CN1059781A

CN1059781A - 江河水力动力装置

Info

Publication number: CN1059781A
Application number: CN90105551A
Authority: CN
Inventors: 陈希贤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-09-12
Filing date: 1990-09-12
Publication date: 1992-03-25

Abstract

本发明属于一种液力机械，它由集流管道部分、出流管道部分和水轮机及传动机构组成，在集流管道部分，入口端装有控制阀，下半部管壁上开有增压孔，水轮机及传动机构装在出流管道部分内部。该装置可装在江河中任何位置，能将分散和低能头的水流集中起来推动水轮机，再用于发电或推动其它机械作功，使水力资源得到充分利用。比较修筑拦河坝和引水渠等水工建筑，该装置投资小、工期短、见效快。

Description

本发明涉及一种液力机械，具体是指一种安装在江河里的水力动力装置。

目前，利用水力作为动力来发电或是带动机械作功，都要修筑拦河堤坝、引水渠一类水工建筑物，通过造成水流落差，将江河中水的势能用水轮机转变成机械能，再将此机械能通过发电机发电或是将此机械能直接带动机械作功。这样作的缺点是，只有在自然条件较好的很少地点才能修筑堤坝和水渠等水工建筑物，而江河中大量分布的分散水能却无法利用;修筑拦河堤坝等水工建筑，工程浩大，工期很长，造价极高，见效太慢。此外还有其它缺点：如淹没农田和森林，要搬迁和安置移民，不利于行船，一般地址边远，施工条件差，技术难度大，等等。

本发明的目的，是提供一种能利用大量分散水能、投资小、工期短、见效快的江河水力动力装置，以带动发电机发电或直接带动机械作功。

这种新型水力动力装置的设计方案是这样的。该装置包括集流管道部分、出流管道部分和水轮机及传动机构三大部分，在集流管道部分的入口端装有控制水流量的控制阀，集流管道部分下半部管壁上开有若干个沿管道走向的贯穿管壁与管内相连通的增压孔。能恢复流体出流压力的出流管道部分与集流管道部分相连通，从集流管道部分的出口端到出流管道部分的管道内，装有水轮机及传动机构。本发明装置在使用时，应置于江河中水面以下（分沉式设计或浮式设计），集流管道部分的管道入口应朝向上游，使得在集流管道部分中汇集的大量流体，逐步提高动能加速流动，到达集流管道部分的出口端时，流体已具有足够的动能来推动水轮机，然后流向出流管道部分并向下游流去。通过水轮机的流体，将部分能量交给水轮机，驱动叶片转子旋转，再通过与转子相连的传动机构，继而带动发电机或其它机械工作。由于沿程损失，水轮机吸能，流体本身能量骤减，其压力和速度下降，因此在一般情况下，流体从水轮机处很难继续向下游流动，但本发明装置由于设计了增压孔，并且紧接着集流管道部分出口端接有能恢复流体出流压力的出流管道部分，保证了出口压力平衡条件，流体就能从水轮机处经出流管道部分，继续向下游流动。根据江河中不同来流的速度，调节集流管道部分的入口端装的控制阀，就可调节入口流量，以保证水轮机的恒功率运转。

本发明装置基本上不受地域限制，能适应不同江河的各种自然条件，装设在江河中的任何位置，充分利用分散和低能头的水流，集中推动水轮机，将其变成动力再发电或是直接推动其它机械作功，就像用透镜聚集太阳能的效果一样，可使我国丰富的水力资源得到充分、廉价的利用。该装置结构简单，根本不需花费修筑拦河堤坝等水工建筑物那样多的资金，而且施工周期短，上马见效快。一般水力发电装置每千瓦装机费为2200元人民币，而采用本装置再加上发电设备，每千瓦装机费才1500元左右。采用该装置，也无需淹没农田和森林，无需搬迁和安置移民，不会妨碍船只的正常航行，容易施工。

下面结合附图和实施例对本发明加以更详细的说明：

图1和图2分别为本发明装置实施例1的正视图和俯视图;

图3和图4分别为本发明装置实施例2的正视图和俯视图;

图5、图6和图7分别为图3和图4中的环形导流管的正视图、左视图和俯视图;

图8和图9分别为本发明装置实施例3的正视图和俯视图;

图10和图11分别为图8和图9中的侧向导流管的正视图和俯视图。

参见图1和图2，实施例1的集流管道部分由集流管（2）、整形管（3）、滞速管（4）依次连接而成，增压孔（1）在集流管道部分的管壁上的分布密度、孔径大小及孔心座标，视不同工作条件而定。集流管（2）的外形为四棱台形，入口截面为矩形，出口截面为方形，上下壁面呈平行对称，左右壁面沿流体流向呈对称收缩，集流管（2）的入口端安装的控制阀（22）为蝶阀组，一组有六个，每个蝶阀均由操作手柄、转轴和阀叶组成，集流管（2）的腹腔内可适当装设立杆以加强结构的强度和刚度。整形管（3）的入口截面为方形，对称收缩到出口端的截面呈圆形。滞速管（4）的外形是一个沿流体流向对称扩大的圆台形，其顶锥角一般以不大于6°为宜。出流管道部分由突扩管（5）、减速过渡管（6）、扩散管（7）依次连接而成，突扩管（5）外形为一圆台形，其顶锥角通常大于120°，减速过渡管（6）的入口截面为圆形，顺流过渡到出口截面为方形，扩散管（7）的外形为四棱台形，其入口截面为方形，出口截面为矩形，上下壁面呈平行对称，左右壁面沿流体流向对称扩张，其扩张角度由流体流速决定。水轮机及传动机构的结构是，在出流管道部分的管内固定两个轴承架（17）和一个箱架（14），两个轴承架（17）上分别装有主轴轴承座（16），在箱架（14）上装有齿轮箱（13），一根水平布置的主轴（15）座落在两个主轴轴承座（16）内，主轴（15）的一端伸进齿轮箱（13）内，在主轴（15）靠滞速管（4）出口端的另一端，用键固定着一个托盘（18），在托盘（18）上用螺栓固定着轮机叶片（19），并且使轮机叶片（19）的扫掠平面与滞速管（4）的出口端面相重合。主轴（15）轴端还装有压圈（20）和固紧螺母（21），以将轮机叶片（19）和托盘（18）轴向固紧。在出流管道部分的管道外顶壁上还装有竖直轴轴承座（11）和托架（10），一根竖直传动轴（12）从出流管道部分的管道内部穿过顶壁而座落在竖直轴轴承座（11）内，在托架（10）上装有一个变速箱（9），竖直传动轴（12）的下端伸进齿轮箱（13）内，通过齿轮箱（13）的锥齿轮与伸进齿轮箱（13）的主轴（15）相间接连接，竖直传动轴（12）的上端伸进变速箱（9）内，通过变速箱（9）的锥齿轮与一根伸进变速箱（9）的水平传动轴（8）相间接连接。这样，当水流从滞速管（4）出口端流出并推动轮机叶片（19）和托盘（18）转动时，就能带动主轴（15），并通过齿轮箱（13）带动竖直传动轴（12），再通过变速箱（9）带动水平传动轴（8）转动，以最后带动外接发电机或其它机械。

参见图3和图4，实施例2的集流管道部分的构造与实施例1相同，水轮机及传动机构的设计也与实施例1相同。所不同的是，实施例2的出流管道部分由突扩管（5）、喷射管（31）、混合管（32）、扩散管（7）依次连接面成;为了增加水轮机的出口流体的能量，以保证水流顺畅地从出流管道部分流向下游，本实施例还采取了这样的导流补能措施，即是在混合管（32）的入口端以前的出流管道部分和集流管道部分的管道外，装设一个环形导流内套管（29），在该管（29）外，又装设一个环形导流外套管（30），环形导流内套管（29）与环形导流外套管（30）之间的环形导流空间与混合管（32）内部相连通，在环形导流外套管（30）的入口端装有控制水流量的导控阀（23），在环形导流外套管（30）下半部管壁上开有若干个沿管道走向的贯穿管壁与管内相连通的导增压孔（28）。有了上述导流补能装置，流体就能通过环形导流空间进入混合管（32），给从水轮机流来的流体补充能量。导增压孔（28）的设置，使得流经环形导流空间的流体压力增强。在本实施例中，突扩管（5）的结构与实施例1相同，喷射管（31）的外形是一个沿流体流向对称缩小的圆台形，混合管（32）为一圆管。从图3至图7可看到，环形导流内套管（29）与集流管道部分之间用几根支杆（25）相固连，环形导流内套管（29）尾部与喷射管（31）相紧套合，环形导流外套管（30）与环形导流内套管（29）之间用几根支杆（26）相固连，环形导流外套管（30）的出口端与混合管（32）的入口端相吻合连接，导控阀（23）仍采用蝶阀组，导增压孔（28）的设计原则与增压孔（1）相同。图例指出，在环形导流空间内流体的流动廓面沿轴线是变化的，其入口截面为两个大小不同的同心矩形所截取的长方框形环面，此后，管道（29、30）上下壁面均呈平行对称，左右壁面沿流体流向均呈对称收缩至一定长度，在此长度范围内的环形导流空间成为环形导集流室（24），从该集流室（24）再往后，环形导流空间的截面从长方框形环面对称收缩为出口端面的两个大小不同的同心圆所截取的圆形环面，这一段的环形导流空间就成为环形导喷室（27）。

参见图8和图9，实施例3的集流管道部分和水轮机及传动机构的结构和设计均与实施例1相同。所不同的是，实施例3的出流管道部分由突扩管（5）、喷射管（31）、混合管（32）、扩散管（7）依次连接而成;与实施例2一样，实施例3也采用了导流补能措施，不过实施例3不是采用环形导流而是采用两侧导流的方法，其具体结构是，在混合管（32）的入口端以前的出流管道部分和集流管道部分的管道两侧，各装设一个侧向导流管（33），侧向导流管（33）与混合管（32）内部相连通，在侧向导流管（33）的入口端装有控制水流量的导控阀（23），在侧向导流管（33）下半部管壁上开有若干个沿管道走向的贯穿管壁与管内相连通的导增压孔（28）。工作时，流体通过侧向导流管（33）进入混合管（32），给从水轮机流来的流体补充能量。在本实施例中，突扩管（5）的结构与实施例1相同，喷射管（31）顺流方向略有收缩，其截面由圆形逐步变为方形，混合管（32）外形为一方柱形，扩散管（7）外形为四棱台形，其入口截面为方形，出口截面为矩形，上下壁面呈平行对称，左右壁面沿流体流向呈对称扩张，其扩张度，由流速要求决定。从图8至图11可看到，侧向导流管（33）由导集流管（34）、导连接管（35）、导加速管（36）、导喷管（37）依次连接而成，全部管道等高，且与喷射管（31）的出口高度相等，各管截面都为矩形。导集流管（34）和导加速管（36）为收缩形管道，导连接管（35）和导喷管（37）为等截面管道，导增压孔（28）和导控阀（23）的设计，类同于主管道。

由上可见，本发明装置的主体类似一座小型低速开路风洞。上述各实施例中管道的设计，均应满足力学中的连续方程和能量方程。以上实施例均为沉式设计，实际使用时，都应加设适当高度和形式的底座，出口底板处应加装出流地坡防护板。若改为浮式设计，则只需在集流管道部分和出流管道部分两侧，大体对称地装设浮箱，便可实现。浮式设计不需设计底座，出流地坡防护板应根据淹水深度考虑，还应安设浮物防护网。

本发明装置一般安装在靠近江河两岸的水域里，主要用于发电，也可用来做抽水、碾米、榨油、粉碎作物等工作。该装置既可单机顺流排列，又可群机跨江横列，留出主航道的船只通道后，再在浮式装置上设计搭板，或在沉式装置上设计高程平台，铺设路面，就较为经济地架起一座渡桥。

Claims

1、一种属于液力机械的江河水力动力装置，其特征在于，它包括集流管道部分、出流管道部分和水轮机及传动机构三大部分，在集流管道部分的入口端装有控制水流量的控制阀(22)，集流管道部分下半部管壁上开有若干个沿管道走向的贯穿管壁与管内相连通的增压孔(1)，能恢复流体出流压力的出流管道部分与集流管道部分相连通，从集流管道部分的出口端到出流管道部分的管道内，装有水轮机及传动机构。

2、如权利要求1所述的装置，其特征在于：集流管道部分由集流管（2）、整形管（3）、滞速管（4）依次连接而成，出流管道部分由突扩管（5）、减速过渡管（6）、扩散管（7）依次连接而成。

3、如权利要求1所述的装置，其特征在于，集流管道部分由集流管（2）、整形管（3）、滞速管（4）依次连接而成，出流管道部分由突扩管（5）、喷射管（31）、混合管（32）、扩散管（7）依次连接而成，在混合管（32）的入口端以前的出流管道部分和集流管道部分的管道外，装设一个环形导流内套管（29），在该管（29）外，又装设一个环形导流外套管（30），两管（29，30）之间的环形导流空间与混合管（32）内部相连通，在环形导流外套管（30）的人口端装有控制水流量的导控阀（23），在环形导流外套管（30）下半部管壁上开有若干个沿管道走向的贯穿管壁与管内相连通的导增压孔（28）。

4、如权利要求1所述的装置，其特征在于，集流管道部分由集流管（2）、整形管（3）、滞速管（4）依次连接而成，出流管道部分由突扩管（5）、喷射管（31）、混合管（32）、扩散管（7）依次连接而成，在混合管（32）的入口端以前的出流管道部分和集流管道部分的管道两侧，各装设一个侧向导流管（33），侧向导流管（33）与混合管（32）内部相连通，在侧向导流管（33）的入口端装有控制水流量的导控阀（23），在侧向导流管（33）下半部管壁上开有若干个沿管道走向的贯穿管壁与管内相连通的导增压孔（28）。

5、如权利要求1至4所述的装置，其特征在于，控制阀（22）采用蝶阀组，每个蝶阀均由操作手柄、转轴和阀叶组成。