CN106968869A - 低流速动能收集与运用系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于水力发电系统领域，本发明针对现有的发电装置叶轮容易被漂浮物缠绕的技术问题，具体公开了一种低流速动能收集与运用系统，包括：固定架，固定架包括固定桩和能够伸缩的固定杆，固定桩与地面固定连接，固定杆的基端与固定桩连接；浮艇，浮艇的表面上固设有螺旋状的桨叶，固定杆的自由端与浮艇转动连接；防护装置，防护装置内部设有安装腔，防护装置的表面设有拦截网，防护装置与浮艇固定连接；能量转换装置，能量装换装置包括动能收集器和能量存储器，动能收集器为能够将水流的动能装换为电能的装置，动能收集器固定在安装腔内，动能收集器与固定架之间设有伸缩杆，动能收集器与能量存储器之间设有能量传输通道。

Description

低流速动能收集与运用系统

技术领域

本发明涉及水力发电系统领域，具体涉及一种低流速动能收集与运用系统。

背景技术

在众多能源中，水力发电具有清洁和可再生的特性，作为一种解决能源问题的长效手段，受到前所未有的重视，得到了人们的大力开发。但是，修大坝，建电站耗资巨大，有的地方根本无法承担，而且会带来移民安置、生态环境等一系列问题。

我国大部分的山区和海岛，受制于交通，输电线路建设困难等因素，导致电能供应能力不足，制约了居民对电能的使用。在山区和海岛的附近，基本都有水流动力（山区有溪流，海岛附近有海浪、潮汐）。但是这些水流动力如果直接应用于水力发电，这些水流的流速不够，水流动力不足，现有的水力发电技术，是通过将水流的位能（重力势能）或者动能转变为电能进行发电的。在现有的利用水力发电的技术中，主要采用的是冲击式发电，这对水流的流速（落差）要求较高。并且还需要建立发电站，投入成本非常高。

针对这种情况，市面上出现了一种江河浮力水轮发电装置，是由浮力器、叶轮、发电机及变速箱构成，在各浮力器之间横向贯穿叶轮轴，各叶轮轴上固定有叶轮，各叶轮轴通过传动轴和发电机传动连接。该装置可在不同流域发电，但是该装置存在如下问题：1在江河、溪流中存在大量的漂浮物（如树脂、杂草以及其他人造物品），有些漂浮物会缠绕在叶轮周围，导致叶轮无法正常工作。

发明内容

本发明针对现有的发电装置叶轮容易被漂浮物缠绕的技术问题，提供了一种低流速动能收集与运用系统。

本发明提供的基础方案为：低流速动能收集与运用系统，包括：

固定架，固定架包括固定桩和能够伸缩的固定杆，固定桩固定在地面上，固定杆的基端与固定桩连接；

浮艇，浮艇的表面上固设有螺旋状的桨叶，固定杆的自由端与浮艇转动连接；

防护装置，防护装置内部设有安装腔，防护装置的表面设有拦截网，防护装置与浮艇固定连接；

能量转换装置，能量装换装置包括动能收集器和能量存储器，动能收集器为能够将水流的动能装换为电能的装置，动能收集器固定在安装腔内，动能收集器与固定架之间设有伸缩杆，动能收集器与能量存储器之间设有能量传输通道。

本发明的工作原理及优点在于：固定架主要是防止本系统中的各个结构被水流冲走。在现有技术中的浮力器主要是起到了让整个装置浮在水面上的作用，在本发明中浮艇同样也有这样的效果，但是在浮艇表面上设置的螺旋状的桨叶，在浮艇受到水流冲击时，由于固定杆的自由端与浮艇转动连接，浮艇会转动起来。

动能收集器与固定架之间设有伸缩杆，能够防止动能收集器跟着防护装置一起转动。当然伸缩杆还有一个用途，是在水位下降或者上升时，能够配合浮艇调节防护装置的高度（或者说防护装置与固定架之间的距离）。固定杆能够伸缩，可以让浮艇随着水面调整高度（或者说浮艇与固定桩的距离）。

防护装置与浮艇固定连接，在浮艇的带动下，防护装置也会转动起来，在防护装置转动的过程中，如果有漂浮物顺着水流与防护装置接触，漂浮物也会随着防护装置转动起来，在防护装置转动的过程中，就使得漂浮物越过了防护装置。即漂浮物在防护装置转动的过程，漂浮物会顺着防护装置的转动，从防护装置的上方或者下方（具体方向与防护装置的转动方向有关）通过。这样就避免了漂浮物附着在防护装置表面的情况。

现有技术中为漂浮物缠绕叶轮的情况，通常是在叶轮的外侧安装固定的防护网，漂浮物很容易将防护网堵住。如果防护网被堵住了，那么水流将不会冲击到叶轮，这样叶轮就不能够将水流的动能收集起来了。但是在本发明中，就避免了这类情况。在本方案中，防护装置与浮艇配合，在水流的冲击下转动，让漂浮物绕开防护装置，这样既能达到防止漂浮物缠绕叶轮的情况，另一方面，也能够防止漂浮物堵住防护装置，让水轮能够正常收集到水流的动能。

还有一点，在浮艇转动的过程中，事实上是会消耗水流的动能的。因此我们并没有将螺旋状的桨叶安装在防护装置上。主要是考虑到动能收集器安装在防护装置内，如果水流的动能被防护装置消耗了，那么动能收集器受到的水流冲击会变小。因此设计让浮艇带动防护装置转动，浮艇与防护装置对水流的冲击力的利用上，是相互错开的，并不会影响。而且由于水面张力的情况，在防护装置转动时，防护网一侧从水面冒出来（动能收集器的前侧，定义动能收集器最先与水流接触的一侧为前侧），另一侧（动能收集器的后侧）沉入到水面以下。这样的过程，会在防护装置内部形成一个液面差，这样还能够提高水流对动能收集器的冲击力，等同于将浮艇受到的水流动能转移一部分到动能收集器一侧，提高动能收集器的收集效果。

当然，上述的提高动能收集器的收集效果与浮艇的转动方向有关，但是事实上这样的效果是存在的。如果浮艇的转动方向与上述的方向相反，那么这样的转动方向能够使漂浮物从防护装置的底部绕过，与漂浮物从防护装置的顶部绕过相比，这样的方式无疑让漂浮物更易绕过防护装置（主要是不需要将漂浮物举出水面），提高漂浮物绕过防护装置的速度。

本系统将水流的动能收集之后，动能收集器将动能转变为电能，电能在能量存储装置中被存储起来，在具体运用时，可以通过一定的手段，让电能释放出来。

本发明低流速动能收集与运用系统，利用浮艇带动防护装置转动，让漂浮物更易绕过防护装置，达到避免漂浮物缠绕动力收集器的效果。

进一步，防护装置包括笼状的防护架体，拦截网蒙设在防护架体的表面。笼状的防护架体能够让防护装置更加稳固，并且有防护架体做支撑，拦截网也能够更好的防止漂浮物与动能收集器接触。

进一步，固定架的数量为两根，两根固定架的形状结构均相同，固定杆的基端与固定桩铰接。提升本系统的稳固性，一根固定架容易出现不稳固的情况。

进一步，防护装置位于两根固定架之间。这样固定架也对防护装置起到保护作用，避免从岸边掉落的一些石块砸到防护装置上。

进一步，浮艇与两个固定杆之间设有安装盘，固定杆与安装盘固定连接，安装盘上设有安装孔，浮艇与防护装置之间设有连接轴，连接轴穿过安装孔，连接轴与安装孔之间设有轴承。安装盘的设置让固定杆、浮艇以及防护装置的连接更加稳固。

进一步，动能收集器包括收集架和若干水力发电机，水力发电机固定在收集架上。设置若干水力发电机，相比于设置一台水力发电机，能够提升对水流动能的利用率。

进一步，能量存储器为蓄电池，能量传输通道为导线。能量存储器可以通过机械储能、电磁储能、电化学储能和相变储能等方式将能量存储起来，本方案中选用蓄电池的原因是结构简单，搬运方便。

附图说明

图1是本发明低流速动能收集与运用系统实施例的侧剖图；

图2是图1的俯视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：固定桩10、固定杆11、伸缩杆12、浮艇20、桨叶21、防护装置30、收集架31、水力发电机40、安装盘41。

实施例1

基本如附图1、图2所示：低流速动能收集与运用系统，包括：

固定架，固定架的数量为两根，固定架包括固定桩10和固定杆11，固定桩10固定在地面上，两个固定桩10一个安装在水面以上，一个固定在水面以下，在实际应用过程中，由于浮艇可能随着水面的上升、下降而运动。为保证浮艇一直与水面接触，所以将固定杆11设计成可伸缩的结构，然后固定杆11的基端与固定桩10铰接。

浮艇20，浮艇20的表面上固定焊接有螺旋状的桨叶21，固定杆11的自由端与浮艇20转动连接，浮艇20与两个固定杆11之间设有安装盘41，固定杆11与安装盘41固定连接，安装盘41上设有安装孔。其实桨叶21也可以不用为螺旋形的，其他的形状也可以，但是我们在实际中发现如果是其他形状的，也会出现漂浮物附着在桨叶21上的情况。因此在本实施例中采用的是螺旋形的，漂浮物会随着水流一起顺着螺纹与浮艇20分离，不会缠绕在浮艇20上。

防护装置30，防护装置30内部设有安装腔，防护装置30的表面设有拦截网，防护装置30与浮艇20固定连接，防护装置30位于两根固定架之间。这样主要是利用固定架（或者说固定杆11）将防护装置30夹持起来，对防护装置30也起到保护的作用。

能量转换装置，能量装换装置包括动能收集器和蓄电池，动能收集器包括收集架31和若干水力发电机40，水力发电机40固定在收集架31上，收集架31与固定架之间设有伸缩杆12，防护装置30上设有供伸缩装置穿过的圆孔，动能收集器固定在安装腔内，水力发电机40与蓄电池之间设有导线。当然按照常识，在水力发电机40与蓄电池之间肯定是需要安装降压变压器，整流电路，电流控制电路的。

其中，浮艇20与防护装置30之间设有连接轴，连接轴穿过安装孔，连接轴与安装孔之间设有轴承。

具体使用时：可以将本系统安装在溪流、江河或者海边，利用水流的动力驱动浮艇20和水力发电机转动。并且由于固定架的数量为两个，固定架与地面在任意时刻都构成一个三角形的稳定结构，稳定性较高，在出现水流速度突然加快的情况，也不会轻易的导致本系统损坏。

实施例2

与实施例1相比，不同之处仅在于，固定架的数量为三根。主要是这样对防护装置30的保护会更好。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (7)

1.低流速动能收集与运用系统，其特征在于，包括：

固定架，固定架包括固定桩和能够伸缩的固定杆，固定桩固定在地面上，固定杆的基端与固定桩连接；

浮艇，浮艇的表面上固设有螺旋状的桨叶，固定杆的自由端与浮艇转动连接；

防护装置，防护装置内部设有安装腔，防护装置的表面设有拦截网，防护装置与浮艇固定连接；

能量转换装置，能量装换装置包括动能收集器和能量存储器，动能收集器为能够将水流的动能装换为电能的装置，动能收集器固定在安装腔内，动能收集器与固定架之间设有伸缩杆，动能收集器与能量存储器之间设有能量传输通道。

2.根据权利要求1所述的低流速动能收集与运用系统，其特征在于，防护装置包括笼状的防护架体，拦截网蒙设在防护架体的表面。

3.根据权利要求1所述的低流速动能收集与运用系统，其特征在于，固定架的数量为两根，两根固定架的形状结构均相同，固定杆的基端与固定桩铰接。

4.根据权利要求3所述的低流速动能收集与运用系统，其特征在于，防护装置位于两根固定架之间。

5.根据权利要求3或4所述的低流速动能收集与运用系统，其特征在于，浮艇与两个固定杆之间设有安装盘，固定杆与安装盘固定连接，安装盘上设有安装孔，浮艇与防护装置之间设有连接轴，连接轴穿过安装孔，连接轴与安装孔之间设有轴承。

6.根据权利要求1-4任一项所述的低流速动能收集与运用系统，其特征在于，动能收集器包括收集架和若干水力发电机，水力发电机固定在收集架上。

7.根据权利要求1-4任一项所述的低流速动能收集与运用系统，其特征在于，能量存储器为蓄电池，能量传输通道为导线。