CN104405560A - 一种平板转叶水力发电装置 - Google Patents

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Abstract

一种平板转叶水力发电装置，属水力发电设备技术领域，包括导流体、左转叶器、右转叶器、左发电机和右发电机。左转叶器和右转叶器结构和工作原理相同，对称安装在导流体的左右两侧。左发电机和右发电机的输入轴分别与左转叶器和右转叶器相连。右转叶器包括主轴、中心齿轮和均匀分布的六个、七个或八个转叶。中心齿轮与叶齿轮的传动比为2∶1。右转叶器的任一臂轴处于主轴正右方横向位置时该转叶的叶片与臂轴共面。该装置会自动调整方向，使导流体头部正对来流方向。水力驱动左转叶器和右转叶器转动带动左发电机和右发电机同时发电。该装置效率较高。可广泛用于江河发电。

Description

一种平板转叶水力发电装置
技术领域
一种平板转叶水力发电装置，属水力发电设备技术领域，尤其涉及一种平板转叶水力发电装置。
背景技术
传统的水力发电装置采用水轮机，叶轮被全部包围，用管道将水引入其中，结构较复杂，不方便分散使用，应专门建蓄水池，建大坝，建水电站，费用高。
发明内容
本发明的目的是克服现有水力发电技术的上述不足，发明一种效率较高的方便分散使用的结构简单的平板转叶水力发电装置。
一种平板转叶水力发电装置，包括导流体、左转叶器、右转叶器、左发电机和右发电机。导流体是一个由底板、顶板、左侧板与右侧板围成的一个左右对称的中空且密封的异形盒体，导流体的底板和顶板水平布置，左侧板和右侧板竖直布置，导流体尾部比导流体头部要尖细些。左转叶器和右转叶器结构和工作原理相同，对称安装在导流体的左右两侧的底板上的弧形缺口处。左发电机靠左固定安装在导流体的底板下方，其输入轴与左转叶器的主轴相连；右发电机靠右固定安装在导流体的底板下方，其输入轴与右转叶器的主轴相连。左发电机和右发电机进行防水处理，它们的防护等级均为IP68。该装置的结构重量和导流体内空大小能确保：将该装置放入水中能沉入水中或浮起，浮起时最多只有顶板露出水面并处于水平位置。如果不能达到要求时，通过在底板下表面适当位置配重的方法解决。该装置的使用场合是水深超过该装置高度的且水流较快的江河中。该装置的安装方式有两种：第一种是采用定位绳挂住的方式，定位绳的一端与底板前端固连，定位绳的另一端在该装置的前方与固定于江河中的物件如桥墩或桩柱相连。第二种是将该装置直接安装在一根固定于江河水底的定位立柱上，通过底板前端的孔与定位立柱相连，该装置能绕定位立柱灵活转摆，能自动将导流体头部朝上游的来流方向，导流体尾部朝下游方向。能沉入水中的该种装置只适合第二种安装方式。
右转叶器的结构为：右转叶器包括主轴、中心齿轮和均匀分布在中心齿轮周围的六个、七个或八个仅叶片的安装角度不同的结构相同的转叶。主轴竖直布置，主轴的中段通过轴承与中心齿轮相连于中心齿轮的中心孔内，主轴在中心齿轮的中心孔内能灵活转动。中心齿轮通过其端头固定安装在导流体的底板上。每个转叶都包括臂轴、叶轴、近心齿轮、臂轴套管、远心齿轮、叶齿轮和叶片。叶片为矩形刚性平板。叶轴与臂轴垂直固连于叶轴的下端，叶轴竖直布置，臂轴水平布置。叶轴的上端通过轴承与叶齿轮相连，叶齿轮能绕叶轴灵活转动。叶齿轮的端头与叶片固连于叶片的下边的正中处。叶轴与叶片在同一竖直平面内。臂轴套管通过轴承套装在臂轴中段周围，臂轴能在臂轴套管内灵活转动。近心齿轮和远心齿轮分别固连于臂轴套管的两端。远心齿轮与叶齿轮啮合，其传动比为6∶1。主轴的上端与所有转叶的臂轴垂直固连。所有转叶的近心齿轮都与中心齿轮啮合，中心齿轮与近心齿轮的传动比为1∶3。中心齿轮、近心齿轮、远心齿轮和叶齿轮均采用伞齿轮。组装右转叶器时，确保其任一转叶的臂轴处于其主轴正右方横向位置时该转叶的叶片与该臂轴处于同一横向竖直平面内，此时该转叶的叶片与该臂轴的夹角为0°。
左转叶器的转叶的个数与右转叶器的转叶的个数相同。组装左转叶器时，确保其任一转叶的臂轴处于其主轴正左方横向位置时该转叶的叶片与该臂轴处于同一横向竖直平面内，此时该转叶的叶片与该臂轴的夹角为0°。
导流体左右两侧的弧形缺口为包角约为180°的圆弧形缺口，左转叶器的主轴的右侧的叶片基本上被左侧的圆弧形缺口包住，右转叶器的主轴的左侧的叶片基本上被右侧的圆弧形缺口包住。
右转叶器的工作原理是：因每个转叶的臂轴处于主轴正右方横向位置时臂轴与叶片共面，且中心齿轮与叶齿轮的传动比为2∶1。由右转叶器的结构决定，水从前方流过来，处于主轴右侧的叶片的迎水面积远远大于处于主轴左侧的叶片的迎水面积。从上往下看，即俯视右转叶器，在水的推动下，右转叶器将沿顺时针方向旋转。且因导流体的存在，挡住了主轴左侧的叶片，来流不能直接推到处于主轴左侧的叶片，这样右转叶器会转得更快，效率会更高。
从上往下看，即俯视该平板转叶水力发电装置，它的工作原理是：在较强来流的作用下，该装置会自动调整方向，使导流体头部正对来流方向，在导流体的作用下，来流在导流体头部前方分成左右两股分别从该发明装置的左右两侧流向导流体尾部方向，在导流体尾部的后方再汇合。左侧流水驱动左转叶器逆时针转动带动左发电机转动发电，右侧流水驱动右转叶器顺时针转动带动右发电机发电。
该发明装置效率较高，且能自动寻找流向并自动调整为最佳迎水方位。可广泛分散使用于流动的江河发电。发出的电通过电缆输出至岸上电处理系统。
附图说明
图1是本发明一种平板转叶水力发电装置的后视示意图；图2是图1的俯视示意图；图3是图1的左视示意图；图4是导流体的底板的平面示意图；图5是导流体的顶板的平面示意图；图6是导流体的左侧板的断面示意图；图7是放大了的带八个转叶的右转叶器的俯视示意图；图8是右转叶器的放大了的与主轴连接的安装在中心齿轮上的一个转叶的结构示意图。
图中，1-导流体，11-底板，12-顶板，13-左侧板，14-右侧板，15-导流体头部，16-导流体尾部，17-底板前端，17A-底板前端的用于固定定位绳或与定位立柱安装连接的孔；2-水流方向示意；3-左转叶器；4-右转叶器，41-主轴，42-中心齿轮，43-转叶，43a、43b、43c、43d、43e、43f、43g和43h为均匀分布于主轴周围的不同位置的转叶；431-臂轴，432-叶轴，433-近心齿轮，434-臂轴套管，435-远心齿轮，436-叶齿轮，437-叶片；5-左发电机，51-底板11上的左发电机5输入轴孔位；6-右发电机，61-底板11上的右发电机6输入轴孔位；7-左转叶器的旋转方向指示；8-右转叶器的旋转方向指示。
具体实施方式
以下结合附图1~8对本发明加以具体说明。
一种平板转叶水力发电装置，包括导流体1、左转叶器3、右转叶器4、左发电机5和右发电机6。导流体1是一个由底板11、顶板12、左侧板13与右侧板14围成的一个左右对称的中空且密封的异形盒体，导流体1的底板11和顶板12水平布置，左侧板13和右侧板14竖直布置，导流体尾部16比导流体头部15要尖细些。左转叶器3和右转叶器4结构和工作原理相同，对称安装在导流体1的左右两侧的底板11上的弧形缺口处。左发电机5靠左固定安装在导流体1的底板下方，其输入轴与左转叶器3的主轴相连；右发电机6靠右固定安装在导流体1的底板下方，其输入轴与右转叶器4的主轴41相连。左发电机5和右发电机6进行防水处理，它们的防护等级均为IP68。该装置的结构重量和导流体1内空大小能确保：将该装置放入水中能沉入水中或浮起，浮起时最多只有顶板12露出水面并处于水平位置。如果不能达到要求时，通过在底板11下表面适当位置配重的方法解决。该装置的使用场合是水深超过该装置高度的且水流较快的江河中。该装置的安装方式有两种：第一种是采用定位绳挂住的方式，定位绳的一端与底板前端17固连，定位绳的另一端在该装置的前方与固定于江河中的物件如桥墩或桩柱相连。第二种是将该装置直接安装在一根固定于江河水底的定位立柱上，通过底板前端17的孔与定位立柱相连，该装置能绕定位立柱灵活转摆，能自动将导流体头部15朝上游的来流方向，导流体尾部16朝下游方向。能沉入水中的该种装置只适合第二种安装方式。
右转叶器4的结构为：右转叶器4包括主轴41、中心齿轮42和均匀分布在中心齿轮42周围的六个、七个或八个仅叶片437的安装角度不同的结构相同的转叶43。主轴41竖直布置，主轴41的中段通过轴承与中心齿轮42相连于中心齿轮42的中心孔内，主轴41在中心齿轮42的中心孔内能灵活转动。中心齿轮42通过其端头固定安装在导流体1的底板11上。每个转叶43都包括臂轴431、叶轴432、近心齿轮433、臂轴套管434、远心齿轮435、叶齿轮436和叶片437。叶片437为矩形刚性平板。叶轴432与臂轴431垂直固连于叶轴432的下端，叶轴432竖直布置，臂轴431水平布置。叶轴432的上端通过轴承与叶齿轮436相连，叶齿轮436能绕叶轴432灵活转动。叶齿轮436的端头与叶片437固连于叶片437的下边的正中处。叶轴432与叶片437在同一竖直平面内。臂轴套管434通过轴承套装在臂轴431周围，臂轴431能在臂轴套管434内灵活转动。近心齿轮433和远心齿轮435分别固连于臂轴套管434的两端。远心齿轮435与叶齿轮436啮合，其传动比为6∶1。主轴41的上端与所有转叶43的臂轴431垂直固连。所有转叶43的近心齿轮433都与中心齿轮42啮合，中心齿轮42与近心齿轮433的传动比为1∶3。中心齿轮42、近心齿轮433、远心齿轮435和叶齿轮436均采用伞齿轮。组装右转叶器4时，确保其任一转叶43的臂轴431处于其主轴41正右方横向位置时该转叶43的叶片437与该臂轴431处于同一横向竖直平面内，此时该转叶43的叶片437与该臂轴431的夹角为0°。
左转叶器的转叶的个数与右转叶器4的转叶43的个数相同。组装左转叶器时，确保其任一转叶的臂轴处于其主轴正左方横向位置时该转叶的叶片与该臂轴处于同一竖直平面内，此时该转叶的叶片与该臂轴的夹角为0°。
导流体1左右两侧的弧形缺口为包角约为180°的圆弧形缺口，左转叶器3的主轴的右侧的叶片基本上被左侧的圆弧形缺口包住，右转叶器4的主轴41的左侧的叶片437基本上被右侧的圆弧形缺口包住。
由于本发明装置安装于水中，所有零部件均进行防锈处理。
右转叶器4的工作原理是：因每个转叶43的臂轴432处于主轴41正右方横向位置时臂轴431与叶片437共平面，且中心齿轮42与叶齿轮436的传动比为2∶1。由右转叶器4的结构决定，水从前方流过来，处于主轴41右侧的叶片437的迎水面积远远大于处于主轴41左侧的叶片437的迎水面积。从上往下看，即俯视右转叶器，在水的推动下，右转叶器4将沿顺时针方向旋转。且因导流体1的存在，挡住了主轴41左侧的叶片437，来流不能直接推到处于主轴41左侧的叶片437，这样右转叶器4会转得更快，效率会更高。
从上往下看，即俯视该平板转叶水力发电装置，它的工作原理是：在较强来流的作用下，该装置会自动调整方向，使导流体头部15正对来流方向，在导流体1的作用下，来流在导流体头部15前方分成左右两股分别从该发明装置的左右两侧流向导流体尾部16方向，在导流体尾部16的后方再汇合。左侧流水驱动左转叶器3逆时针转动带动左发电机5转动发电，右侧流水驱动右转叶器4顺时针转动带动右发电机6发电。

Claims (5)

1.一种平板转叶水力发电装置，其特征在于：包括导流体（1）、左转叶器（3）、右转叶器（4）、左发电机（5）和右发电机（6）；导流体（1）是一个由底板（11）、顶板（12）、左侧板（13）与右侧板（14）围成的一个左右对称的中空且密封的异形盒体，导流体（1）的底板（11）和顶板（12）水平布置，左侧板（13）和右侧板（14）竖直布置，导流体尾部（16）比导流体头部（15）要尖细些；左转叶器（3）和右转叶器（4）结构和工作原理相同，对称安装在导流体（1）的左右两侧的底板（11）上的弧形缺口处；左发电机（5）靠左固定安装在导流体（1）的底板下方，其输入轴与左转叶器（3）的主轴相连；右发电机（6）靠右固定安装在导流体（1）的底板下方，其输入轴与右转叶器（4）的主轴（41）相连；左发电机（5）和右发电机（6）的防护等级均为IP68；该装置的结构重量和导流体（1）内空大小能确保：将该装置放入水中能沉入水中或浮起，浮起时最多只有顶板（12）露出水面并处于水平位置；
右转叶器（4）的结构是：右转叶器（4）包括主轴（41）、中心齿轮（42）和均匀分布在中心齿轮（42）周围的六个、七个或八个仅叶片（437）的安装角度不同的结构相同的转叶（43）；主轴（41）竖直布置，主轴（41）的中段通过轴承与中心齿轮（42）相连于中心齿轮（42）的中心孔内，主轴（41）在中心齿轮（42）的中心孔内能灵活转动；中心齿轮（42）通过其端头固定安装在导流器（1）的底板（11）上；每个转叶（43）都包括臂轴（431）、叶轴（432）、近心齿轮（433）、臂轴套管（434）、远心齿轮（435）、叶齿轮（436）和叶片（437）；叶片（437）为矩形刚性平板；叶轴（432）与臂轴（431）垂直固连于叶轴（432）的下端，叶轴（432）竖直布置，臂轴（431）水平布置；叶轴（432）的上端通过轴承与叶齿轮（436）相连，叶齿轮（436）能绕叶轴（432）灵活转动；叶齿轮（436）的端头与叶片（437）固连于叶片（437）的下边的正中处；叶轴（432）与叶片（437）在同一竖直平面内；臂轴套管（434）通过轴承套装在臂轴（431）周围，臂轴（431）能在臂轴套管（434）内灵活转动；近心齿轮（433）和远心齿轮（435）分别固连于臂轴套管（434）的两端；远心齿轮（435）与叶齿轮（436）啮合，其传动比为6∶1；主轴（41）的上端与所有转叶（43）的臂轴（431）垂直固连；所有转叶（43）的近心齿轮（433）都与中心齿轮（42）啮合，中心齿轮（42）与近心齿轮（433）的传动比为1∶3；任一转叶（43）的臂轴（431）处于主轴（41）正右方横向位置时该转叶（43）的叶片（437）与该臂轴（431）处于同一横向竖直平面内；
左转叶器（3）的转叶的个数与右转叶器（4）的转叶的个数相同；左转叶器（3）的任一转叶的臂轴处于左转叶器（3）的主轴正左方横向位置时该转叶的叶片与该臂轴处于同一横向竖直平面内。
2. 根据权利要求1所述的一种平板转叶水力发电装置，其特征在于：中心齿轮（42）、近心齿轮（433）、远心齿轮（435）和叶齿轮（436）均采用伞齿轮。
3. 根据权利要求1所述的一种平板转叶水力发电装置，其特征在于：导流体（1）左右两侧的弧形缺口为包角约为180°的圆弧形缺口，左转叶器（3）的主轴的右侧的叶片基本上被左侧的圆弧形缺口包住，右转叶器（4）的主轴（41）的左侧的叶片（437）基本上被右侧的圆弧形缺口包住。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种平板转叶水力发电装置，其特征在于：该装置的使用场合是水深超过该装置高度的且水流较快的江河中。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种平板转叶水力发电装置，其特征在于：该装置的安装方式有两种：第一种是采用定位绳挂住的方式，定位绳的一端与底板前端（17）固连，定位绳的另一端在该装置的前方与固定于江河中的物件如桥墩或桩柱相连；第二种是将该装置直接安装在一根固定于江河水底的定位立柱上，通过底板前端（17）的孔与定位立柱相连，该装置能绕定位立柱灵活转摆，能自动将导流体头部（15）朝上游的来流方向，导流体尾部（16）朝下游方向；能沉入水中的该种装置只适合第二种安装方式。
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