CN107044375A - 水轮机及具有该水轮机的水力发电装置 - Google Patents
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Abstract
一种水轮机包含一基座、一旋转组件、多个连接组件，及多个叶片组件。该基座包括一枢轴，该旋转组件包括一可转动地枢接于该枢轴的旋转件，旋转件具有多个以枢轴为中心呈环状相间隔排列的安装部。每一连接组件包括一连接于对应之安装部的连接杆。所述叶片组件分别与所述连接杆对应枢接，每一叶片组件面向一流体时，会朝接近连接组件的连接杆方向枢转，并接受该流体推动而带动该连接组件连动该旋转组件绕枢轴转动，直到该旋转组件转动至使该叶片组件背向该流体，则该叶片组件朝远离该连接组件的连接杆方向转动至面向该流体。本申请还包括具有该水轮机的水力发电装置。借此，降低水流带动水轮机旋转时的阻力，以提升水轮机带动发电机运转发电的效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种水轮机及具有该水轮机的水力发电装置，特别是涉及一种叶片可旋转以调整角度的水轮机及具有该水轮机的水力发电装置。
背景技术
现有水力发电装置中，有些水力发电装置是应用在例如河流或溪流的水道，利用河流或溪流中的水流冲击水轮机的叶片，以持续地带动水轮机旋转，使得水轮机能带动发电机运转发电。
目前应用在河流或溪流的水力发电装置中，其水轮机是竖立地设置于水道上，水轮机包括一呈横向延伸的转轴，及多片呈放射状排列的叶片。各叶片的角度是固定而无法调整的，所述叶片中的一部分叶片穿伸至水道的水流水面下并可被水流冲击，而其余叶片则显露在水流水面上方。然而，上述水轮机的设置方式会占据水流水面上方的空间，造成船只行驶于水道上的不便，甚至是无法行驶于水道上。此外，由于各叶片的角度为固定且无法转动调整，因此，水流冲击水面下的叶片时，水流冲击叶片的冲击力量需大于显露在水流水面上方的叶片所受到的空气阻力，如此，水流才能顺利地带动水轮机旋转。所以，水流要带动现有水轮机旋转时所受到的阻力较大，导致水轮机带动发电机运转发电的效率较低。
发明内容
本发明的其中一目的在于提供一种水轮机，其叶片组件绕枢轴公转的过程中能同时自转以调整角度，借此，能降低水流带动水轮机旋转时的阻力。
本发明的其中另一目的在于提供一种具有水轮机的水力发电装置，水轮机的叶片组件绕枢轴公转的过程中能同时自转以调整角度，借此，能降低水流带动水轮机旋转时的阻力，以提升水轮机带动发电机运转发电的效率。
本发明水轮机包含一基座、一旋转组件、多个连接组件，及多个叶片组件。该基座包括一枢轴，该旋转组件包括一可转动地枢接于该枢轴的旋转件，该旋转件具有多个以该枢轴为中心呈环状相间隔排列的安装部。所述连接组件分别安装于所述安装部，且每一连接组件包括一端连接于对应之该安装部且与该枢轴垂直的一连接杆。所述叶片组件分别与所述连接杆对应枢接并平行于该枢轴，且每一叶片组件面向一流体时，会朝接近该连接组件的连接杆方向枢转，并接受该流体推动而带动该连接组件连动该旋转组件绕该枢轴转动，直到该旋转组件转动至使该叶片组件背向该流体，则该叶片组件朝远离该连接组件的连接杆方向转动至面向该流体。
本发明水轮机，每一叶片组件面向一流体时，会朝接近该连接组件的连接杆方向枢转直到受该连接杆挡止而与该流体概呈垂直。
本发明水轮机，每一叶片组件包括一连接对应之该连接杆并平行于该枢轴的一延伸板、一可转动地与该延伸板枢接并与该延伸板平行且界定出一第一轴线的支柱，及一连接该支柱并可受该支柱带动而绕该第一轴线旋转的叶片。
本发明水轮机，每一叶片组件的延伸板具有一连接对应之该连接杆并平行于该枢轴的第一板部，及自该第一板部两端朝远离该枢轴方向延伸的第二板部，该叶片组件的支柱之两端分别与所述第二板部枢接。
本发明水轮机，每一叶片组件还包括一设置在其中一个第二板部的第一限位块，每一叶片组件的叶片背向该流体时，会朝远离该连接组件的连接杆方向枢转直到受该第一限位块挡止而与该连接杆之夹角呈120度，该叶片被限制于该第一限位块与该连接杆之间绕该第一轴线转动。
本发明水轮机，每一叶片组件的叶片具有一与该支柱连接的框部，及一与该框部结合并用以迎受该流体的受力部。
本发明水轮机，该受力部是由一防水软质布所构成。
本发明水轮机，每一连接组件还包括多个设置在该连接杆并用以强化该连接杆结构强度的肋条。
本发明水轮机，该旋转件还具有一可转动地枢接于该枢轴邻近该基座之一端的下旋转部、一可转动地枢接于该枢轴远离该基座之一端的上旋转部，及多个两端分别连接于该下旋转部及该上旋转部的支撑部，所述安装部是分别设置在所述支撑部。
本发明具有水轮机的水力发电装置包含一发电机、一传动机构，及一水轮机。该传动机构连接于该发电机并可带动该发电机运转发电。该水轮机包含一基座、一旋转组件、多个连接组件，及多个叶片组件。该基座包括一枢轴，该旋转组件包括一可转动地枢接于该枢轴的旋转件，及一固定地连接于该旋转件并与该传动机构连接的传动件，该旋转件可绕该枢轴旋转并带动该传动件且连动该传动机构驱动该发电机运转，该旋转件具有多个以该枢轴为中心呈环状相间隔排列的安装部。所述连接组件分别安装于所述安装部，且每一连接组件包括一端连接于对应之该安装部且与该枢轴垂直的一连接杆。所述叶片组件分别与所述连接杆对应枢接并平行于该枢轴，且每一叶片组件面向一流体时，会朝接近该连接组件的连接杆方向枢转，并接受该流体推动而带动该连接组件连动该旋转组件绕该枢轴转动，直到该旋转组件转动至使该叶片组件背向该流体，则该叶片组件朝远离该连接组件的连接杆方向转动至面向该流体。
本发明具有水轮机的水力发电装置，每一叶片组件面向一流体时，会朝接近该连接组件的连接杆方向枢转直到受该连接杆挡止而与该流体概呈垂直。
本发明具有水轮机的水力发电装置，每一叶片组件包括一连接对应之该连接杆并平行于该枢轴的一延伸板、一可转动地与该延伸板枢接并与该延伸板平行且界定出一第一轴线的支柱，及一连接该支柱并可受该支柱带动而绕该第一轴线旋转的叶片。
本发明具有水轮机的水力发电装置，每一叶片组件的延伸板具有一连接对应之该连接杆并平行于该枢轴的第一板部，及自该第一板部两端朝远离该枢轴方向延伸的第二板部，该叶片组件的支柱之两端分别与所述第二板部枢接。
本发明具有水轮机的水力发电装置，每一叶片组件还包括一设置在其中一个第二板部的第一限位块，每一叶片组件的叶片背向该流体时，会朝远离该连接组件的连接杆方向枢转直到受该第一限位块挡止而与该连接杆之夹角呈120度，该叶片被限制于该第一限位块与该连接杆之间绕该第一轴线转动。
本发明具有水轮机的水力发电装置，该旋转件还具有一可转动地枢接于该枢轴邻近该基座的一端的下旋转部、一可转动地枢接于该枢轴远离该基座的一端并固定地连接该传动件的上旋转部，及多个两端分别连接于该下旋转部及该上旋转部的支撑部，所述安装部是分别设置在所述支撑部。
本发明的有益效果在于：当水轮机的每一叶片组件面向一流体时，会朝接近该连接组件的连接杆方向枢转，并接受该流体推动而带动该连接组件连动该旋转组件绕该枢轴转动，直到该旋转组件转动至使该叶片组件背向该流体，则该叶片组件朝远离该连接组件的连接杆方向转动至面向该流体。借此，能降低水流带动水轮机旋转时的阻力，以提升水轮机带动发电机运转发电的效率。
附图说明
图1是本发明具有水轮机的水力发电装置之一实施例安装于一地形的一立体图，说明该实施例设置于水道内且位于水面下；
图2是沿图1中S1─S1线所截取的一剖视图，说明水轮机固定地设置于水道的底面，且水轮机位在水面下；
图3是该实施例的一立体图；
图4是该实施例的一不完整的局部立体分解图，说明一基座、一旋转组件、一发电机，以及一传动机构之间的组装关系，图中省略五个连接组件以及连接于所述连接组件的叶片组件；
图5是该实施例的一连接组件以及连接于该连接组件之叶片组件的一不完整的立体图，图中省略一叶片的一受力部；
图6是图5的一立体分解图，说明该连接组件以及该叶片组件之间的连接关系；
图7是图5的一上视图，说明一正面受一水流冲击而沿一第一旋转方向绕一第一轴线旋转时之态样；
图8是图5的一上视图，说明一背面受该水流冲击而沿一第二旋转方向绕该第一轴线旋转时之态样；及
图9是该实施例安装于该水道内的一上视图，说明该水轮机受该水流冲击而沿一第三旋转方向旋转时之态样。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
参阅图1、2，是本发明具有水轮机的水力发电装置之一实施例，水力发电装置200主要是设置在一地形1的一水道11内，水道11可以是例如为天然的河流、溪流或是由人工整治而成的灌溉沟渠等。
参阅图3、4，该水力发电装置200包含一水轮机20，该水轮机20包含一基座2、一旋转组件3、五个连接组件4以及五个叶片组件5。该基座2包括一底板21、一连接于该底板21中央的垫高板22，以及一自该垫高板22中央向上延伸的枢轴23。该旋转组件3包括一可转动地枢接于该枢轴23的旋转件31，该旋转件31具有一枢接于该枢轴23邻近该垫高板22之一端并呈盘状的下旋转部311、一可转动地枢接于该枢轴23另一端并呈盘状的上旋转部312、五个两端分别连接于该下旋转部311及该上旋转部312并且以该枢轴23为中心呈环状相间隔排列的支撑部313。该下旋转部311枢接于该枢轴23并且与该垫高板22互相呈松配合，以让该下旋转部311能相对该垫高板22绕该枢轴23旋转。每一支撑部313具有二分别以螺丝锁固之方式固定于该上旋转部312之底面以及该下旋转部311之顶面的连结板部314、一两端分别连接所述连结板部314的支撑板部315，以及一设置在该支撑板部315中央并且可供一杆状物插入的安装部316。该旋转件31的一下旋转部311、五个支撑部313，以及一上旋转部312共同界定出一容置空间317，该旋转件31还具有一自该上旋转部312周缘向下延伸的防尘盖318。所述连接组件4分别以焊接固定之方式装设于所述安装部316，但并不以此为限，也可以现有例如螺锁、螺接或卡接等方式装设于所述安装部316。
参阅图5、6，每一连接组件4包括一端连接于对应之该安装部316并与该枢轴23垂直的一连接杆41，以及多个设置在该连接杆41并且用以强化该连接杆41结构强度的肋条42。所述叶片组件5分别与所述连接杆41对应枢接并平行于该枢轴23，每一叶片组件5包括一连接对应之该连接杆41并且平行于该枢轴23的一延伸板51、一可转动地与该延伸板51枢接并与该延伸板51平行且界定出一第一轴线A的支柱52，以及一与该支柱52连接并且可受该支柱52带动而绕该第一轴线A旋转的叶片53。该叶片53具有一以其一侧边与该支柱52连接且呈矩形的框部531，及一与该框部531结合并遮蔽该框部531之开口532(见图5)的受力部533。在本实施例中，该受力部533是一塑胶软质布，但是不以此为限，该受力部533也可以是其他具有高韧性的防水软质布。该受力部533供迎受水流冲击并使该叶片53绕该第一轴线A旋转，借此带动该连接杆41且连动该旋转组件3绕该枢轴23转动。该延伸板51是以螺丝搭配螺栓的方式锁固于该连接杆41，并且具有一连接对应之该连接杆41且平行于该枢轴23的第一板部511，以及自该第一板部511两端朝远离该枢轴23方向延伸的第二板部512，该叶片组件5的支柱52之两端分别与所述第二板部512枢接。各叶片组件5还包括设置于连接该第一板部511底端之第二板部512上的一第一限位块54以及一第二限位块55。该第一限位块54与该第二限位块55供挡止该叶片53以将该叶片53限制在一范围内绕该第一轴线A转动，该第一限位块54以及该第二限位块55也可以设置在连接该第一板部511顶端之第二板部512上。借此，当每一叶片组件5面向一流体时，会朝接近该连接组件4的连接杆41方向枢转，并接受该流体推动而带动该连接组件4连动该旋转组件3绕该枢轴23转动，直到该旋转组件3转动至使该叶片组件5背向该流体，则该叶片组件5朝远离该连接组件4的连接杆41方向转动至再次面向该流体，使所述叶片组件5依序且周而复始地不断带动连接组件4连动旋转组件3绕枢轴23转动。
参阅图5、7，假设水流的流动方向L如图7中的箭头所示，该叶片53的正面534受水流冲击会沿一第一旋转方向R1绕该第一轴线A旋转，直到受到该第二限位块55挡止而使该叶片53的正面534与该流动方向L概呈垂直以迎向该水流。借此，该叶片53能受该水流推动并带动该连接杆41且连动该旋转组件3沿一第三旋转方向R3绕该枢轴23转动。须特别注意的是，本实施例是借着第二限位块55挡止叶片53而使叶片53的正面534与流动方向L概呈垂直。但在其他实施态样中，也可不设置第二限位块55而改以连接杆41挡止叶片53的方式同样能使叶片53的正面534与流动方向L概呈垂直。
参阅图5、8，当该旋转组件3转动至使该叶片53的背面535迎向该流体时，则该叶片53沿一第二旋转方向R2绕该第一轴线A旋转。亦即，朝离开该第二限位块55的方向绕该第一轴线A转动至受力面积较少的位置以减少阻力，直到受到该第一限位块54挡止而使该叶片53与该连接杆41之夹角呈120度，以减少受力面积，借此降低该叶片53在逆流旋转时所受到的阻力，并使该叶片53之正面534再次迎向该流体而使该叶片53沿该第一旋转方向R1绕该第一轴线A旋转，直到受到该第二限位块55挡止而回到如图7所示的状态。所述叶片组件5即如此重复动作由水流带动运转。
续参阅图4，该水力发电装置200还包含一发电机60，以及一传动机构70。而该旋转组件3还包括一锁固于该旋转件31之上旋转部312并且与该枢轴23枢接的传动件32。该传动机构70是一齿轮组并且连接于该传动件32与该发电机60之间。当该旋转件31绕该枢轴23旋转时会带动该传动件32且连动该传动机构70驱动该发电机60运转。本实施例的发电机60是一径向磁通型发电机，其设置于该容置空间317内并且套设于该枢轴23。该传动机构70包括一第一齿轮71、一第二齿轮72、一连接板73，以及两个第三齿轮74。该第一齿轮71锁固于该发电机60顶端，该第二齿轮72锁固于该传动件32底部。该连接板73中央套设并且固定于该枢轴23，所述第三齿轮74分别可转动地枢接于该连接板73两端并且每一第三齿轮74具有一与该第一齿轮71啮合的第一传动部741，以及一与该第二齿轮72啮合的第二传动部742。借此，当该旋转件31绕该枢轴23旋转时会带动该传动件32且连动该传动机构70，并且能透过该传动机构70带动该发电机60运转发电。
参阅图3、5、7、9，该水力发电装置200是透过螺丝锁固的方式将该基座2固定于该地形1之底面，当该水道11内的水流沿该流动方向L流向该水力发电装置200时，部分叶片组件5之叶片53会受水流冲击而沿该第一旋转方向R1绕该第一轴线A(见图5)旋转，并且受所述第二限位块55挡止而使该叶片53的正面534垂直该流动方向L以迎向该水流(如图9中所示左上之叶片53)。借此，该叶片53能受该水流推动并带动该连接杆41且连动该旋转组件3沿一第三旋转方向R3绕该枢轴23转动。
参阅图3、5、8、9，当另一部分叶片组件5之叶片53受水流冲击而沿该第二旋转方向R2绕该第一轴线A(见图5)旋转时，该叶片53会受所述第一限位块54挡止而使该叶片53与该连接杆41之夹角呈120度(如图9中所示下方之叶片53)，以减少该旋转组件3沿该第三旋转方向R3绕该枢轴23转动时所受到的阻力。整体来说，该流动方向L之水流带动所述叶片组件5沿该第三旋转方向R3绕该枢轴23旋转的助力远大于所述叶片组件5沿该第三旋转方向R3旋转时所受到的阻力。故水流能顺畅地带动该水轮机20的叶片组件5且连动该旋转组件3旋转，以提升该水轮机20透过该传动机构70(如图4所示)带动该发电机60(如图4所示)运转发电的效率。
综上所述，当水轮机20的每一叶片53之正面534受水流冲击会沿第一旋转方向R1绕该第一轴线A旋转，直到受到第二限位块55挡止而使叶片53的正面534与流动方向L概呈垂直以迎向该水流，借此受水流推动并带动连接杆41且连动旋转组件3沿第三旋转方向R3绕枢轴23转动。而当旋转组件3转动至使叶片53的背面535迎向流体时，则叶片53沿第二旋转方向R2绕第一轴线A旋转直到受到第一限位块54挡止以减少受力面积，借此降低水流带动该水轮机20旋转时的阻力，以提升水轮机20带动发电机60运转发电的效率，故确实能达成本发明的目的。
惟以上所述者，仅为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明权利要求书及专利说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。
Claims (15)
1.一种水轮机，其特征在于，该水轮机包含：
一基座，包括一枢轴；
一旋转组件，包括一可转动地枢接于该枢轴的旋转件，该旋转件具有多个以该枢轴为中心呈环状相间隔排列的安装部；
多个连接组件，分别安装于所述安装部，每一连接组件包括一端连接于对应之该安装部且与该枢轴垂直的一连接杆；及
多个叶片组件，分别与所述连接杆对应枢接并平行于该枢轴，且每一叶片组件面向一流体时，会朝接近该连接组件的连接杆方向枢转，并接受该流体推动而带动该连接组件连动该旋转组件绕该枢轴转动，直到该旋转组件转动至使该叶片组件背向该流体，则该叶片组件朝远离该连接组件的连接杆方向转动至面向该流体。
2.如权利要求1所述的水轮机，其特征在于：每一叶片组件面向一流体时，会朝接近该连接组件的连接杆方向枢转直到受该连接杆挡止而与该流体概呈垂直。
3.如权利要求2所述的水轮机，其特征在于：每一叶片组件包括一连接对应之该连接杆并平行于该枢轴的一延伸板、一可转动地连接该延伸板并与该延伸板平行且界定出一第一轴线的支柱，及一连接该支柱并可绕该第一轴线旋转的叶片。
4.如权利要求3所述的水轮机，其特征在于：每一叶片组件的延伸板具有一连接对应之该连接杆并平行于该枢轴的第一板部，及自该第一板部两端朝远离该枢轴方向延伸的第二板部，该叶片组件的支柱之两端分别与所述第二板部枢接。
5.如权利要求4所述的水轮机，其特征在于：每一叶片组件还包括一设置在其中一个第二板部的第一限位块，每一叶片组件的叶片背向该流体时，会朝远离该连接组件的连接杆方向枢转直到受该第一限位块挡止而与该连接杆之夹角呈120度，该叶片被限制于该第一限位块与该连接杆之间绕该第一轴线转动。
6.如权利要求3所述的水轮机，其特征在于：每一叶片组件的叶片具有一与该支柱连接的框部，及一与该框部结合并用以迎受该流体的受力部。
7.如权利要求6所述的水轮机，其特征在于：该受力部是由一防水软质布所构成。
8.如权利要求1所述的水轮机，其特征在于：每一连接组件还包括多个设置在该连接杆并用以强化该连接杆结构强度的肋条。
9.如权利要求1所述的水轮机，其特征在于：该旋转件还具有一可转动地枢接于该枢轴邻近该基座之一端的下旋转部、一可转动地枢接于该枢轴远离该基座之一端的上旋转部，及多个两端分别连接于该下旋转部及该上旋转部的支撑部，所述安装部是分别设置在所述支撑部。
10.一种具有水轮机的水力发电装置，其特征在于，该具有水轮机的水力发电装置包含:
一发电机；
一传动机构，连接于该发电机并可带动该发电机运转发电；
及
一水轮机，包含：
一基座，包括一枢轴，
一旋转组件，包括一可转动地枢接于该枢轴的旋转件，及一固定地连接于该旋转件并与该传动机构连接的传动件，该旋转件可绕该枢轴旋转并带动该传动件且连动该传动机构驱动该发电机运转，该旋转件具有多个以该枢轴为中心呈环状相间隔排列的安装部，
多个连接组件，分别安装于所述安装部，每一连接组件包括一端连接于对应之该安装部且与该枢轴垂直的一连接杆，及
多个叶片组件，分别与所述连接杆对应枢接并平行于该枢轴，且每一叶片组件面向一流体时，会朝接近该连接组件的连接杆方向枢转，并接受该流体推动而带动该连接组件连动该旋转组件绕该枢轴转动，直到该旋转组件转动至使该叶片组件背向该流体，则该叶片组件朝远离该连接组件的连接杆方向转动至面向该流体。
11.如权利要求10所述的具有水轮机的水力发电装置，其特征在于：每一叶片组件面向一流体时，会朝接近该连接组件的连接杆方向枢转直到受该连接杆挡止而与该流体概呈垂直。
12.如权利要求11所述的具有水轮机的水力发电装置，其特征在于：每一叶片组件包括一连接对应之该连接杆并平行于该枢轴的一延伸板、一可转动地与该延伸板枢接并与该延伸板平行且界定出一第一轴线的支柱，及一连接该支柱并可受该支柱带动而绕该第一轴线旋转的叶片。
13.如权利要求12所述的具有水轮机的水力发电装置，其特征在于：每一叶片组件的延伸板具有一连接对应之该连接杆并平行于该枢轴的第一板部，及自该第一板部两端朝远离该枢轴方向延伸的第二板部，该叶片组件的支柱之两端分别与所述第二板部枢接。
14.如权利要求13所述的具有水轮机的水力发电装置，其特征在于：每一叶片组件还包括一设置在其中一个第二板部的第一限位块，每一叶片组件的叶片背向该流体时，会朝远离该连接组件的连接杆方向枢转直到受该第一限位块挡止而与该连接杆之夹角呈120度，该叶片被限制于该第一限位块与该连接杆之间绕该第一轴线转动。
15.如权利要求10所述的具有水轮机的水力发电装置，其特征在于：该旋转件还具有一可转动地枢接于该枢轴邻近该基座的一端的下旋转部、一可转动地枢接于该枢轴远离该基座的一端并固定地连接该传动件的上旋转部，及多个两端分别连接于该下旋转部及该上旋转部的支撑部，所述安装部是分别设置在所述支撑部。
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- 2016-10-14 CN CN201610896422.0A patent/CN107044375A/zh active Pending
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