整流体B的底边为内凹弧线或由两段沿其轴线对称、并内凹的弧线组成，其中的两段弧线分别与两个水轮对应。这种形状的整流体B为水轮转动留出足够的转动空间，以防整流体B的底端会增大水轮转动的阻力，而导致整个发电装置的发电效率降低。 

上述上支架、整流体A和下支架上设置有同心的定位孔，安装时，定位桩依次穿过上支架、整流体A和下支架上的定位孔，从而将整个发电装置串接在一起，定位桩的底端打入河床中，将整个发电装置定位固定。 

为了达到更好的定位固定效果，在上述上支架、整流体B和下支架上设置有同心的定位孔，定位桩依次穿过上支架、整流体B和下支架上的定位孔，从而将整个发电装置串接在一起，定位桩的底端打入河床中，将整个发电装置固定。 

本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，该水流发电装置中，至少设置有一个支架，且该支架包括上支架和下支架，上支架与下支架之间位于水轮的进水端固定连接有尖角状的整流体A，整流体A、上支架和下支架形成安装框架，用于固定安装水轮，并能使整个发电装置稳定的漂浮在水中或者通过牵引固定件牢固的固定在水中。变速器和发电机位于上支架上方，上支架与下支架之间固定有至少两个逆向转动的水轮，且相邻水轮的叶片相互交错排列，各水轮的相同端分别固定安装有能相互啮合的同步齿轮，发电机通过变速器及水轮轴与同步齿轮和水轮相连。由于相邻水轮的叶片初始状态是交错排列的，有效的缩小了水轮叶片逆水方向转动的迎流面积和阻力，增大了水轮顺水方向和逆水方向的压力差，且在同步齿轮的作用下，使各个水轮可以同时逆向转动，且不会出现相邻两水轮的叶片相互碰撞和干扰的情况，使各个水轮可以同时独立的工作，这样，各个水轮同时工作，且各个水轮的扭矩力也均能传递给发电机用于发电，既可以提高水能的利用率，还可以提高发电效率，且整个发电装置结构简单，设计制造成本低，安装方便，可以广泛适用于各种水流（如溪流、江河、洋流和潮汐等），既可以使其漂浮作业，也可将装置底部固定于河(海)床，使发电装置在水上工作，也可全水下安装作业。由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。 

附图说明

图1为本发明具体实施方式的主视结构示意图。 

图2为图1中A-A向的剖视示意图。 

图3为本发明沿垂直方向延伸使用的结构示意图。 

图中，1为上支架，2为同步齿轮，3为发电机，4为变速器，5为水轮轴，6为整流体B，7为水轮，8为下支架，9为整流体A，10为水轮，11为同步齿轮，12为水轮轴，13为定位孔，14为定位孔。 

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本方案进行阐述。 

一种水流发电装置，如图1和图2所示，它包括支架、水轮7、水轮10和由水轮7和水轮10驱动的变速器4和发电机3，所述支架至少有一个，且该支架包括上支架1和下支架8，变速器4和发电机3位于上支架1上方。上支架1与下支架8之间位于水轮7和水轮10的进水端固定连接有尖角状的整流体A9，上支架1与下支架8之间位于水轮7和水轮10的出水端固定连接有流线型的整流体B6，整流体A9的轴线、整流体B6的轴线与水轮7和水轮10圆心连线的中垂线共线，上支架1、下支架8、整流体A9和整流体B6组成固定安装框架，通过上支架1和下支架8将水轮轴5和水轮轴12固定定位，从而保证水轮7和水轮10稳定的工作。 

上支架1与下支架8之间固定有至少两个逆向转动的水轮：水轮7和水轮10，水轮7和水轮10的各叶片中的能量转换面（即顺水方向转动的叶片中的迎水面）为内凹曲面，且相邻的水轮7和水轮10的叶片相互交错排列，水轮7和水轮10的相同端分别固定安装有能相互啮合的同步齿轮2和同步齿轮11，发电机3通过变速器4、水轮轴5和水轮轴12与同步齿轮2、同步齿轮11、水轮7和水轮10相连，发电机3的设置方式可以采用两种形式：（一）水轮轴5或水轮轴12的输出端连接有变速器4和发电机3；（二）水轮轴5和水轮轴12的输出端分别连接有变速器4和发电机3。 

其中，尖角状的整流体A9沿其轴线对称的两侧边为直线或内凹的弧线，其底边为内凹弧线或由两段沿其轴线对称、并内凹的弧线组成。整流体A9尖角端的轴线部位的正面水流在整流体A9的两侧边的作用下改变方向，改向水流和整流体A9两侧的正面水流沿倾斜方向冲击水轮7和水轮10的叶片的内凹曲面的底部，通过整流体A9的两侧边及水轮7和水轮10的内凹曲面叶片结构，可以有效地提高水流对水轮7和水轮10的叶片的冲击力，以提高水能的利用率和发电效率；整流体B6呈流线型，且其底边为内凹弧线或由两段沿其轴线对称、并内凹的弧线组成。 

为了更好的固定整个发电装置，在水轮7和水轮10的进水端：上支架1、整流体A9和下支架8上设置有同心的定位孔13；在水轮7和水轮10的出水端：上支架1、整流体B6和下支架8上设置有同心的定位孔14。这种结构形式可以实现沿垂直方向，一根定位桩依次穿过各上支架1、整流体A9和下支架8上的定位孔13，另一根定位桩依次穿过上支架1、整流体B6和下支架8上的定位孔14，两定位桩的下端打入河床中，从而将沿垂直方向设置的一组或多组发电装置串接在一起并牢固的定位。两定位桩的上端可以通过牵引绳与位于发电装置上游的固定桩连接，从而可以将整个发电装置更好的定位固定。 

整个发电装置可以根据需要沿垂直方向和水平方向延伸，形成梳网状的发电网阵，以最大限度地利用水能进行发电，并在发电网阵的上游通过水下固定桩和锚链固定有牵引网架，发电网阵通过牵引绳与牵引网架相连，牵引网架还可以对发电网阵上游的大型漂浮物进行拦截。发电网阵具体可以采用如下方式实现：（一）垂直方向：如图3所示，沿垂直方向设置有两个或两个以上的支架，变速器4和发电机3固定于最上层支架中的上支架1的上方，水轮轴5和水轮轴12沿垂直方向延伸至最下层的支架中，使水轮7和水轮10的扭矩力可以同时通过水轮轴5、水轮轴12传递给变速器4，再通过变速器4传递给发电机3；（二）水平方向：在平流或水面斜度较小的水流中，沿水平方向设置有两个或两个以上的支架，变速器4和发电机3固定于各支架中的上支架1的上方，从而在水平方向形成多个并列的发电装置，以最大限度地截取水流能，利用水流进行发电。 

本发电装置可以采用如下三种安装方式：（一）漂浮作业：在水下设置固定桩，通过牵引绳将本发电装置与固定桩相连，使本发电装置漂浮作业，此时，变速器4和发电机3漂浮在水面以上，整流体A和整流体B可以采用空心结构或轻体材料（如泡沫）制成，以使本发电装置能更好的实现稳定漂浮作业；（二）沉底安装：将本发电装置底部固定于河(海)床，变速器4和发电机3在水上工作。此时，整流体A和整流体B可以采用实心结构或空心结构内灌注重体材料（如沙子等），以增加整个装置的稳定性；（三）全水下安装作业，此时，防水技术可以采用现有技术实现，在此不再赘述。 

本发电装置可以应用在多种场合：（一）在平流或水面斜度较小的水流，此时可以采用上述任意一种固定安装方式；（二）对于垂直水流（如瀑布）和水面斜度较大的水流，采用将本发电装置的底部固定安装于平水流以上的侧壁上，上部用牵引索牵引固定，使装置保持与水流方向垂直；（三）对于深度较大的水流（如洋流），可采用全水下安装使用。 

本发明并不仅限于上述具体实施方式，本领域普通技术人员在本发明的实质范围内做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。 

Claims (12)

1.一种水流发电装置，它包括支架、水轮及由水轮驱动的变速器和发电机，其特征是：所述支架至少有一个，且该支架包括上支架和下支架，变速器和发电机位于上支架上方，上支架与下支架之间固定有至少两个逆向转动的水轮，且相邻水轮的叶片相互交错排列，各水轮的相同端分别固定安装有能相互啮合的同步齿轮，所述上支架与下支架之间位于水轮的进水端固定连接有尖角状的整流体A。

2.根据权利要求1所述的水流发电装置，其特征是：所述水轮的叶片中，其能量转换面为内凹曲面。

3.根据权利要求1所述的水流发电装置，其特征是：所述上支架与下支架之间位于水轮的出水端固定连接有流线型的整流体B。

4.根据权利要求1、2或3所述的水流发电装置，其特征是：所述尖角状的整流体A沿其轴线对称的两侧边为直线或内凹的弧线。

5.根据权利要求4所述的水流发电装置，其特征是：所述尖角状的整流体A的底边为内凹弧线或由两段沿其轴线对称、并内凹的弧线组成。

6.根据权利要求1、2或3所述的水流发电装置，其特征是：其中一个水轮的水轮轴输出端连接有变速器和发电机。

7.根据权利要求1、2或3所述的水流发电装置，其特征是：两个水轮的水轮轴输出端分别连接有变速器和发电机。

8.根据权利要求1、2或3所述的水流发电装置，其特征是：沿垂直方向设置有两个或两个以上的支架，发电机固定于最上层支架中的上支架上方。

9.根据权利要求1、2或3所述的水流发电装置，其特征是：沿水平方向设置有两个或两个以上的支架，发电机固定于各支架中的上支架上方。

10.根据权利要求3所述的水流发电装置，其特征是：所述流线型的整流体B的底边为内凹弧线或由两段沿其轴线对称、并内凹的弧线组成。

11.根据权利要求1、2或3所述的水流发电装置，其特征是：所述上支架、整流体A和下支架上设置有同心的定位孔。

12.根据权利要求3所述的水流发电装置，其特征是：所述上支架、整流体B和下支架上设置有同心的定位孔。

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