CN105003383B - 平水流发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平水流发电装置，包括发电机、导流罩，所述导流罩内设置有转动毂，所述转动毂的外侧均匀设置有叶片；所述发电机、转动毂之间设置有多发条储能释能装置；所述导流罩的一侧设置有导流槽；所述叶片通过叶片自旋转机构连接在转动毂上，所述叶片自旋转机构包括设置在转动毂上的叶片连接孔与弧形槽、设置在弧形槽内的弹簧，以及设置在叶片上的叶片连接柱与自旋转转动柱，所述叶片连接柱连接在叶片连接孔内，所述自旋转转动柱伸入弧形槽内并与弹簧相接触。本发明占用空间小，不影响航道，能代替柴油机发电，满足趸船的日常用电，避免了从岸上牵设电缆，节省人力财力，绿色环保。

Description

平水流发电装置

技术领域

本发明涉及一种水力发电装置，特别是指一种平水流发电装置。

背景技术

我国内河航道目前存在趸船用电难、依赖柴油发电机、纵向水轮发电占用空间大等诸多工程实际问题。我国虽然水能资源蕴藏丰富，但长期以来多在江河上游水位落差大的河段上建坝蓄水，利用水头势能发电进行发电，因此低水头的水能一直未能得到很好的开发利用。此外，对于那些水能资源丰富但不宜修建水电站的区域，水能资源也一直处在闲置未开发利用的状态。其中码头上大量的趸船具有特殊性，它们远离岸边，不适宜接岸电，多采用柴油机发电，既不经济也不环保。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用低水头水能进行发电的平水流发电装置。

为实现上述目的，本发明所设计的平水流发电装置，包括发电机、导流罩，所述导流罩内设置有转动毂，所述转动毂的外侧均匀设置有多个叶片；所述发电机、转动毂之间设置有多发条储能释能装置，所述多发条储能释能装置由至少一个多发条储能释能单元组成，所述多发条储能释能单元可采用中国发明专利ZL201010242059.3中公开的多发条储能释能装置或中国发明专利ZL201110031958.3中公开的单轴多发条储能器；所述导流罩的一侧设置有导流槽，所述导流槽的外侧与导流罩相切使水流以切线方向冲击叶片，所述导流槽在入水口处截面面积大于出水口处的截面面积以提高水流速度；所述叶片通过叶片自旋转机构连接在转动毂上，所述叶片自旋转机构包括设置在转动毂上的叶片连接孔与弧形槽、设置在弧形槽内的弹簧，以及设置在叶片上的叶片连接柱与自旋转转动柱，所述叶片连接柱连接在叶片连接孔内，所述自旋转转动柱伸入弧形槽内并与弹簧相接触。所述弧形槽的角度为30°～120°，优选为80°～100°，进一步优选为90°。

优选地，所述多发条储能释能单元的数量为1个，其输入端、输出端分别设置有齿轮，其中，输入端齿轮与设置在转动毂转轴上的齿轮啮合，输出端齿轮与设置发电机转轴上的齿轮啮合；该结构中，发电机、多发条储能释能装置采用卧式布置。可选地，所述多发条储能释能单元的的输入端、输出端也可分别通过联轴器与转动毂、发电机的转轴相连，此时发电机、多发条储能释能装置采用立式布置。

优选地，所述多发条储能释能单元的数量为2～6个，并列设置在两块固定板之间，各多发条储能释能单元的输入端、输出端分别设置有齿轮；其中一个多发条储能释能单元的输入端齿轮与设置在转动毂转轴上的齿轮啮合，输出端齿轮与设置在发电机转轴上的齿轮啮合；该结构中，发电机、多发条储能释能装置采用卧式布置。可选地，在上述方案中也可采用联轴器来代替齿轮，即各多发条储能释能单元的输入端、输出端分别设置有联轴器(联轴器分为两个部分，这里只是其中的一个部分)，其中一个多发条储能释能单元的输入端、输出端分别通过联轴器与转动毂、发电机的转轴相连；该结构中，发电机、多发条储能释能装置采用立式布置。采用上述两种结构时，转动圆形定位板使其中一个多发条储能释能单元的两端通过联轴器或齿轮与转动毂、发电机相连，多个多发条储能释能单元轮流投入使用，可获得最佳使用寿命。

优选地，所述多发条储能释能单元的数量为2～6个，并列设置在两块固定板之间，所述固定板的中心设置有大齿轮，所述多发条储能释能单元的输入端、输出端分别设置有齿轮，各多发条储能释能单元的输入端齿轮围绕在一块固定板的大齿轮的外侧并与其啮合，各多发条储能释能单元的输出端齿轮围绕在另一块固定板的大齿轮的外侧并与其啮合，各大齿轮的中心设置有转轴，所述发电机、转动毂通过联轴器与对应的大齿轮中心的转轴相连。采用此结构时，发电机、多发条储能释能装置采用立式布置，多个多发条储能释能单元同时投入使用，可获得最大储能量。

优选地，所述叶片为平板状，其背面沿横向和纵向设置有加强筋10，以避免叶片扭曲变形。

优选地，所述导流罩的水流出口处的开口角度为80°～100°，而非180°，可以使水流作用于水轮叶片的时间更长，并且可避免横流的影响。进一步优选地，所述导流罩的水流出口处的开口角度为90°。

优选地，所述叶片连接孔内固定设置有轴承，所述叶片连接柱固定连接在所述轴承的内圈中，通过设置轴承可降低叶片自旋转的摩擦阻力，提高叶片自旋转的灵敏度。

本发明的有益效果是：该平水流发电装置以趸船为搭载平台，安置在趸船船底，将水流的能量转化为机械能，水流经过导流罩后，速度增大，并以较为规整的方向冲击水轮叶片，进一步与多发条储能释能装置连接储存能量，多发条储能释能装置与发电机连接释放能量，为水力发电提供稳定的转速，继而将机械能转化为电能；另外，叶片采用自旋转机构进行减阻，使得效率大大提高；本发明占用空间小，不影响航道，能代替柴油机发电，满足趸船的日常用电，避免了从岸上牵设电缆，节省人力财力，绿色环保。除趸船外，该装置也可应用于其它水上平台如船舶、码头、电站等利用低水头水流进行发电。

附图说明

图1为本发明所设计的平水流发电装置的结构示意图，为便于表示装置的内部结构，图中导流槽、导流罩的上壳板未画出。

图2为图1中转动毂与叶片的安装示意图。

图3为图2中转动毂与叶片连接处的放大图。

图4为图3中弧形槽内安装弹簧的结构示意图。

图5为图1中叶片的结构示意图。

图6为本发明所设计的平水流发电装置的另一种结构示意图，为便于表示装置的内部结构，图中导流槽、导流罩的上壳板未画出。

其中：导流槽1、导流罩2、转动毂3、发电机4、多发条储能释能单元5、叶片6、挡板外壳7、固定板8、自旋转转动柱9、加强筋10、弹簧11、叶片连接孔12、弧形槽13、叶片连接柱14

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1～5所示，本发明所设计的平水流发电装置，平水流发电装置，包括发电机4、导流罩2，导流罩2内设置有转动毂3，转动毂3的外侧均匀设置有六个叶片6；发电机4、转动毂3之间设置有多发条储能释能装置。所述多发条储能释能装置为一个多发条储能释能单元5。发电机、多发条储能释能装置采用立式布置。

导流罩2的一侧设置有导流槽1，导流槽1的外侧与导流罩2相切使水流以切线方向(相对于导流罩圆形内壁)冲击叶片6。导流槽1由挡板外壳7围成水流通道，呈直壁型(以便于加工)，其截面面积逐渐由大变小，水流由大截面处进入导流槽1，由小截面处流出并冲击叶片6，目的是增大冲击叶片6的流速并调整水流的流向。挡板外壳7可挡住横向流场流向叶片6的水流，减小其对叶片6转动的影响，即减小阻力。导流罩2的水流出口处的开口角度为90°，可以使水流作用于叶片6的时间更长，并且可避免横流的影响。

叶片6为平板状，其背面沿横向和纵向设置有加强筋10。采用平板状叶片的优点是，在水流冲击叶片6的正面(无加强筋的一面)时，叶片6的受力面积大，可有效地带动转动毂3旋转。

为减少水流冲击反侧叶片6产生的阻力，在叶片6与转动毂3的连接处设计了叶片自旋转机构。所述叶片自旋转机构包括设置在转动毂3上的叶片连接孔12与弧形槽13、设置在弧形槽13内的弧形弹簧11，以及设置在叶片6上的叶片连接柱14与自旋转转动柱9。弧形槽13的角度为90°，弧形弹簧11可伸缩的嵌在弧形槽13内。叶片连接孔12内固定设置有轴承，叶片连接柱14固定连接在轴承的内圈中。自旋转转动柱9伸入弧形槽13内并与弹簧11相接触。当阻力大于动力时，叶片6在阻力的作用下沿弧形槽13旋转，使得叶片6有效受阻面积减小，对减阻有着明显效果；当阻力小于动力时，弹簧11可使叶片6重新回到初始状态。

多发条储能释能单元5的输入端、输出端分别设置有齿轮，其中，输入端齿轮与设置在转动毂3转轴上的齿轮啮合，输出端齿轮与设置在发电机4转轴上的齿轮啮合。多发条储能释能单元5采用中国发明专利ZL201010242059.3中公开的多发条储能释能装置，其结构简述如下：该多发条储能释能装置包括箱体、输入部分、储能部分和输出部分，输入部分、储能部分和输出部分安装在箱体内，所述输入部分由输入轴和输入主动轮组成，所述输入轴是直长轴，输入轴通过轴承支承在箱体上，轴的前端伸出箱体，与外部输入源连接，所述输入主动轮是轴套一端带有圆盘的法兰式轮，中心设有轴孔，输入主动轮安装在输入轴的前部，轴孔与输入轴紧密连接，输入主动轮上设有防止输入主动轮反向转动的棘轮；所述储能部分由n个发条储能单元串联组成，所述发条储能单元由发条和被动/主动轮组成，被动/主动轮是轴套前端带有圆盘的法兰式轮，沿圆盘的圆周设有一圈侧壁，呈圆盘盒状，被动/主动轮中心设有轴孔，滑动安装在输入轴的中后部，所述发条的圆心端与前一级发条储能单元的被动/主动轮的轴套部分固定连接，发条的外圆端与本级的被动/主动轮前端的圆盘盒的侧壁固定连接，其中第一级发条储能单元的发条的圆心端与输入主动轮的轴套固定连接，第n个发条储能单元的被动/主动轮的轴套与输出部分连接，第n个发条储能单元的被动/主动轮的轴套通过轴承支承在输入轴上；所述输出部分包括输出齿轮和释能调速器，所述输出齿轮安装在转轴上，安装齿轮部位的箱体上开有与负载连接的口，所述释能调速器由制动吸盘和电磁控制器组成，制动吸盘是中心设有轴孔的轮盘，制动吸盘安装在第n个发条储能单元的被动/主动轮的轴套上，与被动/主动轮的轴套间隙连接，电磁控制器控制对制动吸盘磁力大小。所述储能部分的n个发条储能单元的n的取值范围为1—100的整数。所述电磁控制器由置于线圈内的铁芯和直流电源调节器组成，线圈通过直流电源调节器与外部直流电源连接，铁芯与制动吸盘接靠，直流电源调节器调节线圈的直流电的大小，控制对制动吸盘磁力大小。

为便于制造安装，本实施例中，多发条储能释能单元5在上述专利的基础上作了简化修改，删除棘轮部件和释能调速器，输出齿轮改为直接通过第n个发条储能单元的被动/主动轮的轴套进行能量的输出。

该平水流发电装置各部分的尺寸参见下表：

表1发电装置各部分尺度表

该装置由叶轮驱动，将水流的能量转化为机械能，水流经过导流槽1，以较为规整的方向冲击叶片6，使叶片6旋转，并带动转动毂3转动，再通过齿轮与多发条储能释能装置连接以储存能量，同时多发条储能释能装置与发电机4连接，释放能量，为发电机提供稳定转速，继而将机械能转换为电能，满足趸船日常用电。

图6给出了本发明的另一实施例，该装置的基本结构与前一实施例类似，不同之处在于：

多发条储能释能单元5的数量为3个，并列设置在两块固定板8之间，各多发条储能释能单元5的输入端、输出端分别设置有齿轮；其中一个多发条储能释能单元5的输入端齿轮与设置在转动毂3转轴上的齿轮啮合，输出端齿轮与设置在发电机4转轴上的齿轮啮合。转动圆形定位板可切换投入使用的多发条储能释能单元，使三个多发条储能释能单元轮流投入使用，可获得较长的使用寿命。发电机、多发条储能释能装置采用卧式布置。

Claims (10)

1.一种平水流发电装置，包括发电机(4)、导流罩(2)，所述导流罩(2)内设置有转动毂(3)，所述转动毂(3)的外侧均匀设置有多个平板状的叶片(6)，其特征在于：

所述发电机(4)、转动毂(3)之间设置有多发条储能释能装置，所述多发条储能释能装置由至少一个多发条储能释能单元(5)组成；

所述导流罩(2)的一侧设置有导流槽(1)，所述导流槽(1)的外侧与导流罩(2)相切使水流以切线方向冲击叶片(6)，所述导流槽(1)在入水口处截面面积大于出水口处的截面面积以提高水流速度；

所述叶片(6)通过叶片自旋转机构连接在转动毂(3)上，所述叶片自旋转机构包括设置在转动毂(3)上的叶片连接孔(12)与弧形槽(13)、设置在弧形槽(13)内的弹簧(11)，以及设置在叶片(6)上的叶片连接柱(14)与自旋转转动柱(9)，所述叶片连接柱(14)连接在叶片连接孔(12)内，所述自旋转转动柱(9)伸入弧形槽(13)内并与弹簧(11)相接触。

2.根据权利要求1所述的平水流发电装置，其特征在于：所述多发条储能释能单元(5)的数量为1个，其输入端、输出端分别设置有齿轮，其中，输入端齿轮与设置在转动毂(3)转轴上的齿轮啮合，输出端齿轮与设置发电机(4)转轴上的齿轮啮合。

3.根据权利要求1所述的平水流发电装置，其特征在于：所述多发条储能释能单元(5)的数量为1个，其输入端、输出端分别通过联轴器与转动毂(3)、发电机(4)的转轴相连。

4.根据权利要求1所述的平水流发电装置，其特征在于：所述多发条储能释能单元(5)的数量为2～6个，并列设置在两块固定板(8)之间，各多发条储能释能单元(5)的输入端、输出端分别设置有齿轮；其中一个多发条储能释能单元(5)的输入端齿轮与设置在转动毂(3)转轴上的齿轮啮合，输出端齿轮与设置在发电机(4)转轴上的齿轮啮合。

5.根据权利要求1所述的平水流发电装置，其特征在于：所述多发条储能释能单元(5)的数量为2～6个，并列设置在两块固定板(8)之间，各多发条储能释能单元(5)的输入端、输出端分别设置有联轴器，其中一个多发条储能释能单元(5)的输入端、输出端分别通过联轴器与转动毂(3)、发电机(4)的转轴相连。

6.根据权利要求1所述的平水流发电装置，其特征在于：所述多发条储能释能单元(5)的数量为2～6个，并列设置在两块固定板(8)之间，所述固定板(8)的中心设置有大齿轮，所述多发条储能释能单元(5)的输入端、输出端分别设置有齿轮，各多发条储能释能单元(5)的输入端齿轮围绕在一块固定板(8)的大齿轮的外侧并与其啮合，各多发条储能释能单元(5)的输出端齿轮围绕在另一块固定板(8)的大齿轮的外侧并与其啮合，各大齿轮的中心设置有转轴，所述发电机(4)、转动毂(3)通过联轴器与对应的大齿轮中心的转轴相连。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的平水流发电装置，其特征在于：所述叶片(6)的背面沿横向和纵向设置有加强筋（10）。

8.根据权利要求1～6中任一项所述的平水流发电装置，其特征在于：所述导流罩(2)的水流出口处的开口角度为80°～100°。

9.根据权利要求1～6中任一项所述的平水流发电装置，其特征在于：所述弧形槽(13)的角度为80°～100°。

10.根据权利要求1～6中任一项所述的平水流发电装置，其特征在于：所述叶片连接孔(12)内固定设置有轴承，所述叶片连接柱(14)固定连接在所述轴承的内圈中。