CN106917715A - 一种潜流式外置自控发电系统 - Google Patents

一种潜流式外置自控发电系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及水力发电技术领域，提供了一种潜流式外置自控发电系统，包括进水单元、水轮机、发电机；进水单元为喇叭状，喇叭开口方向为来水方向；进水单元与水轮机进水一端固定连接；水轮机尾端设置有轮体，轮体与水轮机转轴或水轮机旋转浆片外缘固定连接；轮体与水轮机转轴同步转动；轮体外周缘设置有轮齿；轮体直径大于发电机齿轮直径；发电机与轮体通过齿轮啮合或链条传动连接。本发明的有益效果为：适用于山地河流或具有高程差的河流，对流量限制小，适用范围广；不需要拦河筑坝，系统的主要部分设置于水下，保护了生态环境；模块化，多个系统可串联使用，提高发电效力；设计新颖、合理，应用前景广阔。

Description

一种潜流式外置自控发电系统
技术领域
本发明涉及水力发电技术领域，特别涉及一种潜流式外置自控发电系统。
背景技术
随着世界各国对能源需求的不断增长和环境保护的日益加强，清洁能源的推广已成必然趋势；水力发电作为一种清洁能源，已经得到了广泛的应用。
河道水力能源的利用一般需要筑坝提升水位，再利用水的势能发电，但筑坝提升水位会对区域生态造成一定影响。
我国山地面积广阔，存在众多的山地河流，很多的河流流量不大，不存在筑坝发电的条件；并且山地河流的流量受降雨的影响，流量变化大，呈现非常明显的季节性特点，夏季河水暴涨，冬季枯水甚至无水。
山地河流的水能是一笔宝贵的能源，如何利用山地河流的水力进行发电，目前还没有见到相关的现有技术。
发明内容
本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种潜流式外置自控发电系统，利用众多山地河流或其他具有高程差的河流的水力发电，不需要拦河筑坝，保护了环境生态，具有重大的现实意义。
本发明一种潜流式外置自控发电系统，包括进水单元、水轮机、发电机；
所述进水单元为喇叭状，喇叭开口方向为来水方向；所述进水单元与所述水轮机进水一端固定连接；
所述水轮机尾端设置有轮体，所述轮体与水轮机转轴或水轮机旋转浆片外缘固定连接；所述轮体与所述水轮机转轴同步转动；所述轮体外周缘设置有轮齿；所述轮体直径大于发电机齿轮直径；
所述发电机与所述轮体传动连接。
进一步的，所述发电机齿轮与所述轮齿直接啮合实现传动。
进一步的，所述发电机齿轮与所述轮齿通过链条实现传动。
进一步的，所述进水单元包括位于该单元上方的第一部，所述第一部为上下可调结构，通过调节所述第一部可改变所述进水单元的迎水面积。
进一步的，所述进水单元还包括位于下方的第二部，所述第二部固定于河道底部。
进一步的，所述水轮机出水端设置有后扩部，所述后扩部为喇叭状，所述后扩部与所述水轮机外壳组装为一体或一体成型。
进一步的，所述轮体直径大于所述后扩部的最大截面尺寸。
进一步的，所述系统还包括控制模块，所述控制模块根据所述水轮机旋转桨叶的转速调节所述第一部，进而调节所述进水单元的迎水面积，使所述水轮机旋转桨叶的转速保持在设定范围内。
进一步的，所述进水单元的迎水面积通过调节所述第一部与水流方向的夹角实现。
进一步的，所述系统的发电功率为0.6-6kw。
本发明的有益效果为：适用于山地河流或具有高程差的河流，对流量限制小，适用范围广；不需要拦河筑坝，系统的主要部分设置于水下，保护了生态环境；模块化，多个系统可串联使用，提高发电能力；设计新颖、合理，应用前景广阔。
附图说明
图1所示为本发明实施例一种潜流式外置自控发电系统结构示意图。
图2所示为第一部结构示意图。
图3所示为轮体与发电机齿轮啮合示意图。
图4所示为轮体与发电机齿轮通过链条传动示意图。
其中：1-进水单元、2-水轮机、3-后扩部、4-轮体、5-发电机、11-第一部、12-第二部、21-水轮机转轴、41-轮齿、51-发电机齿轮、6-链条。
具体实施方式
下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。
如图1-4所示（图1-4中，水轮机旋转浆片均未示出，水轮机旋转浆片可采用任何公知的旋转浆片），本发明实施例一种潜流式外置自控发电系统，包括进水单元1、水轮机2、发电机5；
所述进水单元1为喇叭状，喇叭开口方向为来水方向；所述进水单元1与所述水轮机2进水一端固定连接；
所述水轮机2尾端设置有轮体4，所述轮体4与水轮机转轴21或水轮机旋转浆片外缘固定连接；所述轮体4与所述水轮机转轴21同步转动；所述轮体4外周缘设置有轮齿41；所述轮体4直径大于发电机齿轮51直径；
所述发电机5与所述轮体4传动连接。
如图3-4所示，所述发电机齿轮51与所述轮齿41可以直接啮合实现传动，也可以通过链条6实现传动。
优选的，所述进水单元1包括位于该单元上方的第一部11，所述第一部11为上下可调结构，通过调节所述第一部11可改变所述进水单元1的迎水面积。
优选的，所述进水单元1还包括位于下方的第二部12，所述第二部12固定于河道底部。
优选的，所述水轮机2出水端设置有后扩部3，所述后扩部3为喇叭状，所述后扩部3与所述水轮机2外壳组装为一体或一体成型。
优选的，所述轮体4直径大于所述后扩部3的最大截面尺寸，通过增大轮体4与发电机齿轮51的直径比提高整体系统的发电效率。
优选的，所述系统还包括控制模块，所述控制模块根据所述水轮机2旋转桨叶的转速调节所述第一部11，进而调节所述进水单元1的迎水面积，使所述水轮机2旋转桨叶的转速保持在设定范围内。所述进水单元1的迎水面积可通过调节所述第一部11与水流方向的夹角实现。
所述系统的发电功率为0.6-6kw。
在实际应用中，进水单元1为喇叭状即可，图2的实施例中截面形状为长方形，并不作为截面形状的限制，可根据需要设计成圆形、椭圆形、多边形等多种形状。进水单元1的迎水面积为固定或可调节均可；若为可调节结构，通过第一部11调节进水单元1的迎水面，第一部11可设置成绕轴转动的结构，当向下旋转时，迎水面减小，当向上转动时，迎水面增大。第二部12用于固定本发明系统，其具体形式可以多种多样，图2中的第二部12仅作为示例。
作为优选项的后扩部3，其功能是利用虹吸原理，加快水轮机2内水流速度，提高旋转桨叶的旋转速度，进而提高发电效率。
水轮机2与发电机之5间的传动方式，本发明给出了2种实施例：
1、轮体4与发电机齿轮51直接啮合传动；
2、轮体4与发电机齿轮51通过链条6传动。
本发明实施例中的控制模块，其作用是保持旋转桨叶的旋转速度（或发电机转速、水轮机转轴转速）在设定的范围内；旋转桨叶的旋转速度与河道来水速度、进水单元1的迎水面积有关；具体控制程序为：控制模块采集旋转桨叶（或发电机转速、水轮机转轴转速）的旋转速度数据，当转速大于设定值（区间）时，控制模块对第一部11发出控制信号，通过调节第一部11以减少迎水面积，迎水面积的减小会导致进入水轮机2的水量减小，流速降低，进而会降低旋转桨叶的转速；当转速小于设定值（区间）时，控制模块对第一部11发出控制信号，通过调节第一部11以增大迎水面积，迎水面积的增大会导致进入水轮机2的水量增加，流速提高，进而会提高旋转桨叶的转速。上述控制过程周而复始，可将旋转桨叶的转速控制在设定的区间内，保证了发电功率的稳定。
对于较宽的河流，本发明一种潜流式外置自控发电系统可以模块化，多个本发明的发电系统串联成一个大的发电系统，更充分利用水力。
发电机的功率可以根据河流的季节性来水规律进行匹配，当来水量少，水速低时，采用较低功率的发电机5；当来水量大，水速高时，采用较高功率的发电机5。具体发电机功率的选择，根据每条河流的的季节性特点确定。由于本发明发电机5与水轮机2采用齿轮或链条传动，彼此相对独立，不同功率发动机的更换很方便。
本发明的进水单元1、水轮机2均设置于水下，突破了山地河流不适于筑坝的瓶颈，且不改变原来的生态环境，真正实现了能源的绿色环保。
本发明可以因地制宜，就地取材，例如，废旧的自行车车轮可以作为轮体4使用。
本发明的有益效果为：适用于山地河流或具有高程差的河流，对流量限制小，适用范围广；不需要拦河筑坝，系统的主要部分设置于水下，保护了生态环境；模块化，多个系统可串联使用，提高发电能力；设计新颖、合理，应用前景广阔。
本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。

Claims (10)

1.一种潜流式外置自控发电系统，其特征在于，包括进水单元、水轮机、发电机；
所述进水单元为喇叭状，喇叭开口方向为来水方向；所述进水单元与所述水轮机进水一端固定连接；
所述水轮机尾端设置有轮体，所述轮体与水轮机转轴或水轮机旋转浆片外缘固定连接；所述轮体与所述水轮机转轴同步转动；所述轮体外周缘设置有轮齿；所述轮体直径大于发电机齿轮直径；
所述发电机与所述轮体传动连接。
2.如权利要求1所述的潜流式外置自控发电系统，其特征在于，所述发电机齿轮与所述轮齿直接啮合实现传动。
3.如权利要求1所述的潜流式外置自控发电系统，其特征在于，所述发电机齿轮与所述轮齿通过链条实现传动。
4.如权利要求1所述的潜流式外置自控发电系统，其特征在于，所述进水单元包括位于该单元上方的第一部，所述第一部为上下可调结构，通过调节所述第一部可改变所述进水单元的迎水面积。
5.如权利要求4所述的潜流式外置自控发电系统，其特征在于，所述进水单元还包括位于下方的第二部，所述第二部固定于河道底部。
6.如权利要求1-5任一项所述的潜流式外置自控发电系统，其特征在于，所述水轮机出水端设置有后扩部，所述后扩部为喇叭状，所述后扩部与所述水轮机外壳组装为一体或一体成型。
7.如权利要求6所述的潜流式外置自控发电系统，其特征在于，所述轮体直径大于所述后扩部的最大截面尺寸。
8.如权利要求4所述的潜流式外置自控发电系统，其特征在于，所述系统还包括控制模块，所述控制模块根据所述水轮机旋转桨叶的转速调节所述第一部，进而调节所述进水单元的迎水面积，使所述水轮机旋转桨叶的转速保持在设定范围内。
9.如权利要求8所述的潜流式外置自控发电系统，其特征在于，所述进水单元的迎水面积通过调节所述第一部与水流方向的夹角实现。
10.如权利要求1-5、7-8任一项所述的潜流式外置自控发电系统，其特征在于，所述系统的发电功率为0.6-6kw。
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