CN102979659A - 船载式水力发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水力发电装置。具体涉及一种利用水流动能进行发电的船载式水力发电装置。该装置由主承载船、辅承载船、水轮、支架、水轮升降机构、动力传输机构和发电机构成。支架通过支架平台和支架竖杆把主承载船和辅承载船固定在支架下的中间段和两侧。发电机安装在主承载船上。两个水轮分别安装在主承载船两侧，水轮外侧为辅承载船。锚桩，缆绳和多个船载式水力发电装置组成一个水力发电站。与现有技术相比，本发明不需建筑大坝，占地少，建设时间短，投资少。且单机功率较大，工作性能可靠，稳定性好，适应范围更广，能更好地开发利用水力资源。

Description

船载式水力发电装置

技术领域

本发明涉及一种利用水流动能进行发电的船载式水力发电装置。

背景技术

河水在流动过程中含着巨大能量，而传统的水力发电因受其结构和地形等因素制约，只能利用其中的一部分。本发明人曾设计并申报过一项浮筒式水力发电装置的实用新型专利，(申请号：201120261112，4)，该专利只用一个水轮工作，功率较小，适用于流域面积为2000平方公里以下的小流域河流。而现实情况是：由于陆路交通高速发展和各地小水电站的兴建，很多流域面积在5000平方公里，甚至数万平方公里的河流已不再通航，因此，本发明人在浮筒式水力发电装置的基础上，设计了船载式水力发电装置，以解决流域面积较大的河流的水力发电向题。并在设计中改进了浮筒式水力发电装置存在的几个不足或缺陷。如：浮筒式水力发电装置中水轮叶片只有3片，这在河流流速增大，水轮提升起来时，会出现转速不均匀，甚至不能转动的情况。本发明通过将水轮叶片增加至12片的方法，保证了水轮在升降过程中都能可靠地工作。浮筒式水力发电装置的发电机安装在支架平台上，至使该装置的重心过高，容易失稳。且需要搭建防雨设施，以保证发电机安全运行。本发明将发电机安装在支架平台中间的主承载船上，使该装置降低了重心，增加了平稳性。且支架平台可復盖金属板材作为发电机的防雨设施。本发明还采用了两个水轮同时驱动一台发电机的方法，提高了单机发电的功率，使其在装机容量相同的情况下，减少了装置数量，节约了投资，也便于电站的管理。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种在大部分河流里，无需建筑大坝就能发电的装置，这种装置能更充分利用水力资源，满足日益增长的用电需求。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

船载式水力发电装置包括锚桩、缆绳、主承载船、辅承载船、支架、水轮、水轮升降机构、动力传输机构和发电机。

所述的主承载船由一个矩形长方体和两个与其两端相连的三角形方体组成，其矩形长方体的长度应等于或大于水轮直径。

所述的辅承载船的长度与主承载船的长度相同，船体的宽度为主承载船的1/3-1/4。

所述的主承载船与辅承载船的矩形截面积的大小，应以该装置的全部构件组装后，船体至少有一半浮在水面上为准。

所述的水轮由水轮主轴和12片相互夹角为30°的水轮叶片构成。

所述的水轮叶片由水轮纵杆、水轮横杆、水轮支杆和金属板材构成。

所述的水轮纵杆由一段直线或一段直线与一段弧线的组合构成，并等距焊接在水轮主轴上。

所述的水轮横杆的长度与每排水轮纵杆的两端的距离相同，并等距焊接在水轮纵杆上，成为水轮叶片的骨架。面积相同金属板材焊接在骨架上，成为水轮叶片。

所述的水轮主轴两端留有安装皮带轮1和控制板拉杆1的位置。

所述的水轮拉杆的数量与水轮纵杆的数量相同，其一端与水轮纵杆末端相连接，另一端与另一根水轮纵杆靠水轮主轴约水轮纵杆长度的1/4处相连接。

所述的支架由支架平台、梯子、支架斜杆、支架主梁、支架下梁、支架前斜梁、支架后斜梁、支架前横杆、支架后横杆、小支架和支架竖杆构成。

所述的支架平台为3根长横梁和多根短纵梁焊接成的长方形体，上方设有围栏。

所述的支架主梁共3根，长度与主承载船的长度相同，其前端与支架前斜梁的上端及支架前横杆相连接；支架主梁后端与支架后斜梁的上端相连接，并有一段竖起高度与小支架高度相同的角钢，其上端与支架后横杆相连接，可在相应的位置上安装水轮升降控制板。

所述的支架下梁共3根，其长度与支架平台的宽度相同。其前、后端均分别与支架前斜梁的下端、支架后斜梁的下端相连接。其中，支架两侧的支架下梁的前、后端还分别与同一侧的前、后支架竖杆1的下端相连接。中间段的支架下梁通过两根短竖杆与主承载船的底部中线相连接。或者将中间段的外侧支架竖杆2从平面框架向下增加一段与主承载船高度相同的长度，再以长度与主承载船宽度相同的角钢将其下端按前、后排分别连接，支架下梁的短竖杆在角钢的中线下与角钢相连接。(如说明书附图3所示。)

所述的支架平台的两端与同一侧的支架主梁、支架斜杆、支架前斜梁、支架下梁、支架后斜梁应在同一垂直面上，并与中间段及另一侧的相同构件平行。

所述的支架平台的前、后长横梁下方连接3组，共16根支架竖杆。其中，一组8根均为长度略大于水轮直径的支架竖杆2，安装在支架平台的中间段。另外两组各4根，安装在支架平台的两端。

所述的支架平台中间段的支架竖杆2分前、后两排，每排4根，从支架平台的中线向两侧安装。每排支架竖杆2的宽度与主承载船的宽度相同。中间的支架竖杆2的相互距离较大，其与外侧的支架竖杆之间的距离较小。在后排的内侧支架竖杆2与其相邻的外侧支架竖杆之间，等距焊接着角钢作为支架的梯子。

所述的支架平台中间段的支架竖杆2的下端，以角钢连接成一个平面框架，角钢上留有孔位，把主承载船固定在平面框架下。发电机安装在平面框架内的主承载船上。

所述的支架平台两端的4个直角下安装的支架竖杆，是长度略大于水轮直径1，5倍的水轮竖杆1。在与安装于内侧的支架竖杆2长度相同的位置上与支架主梁相连接，并以长度跟辅承载船的宽度相同的角钢与支架竖杆2相连接。角钢上留有孔位，把辅承载船固定在紧靠支架竖杆1的位置上。后排的支架竖杆1和相邻的支架竖杆2之间等距焊接角钢，作为支架的梯子。

所述的小支架共4个，其高度与支架主梁后端竖起的角钢高度相同，均安装在前排支架竖杆2的下端前。其具体位置是：支架平台的两端靠支架竖杆1一侧各一个；中间段外侧支架竖杆2前，靠平台框架中线一侧各一个。

所述的水轮升降机构由水轮升降控制板、控制板拉杆1、控制板拉杆2和控制板拉杆3构成。其中，水轮升降控制板的宽度可大于辅承载船的宽度，但安装时其外侧不得超出支架的外侧。其入水深度等于或者略大于水轮的最大入水深度，但不得超过支架下梁。

所述的水轮升降控制板由控制板插销孔、控制板斜杆、控制板弯杆、控制板横杆、控制板前支杆、控制板转轴、控制板后与支杆和金属板材构成。

所述的控制板弯杆共3根，其形状由一段直线或者一段直线和一段弧线组合构成。每个水轮升降控制板的控制板弯杆均平行布置，且弧线段在下，弯曲方向相同。其外侧两根控制板弯杆的距离为水轮升降控制板的宽度。长度与其直线段和弧线段长度相同，宽度也相同的金属板材焊接在控制板弯杆上。

所述的控制板前支杆的长度与控制板弯杆的两端的直线距离相同，并焊接在水轮升降控制板两侧的控制板弯上。

所述的控制板后支杆与控制板前支杆平行，一端焊接在水轮升降控制板中间一根控制板弯杆的直线段和弧线段连接的凸起处，另一端焊接在控制板斜杆中间一根的中部。

所述的控制板斜杆共3根，下端分别与控制板弯杆的直线段一端相连接，上端合在一起，并设有插销孔。

所述的控制板横杆的长度可大于辅承载船的宽度，并等距焊接在控制板弯杆上。其中，最上面的一根两端加长，作为控制板转轴。

所述的控制板拉杆3的两端分别与控制板斜杆上端和控制板拉杆2的上端以插销相连接。

所述的轴1上安装控制板拉杆2、皮带轮3、皮带轮2和控制板拉杆1。其中，皮带轮3和皮带轮2固接后套装在轴1上；控制板拉杆1，控制板拉杆2与轴1均为花链连接。

所述的控制板拉杆1的下端和皮带轮1安装在水轮主轴上，其中，水轮主轴与控制板拉杆1为套接，与皮带轮1为固接。

所述的控制板拉杆1的安装角度为水平向下45°，控制板拉杆2的安装角度为水平向上45°。

所述的控制板拉杆2与控制板斜杆平行，并处在同一水平线上。

所述的动力传输机构由皮带轮1、皮带1、皮带轮2、皮带轮3、皮带2、皮带轮4、传动轴、万向联轴节、增速齿轮组、皮带轮5、皮带3、皮带轮6构成。其中，皮带轮4与传动轴、传动轴与万向联轴节、万向联轴节与增速齿轮组的动力输入轴、皮带轮5与增速齿轮组的动力输出轴，皮带轮6与发电机轴为固接。

所述的传动轴在进入支架平台中间段时，通过两个为一组的万向联轴节，将动力传输至增速齿轮组。

所述的水轮升降机构和动力传输机构中的万向联轴节之前的传动部分在水轮两侧各设一套。

所述的船载式水力发电装置还可以使用4个或6个水轮同时驱动同一台发电机，或通过缆绳连接，在河流一定距离内安装多个船载式水力发电装置，组成较大规模的水力发电站。

与现有技术相比，本发明有受地形制约小，占地少，无淹没搬迁问题，能工厂化生产，现场组装后就能投入运行的特点。与浮筒式水力发电装置相比，其单机功率高，稳定性好，工作性能更可靠，适应范围更广，能更好地开发利用水力资源。

附图说明：

图1为本发明一种实施方式的结构示意图。

图2为该装置结构的截面图。

图3为支架(7)的结构示意图。

图4为水轮(6)的结构示意图。

图5为小支架(9)上安装有关部件的结构示意图。(侧视)

图6为小支架(9)上安装有关部件的结构示意图。(正视)

图7为水轮升降控制板(8)的结构示意图。

图8为主承载船(4)的侧视图。

图9为主承载船(4)的底部视图。

图10为辅承载船(5)的侧视图。

图11为辅承载船(5)的底部视图。

图12为船载式水力发电站的结构示意图。

图中标号为：1、锚桩，2、缆绳，3、船载式水力发电装置，4、主承载船，5、辅承载船，6、水轮，7、支架，8、水轮升降控制板，9、小支架，10、控制板拉杆1，11、控制板拉杆2，12、控制板拉杆3，13、传动轴，14、万向联轴节，15、增速齿轮组，16、发电机，17、支架平台，18、梯子，19、支架斜杆，20、支架主梁，21、支架下梁，22、支架前斜梁，23、支架后斜梁，24、支架前横杆，25、支架后斜梁，26、支架竖杆1，27、支架竖杆2，28、水轮主轴，29、水轮叶片，30、水轮横杆，31、水轮纵杆，32、水轮拉杆，33、轴承座1，34、轴承座2，35、轴1，36、皮带轮1，37、皮带轮2，38、皮带1，39、皮带轮3，40、皮带2，41、皮带轮4，42、皮带轮5，43、皮带3，44、皮带轮6，45、控制板插销孔，46、控制板斜杆，47、控制板弯杆，48、控制板横杆，49、控制板前支杆，50、控制板转轴，51、控制板后支杆。

具体实施方式：

图1所示的实施方式中，本发明船载式水力发电装置(3)包括：主承载船(4)、辅承载船(5)、水轮(6)、支架(7)、水轮升降机构、动力传输机构和发电机(16)。其中，主承载船(4)为一个由矩形长方体及与其两端相连接的三角形方体构成的船形壳体。其矩形长方体体积为6000mm×2000mm×600mm，三角形长方体的体积为：2000mm×500mm×600mm/2。辅承载船(5)的矩形长方体体积为：6000mm×500mm×600mm，三角形方体体积为：500mm×500mm×600mm/2。

水轮(6)由水轮主轴(28)和12片相互夹角为30°的水轮叶片(29)构成。其中，水轮叶片(29)的水轮纵杆(31)由一段长度为3000mm的角钢制成，水轮纵杆(31)可以是一段直线，也可以是一段直线和一段弧线的组合。每排水轮纵杆(31)的一端以约600mm的宽度等距焊接在水轮主轴(28)上。每排水轮纵杆(31)的宽度为4700mm。

水轮横杆(30)的长度为4700mm，并以500mm的宽度等距焊接在同一排水轮纵杆(31)上，构成水轮叶片(29)的骨架。面积为3000mm×4700mm的金属板材焊接其上而成为水轮叶片(29)

水轮拉杆(32)的数量与水轮纵杆(31)相同，其一端焊接在水轮纵杆(31)的末端，另一端焊接在另一排水轮纵杆(31)距水轮主轴(28)的500mm～800mm处。

水轮主轴(28)的长度为5000mm，两端各留有150mm空位。

支架(7)由支架平台(17)、梯子(8)、支架斜杆(19)、支架主梁(20)、支架下梁(21)、支架前斜梁(22)、支架后斜梁(23)、支架前横杆(24)、支架后横杆(25)、支架竖杆1(26)、支架竖杆2(27)和小支架(9)构成。

支架平台(17)由3根长度为14000mm的长横梁和多根长度为1800mm的短纵梁作成的长方形体，其上方设有围栏。

支架主梁(20)共3根，长度为7000mm。其前端与支架前斜梁(22)的上端相连接，并与长度为14000mm的支架前横杆(24)相连接。其后端与支架后斜梁(23)的上端相连接，并有一竖起高度为500mm的角钢，角钢上端与长度为14000mm的支架后横杆(25)相连接，用于安装水轮升降控制板(8)。

支架下梁(21)共3根，长度为1800mm，其前、后端均分别与支架前斜梁(22)的下端、支架后斜梁(23)的下端相连接。其中，支架(7)两侧的支架下梁(21)的前、后端还分别与同一侧的前、后支架竖杆1(26)的下端相连接。中间段的支架下梁(21)的两端通过两根短竖杆与主承载船(4)的底部于其中线处相连接。或者将中间段的外侧支架竖杆2(27)从平面框架向下加长600mm，再以长度为2000mm的角钢将其下端按前、后排分别连接，支架下梁(21)的短竖杆在角钢的中线下与角钢相连接。

支架平台(17)的两端与同一侧的支架主梁(20)、支架斜杆(19)、支架前斜梁(22)、支架后斜梁(23)、支架下梁(21)在同一垂直面上，并与另一侧及中间的相同构件平行。

支架平台(17)的前、后长横梁下方连接3组，共16根支架竖杆。其中，1组8根，长度均为6100mm的支架竖杆2(27)，安装在支架平台(17)的中间段。另两组各4根，分别安装在支架平台(17)的两端。

支架平台(17)中间段的支架竖杆2(27)分前、后两排，每排各4根，从支架平台的中线向两侧安装。每排支架竖杆2(27)的首末两根的间距为2000mm，中间两根支架竖杆2(27)的间距为1200mm。在后排的两内、外支架竖杆2(27)之间，等距焊接角钢作为支架(7)的梯子(8)。

支架平台(17)中间段的支架竖杆2(27)的下端以角钢连接成一个平面框架，并设有孔位，把主承载船(4)固定在平面框架下。支架主梁(20)安装在平面框架的中线上。发电机(16)安装在平面框架内的主承载船(4)上。

支架平台(17)两端的4个直角下安装的是长度为9200mm的支架竖杆1(26)，距其500mm的内侧安装支架竖杆2(27)。

支架竖杆1(26)在支架平台(17)向下6100mm处与支架主梁(20)相连接，并以长度为500mm的角钢与支架竖杆2(27)相连接。角钢上留有孔位，把辅承载船(5)固定在紧靠支架竖杆1(26)的位置上。

4个小支架(9)的高度为500mm，均安装在支架平台(17)两侧的前排支架竖杆2(27)的下端前，其具体位置是：支架平台(17)两端靠支架竖杆1(26)一侧各一个。支架平台(17)中间段的前排两根外侧支架竖杆2(27)前，靠平面框架中线一侧各一个。

后排的支架竖杆1(26)和支架竖杆2(27)之间，等距焊接角钢作为支架(7)的梯子(8)。

水轮升降机构由水轮升降控制板(8)、控制板拉杆1(10)、控制板拉杆2(11)、和控制板拉杆3(12)构成。其中，水轮升降控制板(8)宽度为800mm。安装时，其外侧不得超出支架(7)的两端。入水深度等于或略大于水轮(6)的最大入水深度，但不得超过支架下梁(21)。

水轮升降控制板(8)由控制板插销孔(45)、控制板斜杆(46)、控制板弯杆(47)、控制板横杆(48)、控制板前支杆(49)、控制板转轴(50)和控制板后支杆(51)构成。

控制板弯杆(47)3根，其形状由一段直线与一段弧线的组合构成。每个水轮升降控制板(8)的控制板弯杆(47)的弧线段在下，弯曲方向相同。两侧的控制板弯杆的距离为800mm。

长度与控制板弯杆(47)的直线段和弧线段长度相同的金属板材焊接在控制板弯杆(47)上。

控制板前支杆(49)的长度与控制板弯杆(47)的两端的直线距离相同，并焊接在水轮升降控制板(8)两侧的控制板弯杆(47)上。

控制板后支杆(51)与控制板前支杆(48)平行，一端焊接在水轮升降控制板(8)中间一根控制板弯杆(47)的直线段与弧线段连接的凸起处，另一端焊接在控制板斜杆(46)中间一根的中部。

控制板斜杆(46)共3根，下端分别与控制板弯杆(47)的直线段一端相连接，上端合在一起，并设有控制板插销孔(45)。

控制板横杆(48)的长度为800mm，等距焊接在控制板弯杆(47)上。其中，最上面一根两端各加长50mm，作为控制板转轴(50)。

控制板拉杆3(12)的两端分别与控制板斜杆(46)的上端和控制板拉杆2(11)的上端以插销相连接。轴1(35)上安装控制板拉杆2(11)、皮带轮3(39)、皮带轮2(37)和控制板拉杆1(10)。其中、皮带轮3(39)和皮带轮2(37)固接后套装在轴1(35)上。控制板拉杆2(11)、控制板拉杆1(10)与轴1(35)为花链连接。

控制板拉杆1(10)的安装角度为水平向下45°，控制板拉杆2(11)的安装角度为水平向上45，并与控制板斜杆(46)平行并处在同一水平线上。

动力传输机构由皮带轮1(36)、皮带轮2(37)、皮带1(38)、皮带轮3(39)、皮带2(40)、皮带轮4(41)、传动轴(13)、万向联轴节(14)、增速齿轮组(15)、皮带轮5(42)、皮带3(43)、皮带轮6(44)构成。其中，皮带轮4(41)与传动轴(13)、传动轴(13)与万向联轴节(14)、万向联轴节(14)与增速齿轮组(15)的动力输入轴。皮带轮5(42)与增速齿轮组(15)的动力输出轴、皮带轮6(44)与发电机(16)轴为固接。

传动轴(13)在进入支架平台(17)中间段时，通过两个为一组的万向联轴节(14)，将动力传至增速齿轮组(15)。水轮升降机构和动力传输机构中的万向联轴节(15)及之前的传动部分在水轮(6)两侧各设一套。

船载式水力发电装置(3)还可以使用4个或6个水轮(6)驱动同一台发电机(16)，或通过缆绳连接，在河流一定距离内安装多个船载式水力发电装置(3)，组成一个较大规模的水力发电站。

与现有技术相比，本发明有受地形制约小，占地少，无淹没搬迁问题，能工厂化生产，现场组装后就能投入运行的特点。跟浮筒式水力发电装置相比，其单机功率较大，稳定性好，工作性能更可靠，适应范围更广，能更为有效地开发利用水力资源。

Claims (10)

1.一种船载式水力发电装置，由包括锚桩(1)、缆绳(2)、主承载船(4)、辅承载船(5)、水轮(6)、支架(7)、水轮升降机构、动力传输机构和发电机(16)构成，其特征在于：所述的主承载船(4)两侧各安装一个水轮(6)，水轮(6)外侧安装辅承载船(5)；支架(7)把主承载船(4)和辅承载船(5)连成一个整体；水轮(6)通过动力传输机构驱动主承载船(4)上的发电机(16)进行工作。

2.根据权利要求1所述的水轮(6)，其特征在于：所述的水轮(6)由包括水轮主轴(28)及与其相连接的12片相互夹角为30°的水轮叶片(29)构成。

3.根据权利要求2所述的水轮(6)，其特征在于：所述的水轮叶片(29)的水轮纵杆(31)由一段直线或一段直线与一段弧线的组合构成；等距焊接在水轮主轴(28)上的水轮纵杆(31)与等距焊接在水轮纵杆(31)上的水轮横杆(30)构成水轮叶片(29)的骨架上，焊接着面积相同的金属板材。

4.根据权利要求1所述的支架(7)，其特1征在于：所述的支架平台(17)由3根长横梁和多根短纵梁构成，其两端和中间段的前，后长横梁下，安装16根支架竖杆；其中，中间段安装8根为长度略大于水轮(6)直径的支架竖杆2(27)，前后每排4根，且每排的宽度与主承载船(4)的宽度相同；支架平台(17)两端各安装4根支架竖杆。

5.根据权利要求4所述的支架平台(17)中间段安装的支架竖杆2(27)，其特征在于：所述的前，后排支架竖杆2(27)以支架平台(17)的中线向两侧安装，其下端以角钢连接成一个平面框架，在其中线上安装支架主梁(20)；角钢上留有孔位，把主承载船(4)固定在平面框架下，发电机安装在平面框架内的主承载船(4)上。

6.根据权利要求4所述的支架平台(17)中间段安装的支架竖杆2(27)，其特征在于：所述的安装在支架平台(17)中间段的支架竖杆2(27)，每排内侧的支架竖杆2(27)的间距较大，且后排内侧支架竖杆2(27)与相邻的外侧支架竖杆2(27)之间以等距焊接的角钢作为支架(7)的梯子(8)。

7.根据权利要求4所述的支架平台(17)两端安装的支架竖杆，其特征在于：支架平台(17)两端的4个直角下安装的支架竖杆1(26)的长度略大于水轮(6)直径1，5倍，同一侧的支架竖杆1(26)的下端连接长度与支架平台(17)宽度相同的支架下梁(21)；支架竖杆1(26)的内侧安装支架竖杆2(27)，两者的间距与辅承载船(5)的宽度相同。

8.根据权利要求7所述的支架平台(17)两端安装的支架竖杆，其特征在于：所述的同一侧的支架竖杆1(26)在与支架竖杆2(27)的长度相同的位置上安装支架主梁(20)，并以与辅承载船(5)宽度相同的角钢连接支架竖杆2(27)的下端；角钢上留有孔位，把辅承载船(5)固定在紧靠支架竖杆1(26)的位置上。

9.根据权利要求7所述的支架平台(17)两端安装的支架竖杆，其特征在于：所述的支架平台(17)两端后排安装的支架竖杆1(26)与相邻的支架竖杆2(27)之间以等距焊接的角钢作为支架(7)两端的梯子(8)。

10.根据权利要求4所述的支架(7)，其特征在于：在前排支架竖杆2(27)的下端前安装着4个小支架(9)，其具体位置是：支架平台(17)的两端靠支架竖杆1(26)一侧各一个；中间段外侧支架竖杆2(26)前，靠平台框架中线一侧各一个。

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