CN105673313B - 具有升降调向功能的微水头水轮机及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是涉及一种水力发电装置，具体地说是涉及具有升降调向功能的微水头水轮机及控制方法。有升降调向功能的微水头水轮机的底座上布置升降杆；升降杆的顶端设有轴承；微水头水轮机通过轴承与升降杆相连，微水头水轮机沿轴承转动；底座内设有升降电机，升降电机控制升降杆的升降；调向电机带动轴承转动。本发明提供的具有升降调向功能的微水头水轮机及控制方法，相比于传统技术的水力发电，有效开发微水头水能资源、投资小、建设周期短、对生态友好；相比于传统技术的微水头发电机，充分利用水能资源，通过间断性的工作可避免升降电机和调向电机的疲劳运转、进而延长电机使用寿命。

Description

具有升降调向功能的微水头水轮机及控制方法
技术领域
本发明是涉及一种水力发电装置，具体地说是涉及具有升降调向功能的微水头水轮机及控制方法。
背景技术
水能是一种取之不尽、用之不竭、可再生的清洁能源，因此世界各国把开发水力发电项目放在了首要的位置，我国更是如此，国家的能源“十二五”规划明确把水电开发放在了优先的位置。但为了有效利用天然水能，当今现有传统技术需要人工修筑能集中水流落差和调节流量的水工建筑物，如大坝等。因此，就目前我国已开发或正在开发的水电站来说，一般水头都在2.5m以上。这些传统技术的开发投资大、建设周期长、还会造成较大的土地淹没和人口迁移对生态和社会产生负面的影响。
我国对于水头在2.5m以下（以下简称微水头）的水能资源最保守估计都有千万kW数量级的资源量可供开发。但是由于海洋、河流中水流速度沿竖直方向分布随时间不断发生变化，以及水流、潮汐的流动方向也在时刻发生变化。因此，对于现有的微水头水轮发电机来说，不能根据水流的流速大小和方向做出及时调整，使水能资源不能得到充分利用。
发明内容
本发明针对上述不足提供一种能充分利用水流资源的具有升降调向功能的微水头水轮机及控制方法
本发明采用如下技术方案：
本发明所述的具有升降调向功能的微水头水轮机，包括底座，升降电机，升降杆，微水头水轮机，调向电机，轴承；所述的底座上布置升降杆；升降杆的顶端设有轴承；微水头水轮机通过轴承与升降杆相连，微水头水轮机沿轴承转动；底座内设有升降电机，升降电机控制升降杆的升降；调向电机带动轴承转动。
本发明所述的具有升降调向功能的微水头水轮机，还包括测速传感器网络、数据处理分析模块，电机控制系统；所述的测速传感器网络以升降杆为中心圆周分布，电机控制系统控制降电机与调向电机；测速传感器网络与数据处理分析模块相连；数据处理分析模块将数据传输给电机控制系统。
本发明所述的具有升降调向功能的微水头水轮机，所述的微水头水轮机和轴承之间采用过盈配合连接。
本发明所述的具有升降调向功能的微水头水轮机，所述的测速传感器网络包括传感器安装支架，流速传感器，信号输出支路，信号输出总线；所述的传感器安装支架为若干根，传感器安装支架沿升降杆为中心、成圆周排列；传感器安装支架上设有若干个流速传感器；信号输出支路与每个传感器安装支架上的流速传感器相连；信号输出支路与信号输出总线相连。
本发明所述的具有升降调向功能的微水头水轮机，所述的每两个相邻的传感器安装支架在圆周方向的角度差为30°。
本发明所述的具有升降调向功能的微水头水轮机，所述的每两个垂直方向相邻的流速传感器之间的距离为1m。
本发明所述的具有升降调向功能的微水头水轮机，所述的每两个水平方向相邻的流速传感器之间的角度为差为30°。
本发明所述的具有升降调向功能的微水头水轮机，传感器安装支架与升降杆之间的距离为3m。
本发明所述的具有升降调向功能的微水头水轮机的控制方法，步骤如下：
1）、将微水头水轮机放置完成后，开启并运作，流速传感器收集信号；
2）、流速传感器将收集到的信号传输只流入数据处理分析模块；
3）、数据处理分析模块对流入传感器信号进行分析处理，得到具有最大流速位置的坐标（Φ，h）；
4）、数据处理分析模块通过电机控制系统控制升降电机和调向电机，使得微水头水轮机调整其高度和角度到指定位置，即最大流速所在处。
本发明所述的具有升降调向功能的微水头水轮机控制方法，所述的步骤2）中流速传感器每隔一小时工作一次。
有益效果
本发明提供的具有升降调向功能的微水头水轮机及控制方法，相比于传统技术的水力发电，有效开发微水头水能资源、投资小、建设周期短、对生态友好；相比于传统技术的微水头发电机，充分利用水能资源，通过间断性的工作可避免升降电机和调向电机的疲劳运转、进而延长电机使用寿命。
附图说明
图1本发明所述的具有升降调向功能的微水头水轮机的整体结构示意图。
图2是本发明所述的测速传感器网络的结构示意图。
图3是本发明所述的测速传感器网络的俯视图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围：
如图1所示：具有升降调向功能的微水头水轮机，包括底座1，升降电机2，升降杆3，微水头水轮机4，调向电机5，轴承6；所述的升降杆3通过底座1固定在河床或海底；升降电机2安装在底座1上；调向电机5安装在升降杆3顶端；微水头水轮机4通过轴承6安装在升降杆3上；电机控制系统7与升降电机2和调向电机5连接。底座1内设有升降电机2，升升降电机2能够在电机控制系统7的控制下使微水头水轮机4在竖直方向上下移动。调向电机5能够在电机控制系统7的控制下使微水头水轮机4在以升降杆3为中心轴的平面内360°旋转。轴承6和升降杆3之间采用过盈配合连接；微水头水轮机4和轴承6之间采用过盈配合连接。
测速传感器网络17以升降杆3为中心圆周分布，电机控制系统7控制降电机2与调向电机5；测速传感器网络17与数据处理分析模块16相连；数据处理分析模块16将数据传输给电机控制系统7。
图2所示测速传感器网络17由传感器电源8、总开关9、间断信号发生器10、电源输入总线11、传感器安装支架12、流速传感器13、信号输出支路14、信号输出总线15组成。所述测速传感器网络布置在以升降杆3为中心轴，半径为3m的圆柱体范围内；所述传感器安装支架12布置在圆柱体范围的外表面上，且每两个相邻的传感器安装支架12在圆周方向的角度差为30°；所述流速传感器13安装在传感器安装支架12外法线方向上，在竖直方向每两个相邻的流速传感器13距离为1m，在圆周方向所有的流速传感器13布置在同一高度处即同一圆周上、且每两个相邻的流速13在圆周方向的角度差为30°。
本发明所述的测速传感器网络的工作原理如下：所述传感器电源8通过总开关9和间断信号发生器10的控制给流速传感器13供电，使流速传感器13每隔一小时工作一次，所测信号流入数据处理分析模块16。
数据处理分析模块16对流入信号进行分析处理，得到具有最大流速位置的坐标（Φ，h）。通过电机控制系统7控制升降电机2和调向电机5，使得微水头水轮机4调整其高度和角度到指定位置，即最大流速位置。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.具有升降调向功能的微水头水轮机，其特征在于：包括底座（1），升降电机（2），升降杆（3），微水头水轮机（4），调向电机（5），轴承（6）；所述的底座（1）上布置升降杆（3）；升降杆（3）的顶端设有轴承（6）；微水头水轮机（4）通过轴承（6）与升降杆（3）相连，微水头水轮机（4）沿轴承（6）转动；底座（1）内设有升降电机（2），升降电机（2）控制升降杆（3）的升降；调向电机（5）带动轴承（6）转动；还包括测速传感器网络（17）、数据处理分析模块（16），电机控制系统（7）；所述的测速传感器网络（17）以升降杆（3）为中心圆周分布，电机控制系统（7）控制升降电机（2）与调向电机（5）；测速传感器网络（17）与数据处理分析模块（16）相连；数据处理分析模块（16）将数据传输给电机控制系统（7）。
2.根据权利要求1所述的具有升降调向功能的微水头水轮机，其特征在于：所述的微水头水轮机（4）和轴承（6）之间采用过盈配合连接。
3.根据权利要求1所述的具有升降调向功能的微水头水轮机，其特征在于：所述的测速传感器网络（17）包括传感器安装支架（12），流速传感器（13），信号输出支路（14），信号输出总线（15）；所述的传感器安装支架（12）为若干根，传感器安装支架（12）沿升降杆（3）为中心、成圆周排列；传感器安装支架（12）上设有若干个流速传感器（13）；信号输出支路（14）与每个传感器安装支架（12）上的流速传感器（13）相连；信号输出支路（14）与信号输出总线（15）相连。
4.根据权利要求1所述的具有升降调向功能的微水头水轮机，其特征在于：每两个相邻的传感器安装支架（12）在圆周方向的角度差为30°。
5.根据权利要求1所述的具有升降调向功能的微水头水轮机，其特征在于：每两个垂直方向相邻的流速传感器（13）之间的距离为1m。
6.根据权利要求1所述的具有升降调向功能的微水头水轮机，其特征在于：每两个水平方向相邻的流速传感器（13）之间的角度差为30°。
7.根据权利要求1所述的具有升降调向功能的微水头水轮机，其特征在于：传感器安装支架（12）与升降杆（3）之间的距离为3m。
8.利用上述权利要求任意一项所述的具有升降调向功能的微水头水轮机的控制方法，其特征在于：步骤如下：
1）、将微水头水轮机放置完成后，开启并运作，流速传感器（13）收集信号；
2）、流速传感器（13）将收集到的信号传输只流入数据处理分析模块（16）；
3）、数据处理分析模块（16）对流入传感器信号进行分析处理，得到具有最大流速位置的坐标；
4）、数据处理分析模块（16）通过电机控制系统（7）控制升降电机（2）和调向电机（5），使得微水头水轮机（4）调整其高度和角度到指定位置，即最大流速所在处。
9.根据权利要求8所述的具有升降调向功能的微水头水轮机控制方法，其特征在于：所述的步骤2）中流速传感器（13）每隔一小时工作一次。
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