CN106907287A - 一种水力发电船 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无需筑坝截流蓄水以提高水位和流速就将任意水况的水能转化为机械能的水力发电技术。它包括支撑在一对漂浮体(4)上的机架(3)和中线上的驱动轴(1)及其辐条上绕合叶轴(8)摆动的若干合叶扇(9)。合叶扇(9)转至受力侧，被水流冲动贴靠在档铁(13)上，推动驱动轴(1)旋转；转至非受力侧的合叶扇(9)被逆流展开，平行流向而失去反作用力，使若干个合叶扇(9)都一直处在受力侧受力另一侧无阻力的状态下旋转运动。同时斜置于非受力侧上水头和受力侧下水头的导流板(11)及驱动轴(1)与合叶扇(9)间的导流圈(12)共同集流改向受力侧，增大受力侧角，阻隔无功分流。靠双向提水装置(6)增减内腔(15)容物平衡船身，调节深度。

Description

一种水力发电船
技术领域
本发明涉及适宜包括缓流在内的任何水况，并将其水能转变为机械能，从而将机械能转变成电能的水力发电技术。
背景技术
现有水力发电技术，要依靠水库、山峡，要通过筑坝、截流、蓄水而提高水位和流速才得以实现。这不但会影响通航，淹没生态，搬迁移民，改变地表地貌，担心溃坝成灾，还会因山峡、水库等大落差水能区在西部，而需电大区在东部，西电东送要耗费大量的线损电能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对实施现有水力发电技术存在的问题，提供一项不必筑坝、截流、蓄水而提高水位和流速，适用于任何自然流况水域并网发电的水力发电技术。
为解决上述技术问题，本发明针对各种流况共性，设计出一水力发电船，且已制出实物，发出电能。其将相互平衡的两块内设空腔的漂浮体用机架联接固定成一个整体漂浮船，并锚定在岸上和(或)水下。每块漂浮体上设置一双向提水装置，用以通过注排增减腔中水量来维持船身平衡和吃水深度。漂浮船机架正中线上设置一驱动轴，一端通过驱动轮、离合器、变速器等传动装置，连接到发电机；另一端于两轴承间设置若干对以驱动轴为对称轴，以轮辐为边长，以略小于两轴承间的长度为宽的矩形合叶扇框架.合叶扇框架外端装置一能绕合叶轴左右灵活摆动180度角的合叶扇。在以驱动轴为圆心，以略小于辐长与合叶扇长度之差为半径的外圆，与以略大于合叶扇的长度为半径，以合叶轴为圆心的外圆的切点轨迹上，设置一与合叶扇框架内宽度等高的导流圈。又于发电船上水头非受力侧设置一斜向受力侧和下水头受力侧设置一斜向非受力侧的导流板。这样，非受力侧流水经导流板折向受力侧，又经导流圈接替导流继续流向受力侧，与直接冲来的受力侧的流水，合流冲动逐渐闭合且贴靠在档铁上的，受力角度逐渐增大而直至于垂直流向的合叶扇；同时，导流圈不但阻隔了受合叶扇阻挡的流水从中间折向非受力侧而不做功，还在导流圈与合叶扇背面的夹角区形成一负压区。这样，产生于合叶扇正面的正压推力和产生于合叶扇背面的负压引力，同时作用于合叶扇，经合叶扇框架将直线运动的水能转换成旋转运动的机械能，并由驱动轴输送到发电机发电。当运动的合叶扇一到非受力侧，便平行于流向而自动顺水张开，与流向夹角为零不再受力，同时也不产生阻力，轻松被动的越过非受力区，回到上水头起点。这样，若干对对称的合叶扇，都是一扇受力做功，对称的另一扇轻松运行，总是动力大于阻力。如此一直周而复始，循环往复地持续旋转做功。
附图说明
下面结合附图对本发明的技术实施进一步的说明。
图1为本发明水力发电船的前正视图，示出了整体发电船的结构概况。
图2为本发明水力发电船的横剖面俯视图，示出了本发明水力发电船的工作原理和导流圈阻隔动力流水泄向非受力侧并与合页扇共同在其背面形成负压的过程。
图3为本发明水力发电船核心部件——合叶扇的横视图。
图4为本发明水力发电船合叶扇的纵视图，与图3共示出了合叶扇绕合叶轴左右摆动。
图5为漂浮体的侧视图，示出了漂浮体为一长方体。
图6为漂浮体的纵剖视图，示出了以注排增减漂浮体内空腔水量来平衡发电船体，调节吃水深度的功能。
图7为本发明水力发电船的导流板前正视图，示出了流水流向导流板，被折向受力侧的导流功能和集水功能。
图8为本发明水力发电船导流板的俯视图，更清楚地示出流水冲向导流板，被折向受力侧，合流冲击合叶扇的过程。
具体实施方式
从图1至图8所示的本发明水力发电船，是将两个对称平衡且有内腔(15)，其上设置有双向提水装置(6)的漂浮体(4)，通过机架(3)连接成一个固定整体船。整体船漂浮在水上且通过锚拉环(5)锚定岸上和(或)水下。漂浮船正中线上设置一驱动轴(1)。其一端通过驱动轮、离合器和变速器构成的传动装置(2)连动到发电机(14).驱动轴(1)两轴承间沿轮辐方向设置若干对以驱动轴(1)为对称轴以小于两轴承间距为宽，以辐长为边长的矩形对称合叶扇框架(7)。合叶扇框架(7)外端设置一绕合叶轴(8)左右灵活摆动180度角，且能贴靠在档铁(13)上的合叶扇(9)。在以驱动轴(1)为圆心，以略小于轮辐(7)与合叶扇(9)长度之差为半径的外圆，与以合叶扇轴(8)为圆心，以略大于合叶扇(9)的边长为半径的外圆切点的轨迹上，设置一同合叶扇框架(7) 内宽等高的导流圈(12)。又于发电船上水头非受力侧(B区)，和下水头受力侧(A区)分别各设置一块斜向受力侧(A区)和斜向非受力侧(B区)的导流板(11)。当流水冲动处于a点的合叶扇(9)时，合叶扇(9)顺流摆动而闭合，自动贴靠在挡铁(13)上，随合叶扇框架(7)转动而受力角度逐渐增大，过b点到c点时，垂直于流向达到受力最大值。当流水部分地冲向非受力侧(B区)时，经导流板(11)的导流折向受力侧(A区)。两水合流冲击，合力作用于合叶扇(9)。同时导流圈(12)接递导流板(11)的导流过程，不但封堵了从中间泄流非受力侧(B区)的通道，还与合叶扇(9)共同在合叶扇(9)背面的夹角区形成一负压区。这样，产生于合叶扇(9)正面的正压推力和产生于合叶扇(9)背面的负压引力，同时作用于合叶扇(9)，经合叶扇框架(7)将直线运动的水能转换成驱动轴(1)的旋转运动的机械能，驱动发电机发电。当合叶扇(9)过C点后，受力角度逐渐变小；运动到e点到达非受力侧(B区)时，因其背面逆流向受力而顺水张开，旋转摆动，受力角度逐渐变小，直到平行于流向为零，两面均不再受力。合叶扇(9)过非受力侧(B区)的e、f、g、h…点的整个过程，微有阻力可忽略不计，回到上水头起点a。这样，若干对对称的合叶扇(9)，都处在一扇受力工作，对称扇轻松运动，总是处在动力大于阻力的运动状态中。如此一直周而复始、循环往复地持续旋转发电。
当发电船自身偏重或外力冲击，左右失衡或前后倾斜或吃水深度不理想时，可开启设置在漂浮体(4)上面的双向提水装置(6)，通过注排增减漂浮体(4)内腔(15)中的水量来保持船身平衡，调节吃水深度。其如图6.1注水增量，漂浮体(4)下降；图6.2排水减量，漂浮体(4)上升。
本发明水力发电船不局限于图1至图8所示的实施结构和方法。整体结构可以具有其它结构变形。如驱动轴(1)可横可竖，可斜向设置；漂浮体(4)可多可少，可空可实(如塑料泡沫材料)；漂浮体(4)内腔(15)可多可少，可大可小；内腔(15)内配重料可液体可固体；导流板(11)装置处可前可后，可左可右，可上可下；合叶扇框架(7)内的合叶扇(9)可多可少，可长可短。总之，只要受力合叶扇(9)能随流水旋转摆动180度角，一扇迎流向能自动闭合，受力角度逐渐增大，直至垂直于流向而受力，另一扇迎流向能自动张开，受力角度逐渐变小，直至平行于流向而不受力；只要采用增减配重料以达到保持船身平衡，调整吃水深度的目的之方法；只要采用导流圈(12)导流板(11)改变流向，聚集水能，产生负压的方法，均落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.本发明提供的水力发电船是针对只有通过筑坝、截流、蓄水从而提高水位和流速才能实现水力发电的现有技术设计的一种无须筑坝、截流、蓄水就能直接实现水力发电的水力发电船。其包括一对对称的漂浮体(4)，和漂浮体(4)内设置的空腔(15)，以及漂浮体(4)上方设置的一套双向提水装置(6)，两漂浮体(4)靠框架(3)连接成整体漂浮船，漂浮船正中线上设置的驱动轴(1)，驱动轴(1)一端用驱动轮、离合器和变速器构成的传动装置(2)连接到发电机，驱动轴(1)上两轴承间设置若干对以驱动轴(1)为对称轴的轮辐框架(7)，轮辐框架(7)外端装置若干能绕合叶轴(8)左右摆动180度的合叶扇(9)，上下轮辐间设置一以驱动轴(1)为圆心，以稍小于轮辐(7)与合叶扇(9)的长度差为半径的圆桶形导流圈(12)，漂浮船体上水头非受力侧(B区)和下水头受力侧(A区)各斜置若干块导流板(11)。
其特征在于：
所述水力发电船支撑在两个漂浮体(4)上，并通过双向提水装置(6)与漂浮体(4)内空腔(15)注排增减水量维持船体平衡和调节吃水深度；发电船整体通过锚拉环(5)牵拉，使之只能在原处随水位涨落而升降，却不能被冲走；当流水冲向发电船时，一半直接冲向受力侧(A区)冲击合叶扇(9)，一半冲向非受力侧(B区)的导流板(11)，折向冲入受力侧(A区)，与直接冲向受力侧(A区)的流水合流冲击合叶扇(9)，使合叶扇(9)自动闭合并贴靠在档铁(13)上，逐渐增大受力角度，直至垂直于流向接受流体动力而做功，同时合流流水在导流圈(12)的续导和封堵下，不能从中间泄向非受力侧(B区)，却在合叶扇(9)背面与导流圈(12)的夹角区形成一负压区，引拉合叶扇(9)合力做功；合叶扇(9)被推引至下水头时自动开启，与流向平行，直至回到起点a，阻力一直几近于零；若干对对称合叶扇(9)，总是一扇受力做功，另一扇轻松转动，动力总是大于阻力，如此周而复始，循环往复，连续不断地把流水的直线运动转变为驱动轴(1)的旋转运动，又经一套变速传动装置(2)传递到发电机，从而无须筑坝、截流、蓄水提高水位和流速就能实施水力发电技术。
2.按照权利要求1所述成对漂浮体(4)，其特征在于：可以是整体空腔(15)，也可以是塑料泡沫或其他漂浮材料，但要留足够大的一至多个空腔(15)，以配合双向提水装置(6)以对内注水或对外排水，以达到增减重量，平衡船身，调节吃水深度之效。
3.按照权利要求(1)所述的合叶扇(9)，其特征在于：所述合叶扇(9)能绕合叶轴(8)左右灵活摆动180度角，且能够贴靠在档铁(13)上，并且合叶扇(9)、合叶轴(8)及档铁(13)和上下轮辐(7)、驱动轴(1)能一起同步同向运动。
4.按照权利要求1所述的合叶轴(8)，其特征在于：所述合叶轴(8)能让合叶扇(9)左右灵活摆动180度角，或合叶扇(9)与合叶扇轴(8)固定一体，能在合叶框架(7)上左右灵活摆动180度角。
5.按照权利要求1所述导流圈(12)，其特征在于：所述导流圈(12)为与驱动轴(1)同心的圆桶形，其要求为合叶扇(9)贴靠档铁(13)后不互相接触为准，其高度为上下轮辐的间距。
6.按照权利要求1所述导流板(11)，其特征在于：所述导流板(11)为等于或大于所述发电船上水头非受力侧断面的平滑板块，具有显著的导流和集流功能。
7.按照权利要求1所述的合叶扇(9)、合叶轴(8)、合叶扇框架(7)，其特征在于：所述合叶扇(9)、合叶轴(8)、合叶扇框架(7)从结构和功能上共同构成以驱动轴(1)为对称轴的循环变动的两部分——顺流闭合与流向成一定角度接受流体动力；逆流展开与流向平行为零度不接受流体动力，其结构是关键部件，其方法是核心技术。
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