CN107407252B - 水轮机装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种易于安装在水道等中并且可以产生高效稳定的电力的水轮机装置。水轮机装置1被构造成使得悬挂支承本体4设置成位于设置有转子11的水轮机壳体3的高的部段的上表面上，使得经由悬挂支承本体4将管形的水轮机壳体3从漂浮在水面上的水轮机悬挂本体2的水平的底部下表面2A以不大于水轮机壳体高度的距离水平地悬挂，并且使得流动经过水轮壳体3的上表面上方的水流中的波涌由水轮悬挂本体2的底部下表面偏转并流过。

Description

水轮机装置

技术领域

本发明涉及易于布置在小的水通道中并具有高的发电效率的水轮机装置。

背景技术

在专利文献1中公开了一种公知的水力发电机，该水力发电机的水轮机从漂浮物悬挂设置。

现有技术

专利文献

专利文献1：JP 2012-132335 A

发明内容

发明目的

专利文献1中描述的水力发电机意在通过将管道安装在转子的前部部分处来提高旋转效率，使得沿着管道的内周边表面和外周边表面流动的流体冲击转子的各个叶片的倾斜部分。

当该水力发电机的水轮机壳体布置在没有变化的水流中时，不易于提高转子的旋转效率，因为沿着水轮机壳体的上表面流动的流体从水轮机壳体的前部部分向上上升到水轮机壳体上方，这导致了流速的降低。

当水力发电机安装在小的水通道中时，通常在水通道的两侧壁之间设置有桥接件，并且通常水力发电机从桥接件悬挂设置。因此，需要用于桥接工作和安装工作的劳动来使水力发电机从桥接件悬挂。

鉴于上述缺点，本发明的目的是提供一种易于布置在水通道中且在小的水通道等中具有高的发电效率的水轮机装置。

用于解决问题的方法

本发明的具体内容如下。

(1)一种水轮机装置，该水轮机装置包括筒形水轮机壳体、水轮机悬挂本体以及支承在水轮机壳体中的转子，水轮机壳体从水轮机悬挂本体悬挂设置，

其中，经由悬挂构件将水轮机壳体从浮在水面上的水轮机悬挂本体的底部的水平下表面在存在有处于水轮机壳体的高度范围内的间隔的情况下水平地悬挂设置，悬挂构件布置在水轮机壳体的高度尺寸较大部分的上表面上，

并且其中，在由水轮机悬挂本体的底部的下表面抑制沿着水轮机壳体的上表面通过的水流上升的同时使水流通过。

(2)根据上述条目(1)的水轮机装置，其中，水轮机悬挂本体形成为使得该本体的后部部分的底部的下表面水平地延伸，并且使得该下表面的从转子的叶片的后部部分向后的长度等于或大于转子的直径。

(3)根据上述条目(1)或(2)的水轮机装置，其中，水轮机悬挂本体具有分别形成在该本体的底部的两个端部部分上的向下突出部件。

(4)根据上述条目(3)的水轮机装置，其中，水轮机悬挂本体具有嵌入在向下突出部件的每个下部部分中的重锤。

(5)根据上述条目(1)的水轮机装置，其中，水轮机悬挂本体具有分别连接至该本体的左侧部分和右侧部分的可拆卸的侧部附接本体。

(6)根据上述条目(5)的水轮机装置，其中，侧部附接本体分别具有向下突出部件，该向下突出部件的外侧部分比内侧部分向下延伸更远。

(7)根据上述条目(6)的水轮机装置，其中，向下突出部件分别具有嵌入在向下突出部件的每个下部部分中的重锤。

(8)根据上述条目(1)的水轮机装置，其中，水轮机悬挂本体具有隧道状部件，该隧道状部件包括底板以及从该本体的下表面的每个侧部部分延伸的一对侧壁，其中，底板包括具有倾斜平面的竖向截面形状，该倾斜平面从与水轮机壳体靠近的底板的最高部分向下倾斜至底板的前端部，并且其中，该隧道状部件在正视图中在底板的前部部分处较宽且向内逐渐变窄。

(9)根据上述条目(8)的水轮机装置，其中，隧道状部件的底板的形状具有使得底板的前端部部分的上表面具有球形表面且从底板的最高部分到后端部部分的区域具有逐渐下降的圆弧形弯曲表面的竖向截面形状。

发明优点

根据本发明，可以获得下述优点。

根据上述条目(1)的水轮机装置具有下述结构：在该结构中，经由悬挂构件将筒形水轮机壳体从水轮机悬挂本体在相隔为水轮机壳体的高度范围内的间隔的情况下悬挂设置，该悬挂构件固定在水轮机壳体的高度尺寸较大的上表面上。因此，可以由水轮机悬挂本体的底部的下表面抑制沿着水轮机壳体的上表面通过的水流的上升，并且可以使水流高速通过，从而使转子有效地旋转。

由于悬挂构件固定在水轮机壳体的高度尺寸较大部分的上表面上，因此悬挂构件的正前方的水流被加压以高速向后通过，从而有效地使转子旋转。

水轮机装置可以通过将水轮机悬挂本体放置在没有变化的水通道中并且通过利用系泊索等将该本体系泊在水通道中而被安装。因此，工作性能优异并且可以降低工作成本。

根据上述条目(2)的水轮机装置具有下述结构：在该结构中，水轮机悬挂本体形成为使得该本体的后部部分的底部的下表面水平地延伸，并且使得该下表面的从转子的叶片的后部部分向后的长度等于或大于转子的直径。因此，即使在水轮机悬挂本体被波浪摇动时空气从后方进入水轮机悬挂本体的底部的下表面的下方的情况下，从前部部分流动至转子的水的流速也不会变化，并且也不会存在转子的旋转速度降低的风险。

根据上述条目(3)的水轮机装置具有下述结构：在该结构中，水轮机悬挂本体具有分别形成在该本体的底部的两个端部部分上的向下突出部件。因此，可以抑制由于波浪而产生的摇晃。

根据上述条目(4)的水轮机装置具有下述结构：在该结构中，向下突出部件具有嵌入在向下突出部件的每个下部部分中的重锤。因此，可以抑制由于波浪而产生的摇晃。

根据上述条目(5)的水轮机装置具有下述结构：在该结构中，水轮机悬挂本体具有分别连接至该本体的左侧部分和右侧部分的可拆卸的侧部附接本体。因此，当未连接侧部附接本体时，用于运输和布置水轮机装置的工作效率优异。当侧部附接本体根据水通道宽度连接在布置位置处时，减少了水轮机悬挂本体在水中的摇晃等，以便保持水平稳定性，即使在波浪大的情况下仍是如此。

根据上述条目(6)的水轮机装置具有下述结构：在该结构中，侧部附接本体分别具有向下突出部件，该向下突出部件的外侧部分比内侧部分向下延伸更远。因此，即使整体宽度是大的，也能够抑制由于波浪而产生的摇晃。

根据上述条目(7)的水轮机装置具有下述结构：在该结构中，向下突出部件分别具有嵌入在向下突出部件的每个下部部分中的重锤。因此，抑制了装置的摇晃以保持水平稳定性。

根据上述条目(8)的水轮机装置具有下述结构：在该结构中，水轮机悬挂本体具有隧道状部件，该隧道状部件包括底板以及从该本体的下表面的每个侧部部分延伸的一对侧壁，其中，底板包括具有倾斜平面的竖向截面形状，该倾斜平面从与水轮机壳体靠近的底板的最高部分向下倾斜至底板的前端部，并且其中，该隧道状部件在正视图中在底板的前部部分处较宽且向内逐渐变窄。因此，转子的旋转扭矩增加，这是由于因在水通道中的大的重力而导致的比上层流速度低的下层流可以通过底板被堆积以与上层流接合且使得接合的水流冲击叶片。

根据上述条目(9)的水轮机装置具有下述结构：在该结构中，隧道状部件的底板的形状具有如下的竖向截面形状：其使得底板的前端部部分的上表面具有球形表面且从底板的最高部分到后端部部分的区域具有逐渐下降的圆弧形弯曲表面。因此，转子的旋转扭矩增加，这是由于冲击底板的前端部部分的水流因康达效应而高速通过水轮机悬挂本体的下表面与底板的最高部分之间的狭窄路径。

附图说明

图1为示出了本发明的水轮机装置的实施方式1的竖向截面侧视图。

图2为示出了从左侧观察的图1中示出的水轮机装置的正视图。

图3为示出了本发明的水轮机装置的另一实施方式2的正视图。

图4为示出了图3中示出的水轮机装置的竖向截面侧视图。

图5为示出了本发明的水轮机装置的又一实施方式3的正视图。

图6为示出了本发明的水轮机装置的又一实施方式4的正视图。

图7为示出了本发明的水轮机装置的又一实施方式5的竖向截面侧视图。

图8为示出了图7中示出的水轮机装置的正视图。

图9为示出了本发明的水轮机装置的又一实施方式6的竖向截面侧视图。

图10为示出了本发明的水轮机装置的又一实施方式7的竖向截面侧视图。

图11为示出了本发明的水轮机装置的又一实施方式8的竖向截面侧视图。

图12为示出了本发明的水轮机装置的实施方式8的正视图。

图13为示出了图11中示出的水轮机装置的俯视图。

具体实施方式

如下参照附图对根据本发明的示例性实施方式进行描述。

实施方式1

如图1所示，本发明的水轮机装置1包括水轮机悬挂本体2以及沿装置1的纵向方向导向的长的筒形水轮机壳体3，其中，水轮机壳体3经由悬挂构件4而从水轮机悬挂本体2的底部的下表面2A水平地悬挂设置。水轮机悬挂本体2形成为合适的形式，比如由金属或FRP制成的中空体、船状形状或泡沫树脂模制体。

水轮机悬挂本体2的底部的下表面2A在侧视图中沿纵向方向形成为长形的水平面，水轮机悬挂本体2的前端表面形成为从本体2的上表面2B沿向后下方方向导向的弯曲表面，并且在上表面2B的前部部分和后部部分固定有多个锚钩5、5，所述多个锚钩5、5中的每个锚钩连接有系泊索6。

在水轮机悬挂本体2中布置有蓄电池7、未示出的控制器等。悬挂构件4形成为管状形状，该管状形状在装置1的纵向方向上较长且在装置1的横向方向上较扁。悬挂构件4沿横向方向的厚度在前端部部分处较大并且朝向后端部逐渐减小。悬挂构件4固定至水轮机壳体3的最高部分。

在悬挂构件4中布置有电线9，该电线9用于将电从布置在水轮机壳体3中的发电机8的传递至水轮机悬挂本体2中的蓄电池7。悬挂构件4在构件4的相应的上端部处和下端部处以可拆卸的方式连接至水轮机悬挂本体2和水轮机壳体3。

悬挂构件4的高度被设定为处于水轮机壳体3的最大高度的范围内。因此，水轮机悬挂本体2的底部的下表面2A与水轮机壳体3的高度尺寸较大的中间部分之间的间隔实际上处于水轮机壳体3的高度范围内。因此，底部的下表面2A与水轮机壳体3之间的水流被迫流过狭窄的间隙，因此水流的速度增加。

水轮机壳体3形成为在纵向上是长的，并且水轮机壳体3的直径在中间部分处较大且朝向前端部和后端部逐渐减小。在水轮机壳体3中水平地支承有转子轴10，使得轴10的后端部分从水轮机壳体3突出、转子轴10的前端部分连接至发电机8并且在轴10的后端部分安装有转子11。当转子11通过水流被旋转时，发电机8被旋转以产生电能。转子11可以安装在水轮机壳体3的前端侧部上，并且一对转子11可以安装在水轮机壳体3的前侧部和后侧部上。

转子11具有毂12和多个升式叶片13(在下文中升式叶片被简称为“叶片”)，升式叶片13固定至毂12的外周表面以沿径向方向导向。叶片13的每个稍部部分均形成为向上游侧倾斜的倾斜部分13A。

通过将下方固定有水轮机壳体3的水轮机悬挂本体2悬浮在水通道R上并且通过用系泊索6将水轮机悬挂本体2系泊在悬挂梁14的钩15处而将水轮机装置1安装在预定的位置上，其中，悬挂梁14分别桥接在水通道R的两岸之间。根据水轮机悬挂本体2的长度，以比如1m的预定间隔布置有多个悬挂梁14。

在水面下方沿着水轮机壳体3的外周表面流动的水冲击叶片13的每个前表面、在使叶片13旋转的同时通过离心力而移动至叶片13的每个稍部、冲击倾斜部分13A并且在通过反作用使叶片13旋转的同时沿图1中箭头B的方向通过。

如图2的正视图所示，由于水轮机悬挂本体2的底部的下表面2A沿水平方向是宽的，因此，冲击水轮机悬挂本体2的前表面的水流在水轮机悬挂本体2下方流动的距离比水轮机壳体3的长度长，同时水流必然会被水轮机悬挂本体2挤压，并且通过在水轮机悬挂本体2的底部与水轮机壳体3的上表面之间。

此时，冲击水轮机悬挂本体2的前表面的水流与冲击水轮机壳体3的前表面且在水轮机壳体3的向上突出的上表面上方通过的水流接合、穿过悬挂构件4的附近的狭窄路径、因康达效应而以增大的速度来冲击叶片13，从而提高了旋转效率。

在这种情况下，由于水轮机壳体3的后端部分与水轮机悬挂本体2的底部的下表面2A之间的距离比悬挂构件4的高度长，因此水流容易地通过并向后扩散。各个叶片13的倾斜部分13A截住沿径向方向扩散的水流以产生扭矩，从而提高了旋转效率。

如图2所示，通过系泊索6而将如上所述形成的水轮机装置1从悬挂梁14向下设置，其中，悬挂梁14分别桥接在水通道R的两岸之间，并且水轮机装置1被布置成使得水轮机悬挂本体2的底部的下表面2A被水平地浸没。因此，提高了布置水轮机装置1的工作效率。

如图1所示，水轮机壳体3的直径在中间部分处较大，使得中间部分的尺寸比前端部分和后端部分的尺寸大。因此，从前方流动的水因康达效应而沿着水轮机壳体3的周边表面的形状延伸，以便沿箭头A的方向从前端部分向上流动至中间部分，并且水轮机壳体3的中间部分处的水量将会增加和上升。

如果发生上述水流的上升，则从前方流动的水将会在水轮机壳体3的中间部分处沿着水轮机壳体3的周边表面的形状扩散，并且下游的流速将必然会减小。然而，由于水轮机悬挂本体2的底部的下表面2A布置在水轮机壳体3的上方以与水轮机壳体3的轴线S平行，因此水流的上升在水轮机壳体3的中间部分处被抑制，水通过狭窄路径的影响而被挤压，因此可以增加下游中的流速。

如图1所示，由于悬挂构件4布置在水轮机壳体3的膨胀的中间部分上，因此沿着水轮机壳体3的表面从前部部分向上流动至中间部分的水和冲击悬挂构件4的前表面的水流将会在水轮机壳体3的上表面的上向上上升。

本发明的水轮机装置1可以通过水轮机悬挂本体2的底部的下表面2A来抑制经过水轮机壳体3的上表面上方的水流的上升。因此，在水轮机壳体3的上表面上的水量增加，水压增大，并且水沿着悬挂构件4的侧表面高速向后通过。

由于水轮机壳体3的后部部分的直径比中间部分的直径小，因此水轮机悬挂本体2的底部的下表面2A与水轮机壳体3的后部部分之间的间隔大于底部的下表面2A与水轮机壳体3的中间部分之间的间隔，并且悬挂构件4的后部部分的水流压力比悬挂构件4前表面部分的水流压力低。

因此，沿着悬挂构件4的侧表面通过的水流高速流动至水轮机壳体3的低压力的后部部分，悬挂构件4的前部部分处的水流由水压差而被强烈地向后吸，流速增加，从而增加了转子11的旋转效率。

就水轮机悬挂本体2的后部部分的下表面2A而言，下表面2A的从叶片13向后的长度优选为至少等于或大于转子11的直径。该长度更优选地为尽可能长。如果该长度是短的，则在当水轮机悬挂本体2摇动时空气从后方进入水轮机悬挂本体2的底部的下表面2A的下方的情况下水压将会改变，因此转子11的旋转速度有时将会下降。然而，根据上述结构将会消除这样的风险。

实施方式2

图3示出了水轮机装置的另一实施方式2的正视图，并且图4是该实施方式的竖向截面侧视图。在附图中相同的附图标记附属于与前述实施方式中的构件相同或相似的构件。在该实施方式2中，在水轮机悬挂本体2的底部的两个端部部分上形成有向下突出部件2C，向下突出部件2C向下突出以覆盖水轮机壳体3的侧表面。

向下突出部件2C的高度被设定成使得部件2C的稍部至少到达水轮机壳体3的侧表面的程度，并且向下突出部件2C的长度被设定成水轮机悬挂本体2的纵向长度的程度。在向下突出部件2C的每个下部部分中嵌入有具有合适的小的形状的多个重锤2D。所述多个重锤2D制造成小尺寸并且能够从外部被拆卸以便控制重锤2D的重量。

沿着水轮机悬挂本体2的底部的下表面2A流动的水因左侧向下突出部件2C和右侧向下突出部件2C而能够在不扩散至侧面方向的情况下冲击水轮机壳体3。尽管水流因水轮机壳体3的厚的中间部分将会分散至侧向，但是因为水流因康达效应高速冲击叶片13而可以提高旋转效率。即使水轮机悬挂本体2摇晃，仍可以防止转子11的旋转速度因空气进入底部的下表面2A的下方而降低。

实施方式3

图5示出了水轮机装置的又一实施方式3的正视图。在附图中相同的附图标记附属于与前述实施方式中的构件相同或相似的构件。该实施方式3的水轮机装置1具有通过连接构件17分别连接至水轮机悬挂本体2的左侧表面和右侧表面的可拆卸的侧部附接本体16。

当在水轮机壳体3固定至水轮机悬挂本体2的状态下搬运水轮机装置，并将该装置布置在水通道R等中时，具有小的体积的水轮机悬挂本体2的工作效率优异。图5中示出的侧部附接本体16由可选的连接构件17在布置位置处以可拆卸的方式连接至水轮机悬挂本体2。

这些侧部附接本体16的尺寸根据布置位置处的情况来选择。侧部附接本体16的纵向长度可以比水轮机悬挂本体2的纵向长度长或者可以比水轮机悬挂本体2的纵向长度短。侧部附接本体16可以减少水轮机壳体3在水通道R中摇晃。

实施方式4

图6示出了水轮机装置的又一实施方式4的正视图。在附图中相同的附图标记附属于与前述实施方式中的构件相同或相似的构件。该实施方式4的水轮机装置1具有侧部附接本体16，在侧部附接体16下方设置有向下突出部件16A，其中，每个向下突出部件16A的外侧部分比内侧部分向下延伸更长。

根据这种结构，抑制了由波浪造成的装置摇晃，并且抑制了该装置靠近水通道的一侧。通过以可拆卸的方式将重锤16B配装至向下突出部件16A的每个下部部分，抑制了装置的摇晃以保持水平稳定性。

实施方式5

图7示出了本发明的水轮机装置1的又一实施方式5的竖向截面侧视图。在附图中相同的附图标记附属于与前述实施方式中的构件相同或相似的构件。如图7所示，沿装置1的纵向方向导向的长的筒形水轮机壳体3经由悬挂构件4而从水轮机悬挂本体2的底部的下表面2A水平地悬挂设置。水轮机悬挂本体2形成为合适的形式，比如由金属或FRP制成的中空体、船状形状或泡沫树脂模制体。

水轮机悬挂本体2的底部的下表面2A在侧视图中沿纵向方向形成为长形的水平面，水轮机悬挂本体2的前端表面形成为从本体2的上表面2B沿后下方方向导向的弯曲表面，并且在上表面2B的前部部分和后部部分固定有多个锚钩5、5，所述多个锚钩5、5中的每个锚钩连接有系泊索6。在水轮机悬挂本体2中布置有蓄电池7、未示出的控制器等。

优选的是，水轮机悬挂本体2的后部部分的底部的下表面2A水平地延伸，并且优选的是，下表面2A的从转子11向后的长度至少等于或大于转子11的直径。该长度更优选地为尽可能长。设置这种结构防止了下述风险：在当由波浪使水轮机悬挂本体2摇晃时空气从后方进入水轮机悬挂本体2的底部的下表面2A的下方的情况下水压发生改变，以及从前部部分流动至转子11水的流速将被改变从而使转子11的旋转速度突然减小。

在横截面图中，悬挂构件4形成为管状形状，该管状形状沿装置1的纵向方向上为长的且在装置1的横向方向上为扁的，并且悬挂构件4沿横向方向的厚度在前端部部分处是大的并且朝向后端部逐渐减小。在悬挂构件4中布置有电线9，用于将电从布置在水轮机壳体3中的发电机8传递至水轮机悬挂本体2中的蓄电池7。悬挂构件4在构件4的相应的上端部和下端部处以可拆卸的方式连接至水轮机悬挂本体2和水轮机壳体3。

悬挂构件4的高度被设定为处于水轮机壳体3的最大高度的范围内。因此，水轮机悬挂本体2的底部的下表面2A与水轮机壳体3的高度尺寸较大的中间部分之间的间隔实际上处于水轮机壳体3的高度范围内。因此，在该间隔中流动的水被迫通过狭窄的间隙，因此水流的速度增加。

水轮机壳体3形成为沿纵向较长，并且水轮机壳体3的直径在中间部分处较大且朝向前端部和后端部逐渐减小。在水轮机壳体3中水平地支承有转子轴10，使得轴10的后端部分从水轮机壳体3突出、转子轴10的前端部分连接至发电机8并且在轴10的后端部分安装有转子11。当通过水流使转子11旋转时，发电机8旋转以产生电能。转子11可以安装在水轮机壳体3的前端侧部上，并且一对转子11可以安装在水轮机壳体3的前侧部和后侧部上。

转子11具有毂12和固定至毂12的周边表面以沿径向方向导向的多个升式叶片13。叶片13的每个稍部部分均形成为向上游侧倾斜的倾斜部分13A。

沿着水轮机壳体3的周边表面向下流动的水冲击叶片13的每个前表面、在使叶片13旋转的同时通过离心力移动至叶片13的每个稍部、冲击倾斜部分13A并且在通过反作用使叶片13旋转的同时沿箭头B的方向通过。

如图8的正视图所示，在水轮机悬挂本体2的底部的下表面2A上形成有隧道状部件20，隧道状部件20包括一对左右侧壁18、18以及底板19以便包围水轮机壳体3。尽管隧道状部件20可形成为在正视图中呈矩形形状、圆形形状和六边形形状等的任意的管形形状，但是圆形形状是优选的，因为水流可以在具有很少浪费的情况下被使用。如图7所示，底板19在侧视图中形成为向上翘曲至后部部分。向上翘曲形状比线性形状或向下翘曲形状更有效地增加经过速度。

水通道R中的下层流具有高密度和低流速。另一方面，上层流的流速高于下层流的流速。因此，如图7所示，由于底板19的前部部分被向下倾斜地弯曲，所以冲击该前部部分的下层流被挤压并因康达效应被导引至上层方向，因此加速且与上层流接合，从而冲击水轮机壳体3。

从隧道状部件20的底板19的铰链19B向前的部分可以通过设置在底板19的前端部件上的起重链(未示出)的竖向运动而在竖向方向上被以可摆动的方式支承，从而将下层流引导到隧道状部件20中。在水通道狭窄的情况下，通过降低底板19的前端部部件而将下层流向上引导，并且可以增大转子11的水压。

如图8所示，隧道状部件20中的布置有水轮机壳体3的部分的内壁表面20A形成为具有小孔的管形形状。隧道状部件20的后端部部分具有扩大为喇叭状形状的开口，使得隧道状部件20内的水流易于排出。

从隧道状部件20的前部部分流动的水在水轮机壳体3的前表面部件处被挤压，使得水压增加，并且转子11通过通过隧道状部件20中具有小孔的管状部件20A并以高速向后流动的水流被有效地转动。由于该水通道R中具有从上游到下游的倾斜度，因此，水流因水的重力运动与蒸汽流的重力运动不同而以较高的速度容易地通过狭窄路径。

如图8所示，如上所述形成的水轮机装置1通过悬挂至钩15、15的系泊索6而从悬挂梁14向下设置，其中，悬挂梁14分别桥接在水通道R的两岸之间，并且该水轮机装置1被布置成使得水轮机悬挂本体2的底部的下表面2A被水平地浸没。因此，提高了用于设置水轮机装置1的工作效率。如果重锤18A被嵌入在隧道状部件20的侧壁18的每个下部部分中，则会抑制装置摇晃。

如图7所示，水轮机壳体3的直径在中间部分处较大，使得中间部分的尺寸比前端部分和后端部分的尺寸大。因此，从前方流动的水因康达效应沿着水轮机壳体3的周边表面的形状流动，以便沿箭头A的方向从前端部向上流动至中间部分，并且水轮机壳体3的中间部分处的水量将会增加并且上升。

如果发生上述水流的上升，则从前方流动的水将会在水轮机壳体3的中间部分处沿着水轮机壳体3的周边表面的形状扩散，并且下游的流速将必然会减小。然而，由于水轮机悬挂本体2的底部的下表面2A在水轮机壳体3的上方布置成与水轮机壳体3的轴线S平行，因此水流的上升在水轮机壳体3的中间部分处被抑制，水通过狭窄路径的影响而被挤压，因此可以增加下游中的流速。

如图7所示，由于悬挂构件4布置在水轮机壳体3的膨胀的中间部分上，因此沿着水轮机壳体3的表面从前部部分向上流动至中间部分的水和冲击悬挂构件4的前表面的水流将会在水轮机壳体3的上表面上上升。

本发明的水轮机装置1可以通过水轮机悬挂本体2的底部的下表面2A来抑制经过水轮机壳体3的上表面的水流的上升。因此，在水轮机壳体3的上表面上的水量增加，水压增加，并且沿着悬挂构件4的侧表面的水高速向后通过。

由于水轮机壳体3的后部部分的直径比中间部分的直径小，因此水轮机悬挂本体2的底部的下表面2A与水轮机壳体3的后部部分之间的间隔大于底部的下表面2A与水轮机壳体3的中间部分之间的间隔，并且悬挂构件4的后部部分的水流压力比悬挂构件4前表面部分的水流压力低。

因此，沿着悬挂构件4的侧表面通过的水流高速流动至水轮机壳体3的压力是低的的后部，悬挂构件4的前部部分处的水流由水压差被强烈地向后吸，流速增加，从而增加了转子11的旋转效率。

实施方式6

图9示出了本发明的水轮机装置1的又一实施方式6的正视图。在附图中相同的附图标记附属于与前述实施方式中的构件相同或相似的构件。该实施方式6的水轮机装置1具有通过连接构件17分别连接至水轮机悬挂本体2的左侧表面和右侧表面的可拆卸的侧部附接本体16。

当在水轮机壳体3固定至水轮机悬挂本体2的状态下搬运水轮机装置并将水轮机装置布置在水通道R等中时，具有小的体积的水轮机悬挂本体2的工作效率优异。图9中示出的侧部附接本体16由可选的连接构件17在布置位置处以可拆卸的方式连接至水轮机悬挂本体2。

这些侧部附接本体16的尺寸根据布置位置处的情况来选择。侧部附接本体16的纵向长度可以比水轮机悬挂本体2的纵向长度长或者可以比水轮机悬挂本体2的纵向长度短。侧部附接本体16可以减少水轮机壳体3在水通道R中摇晃。

实施方式7

图10示出了本发明的水轮机装置1的又一实施方式7的正视图。在附图中相同的附图标记附属于与前述实施方式中的构件相同或相似的构件。该实施方式7的水轮机装置1具有侧部附接本体16，在侧部附接体16下方设置有向下突出部件16A，其中，每个向下突出部件16A的外侧部分比内侧部分向下延伸更远。在向下突出部件16A的每个下部部分可以配装有重锤16B，从而抑制因波浪和侧滑而产生的摇晃。

实施方式8

图11示出了本发明的水轮机装置1的又一实施方式8的竖向截面侧视图，并且图12该水轮机装置1的正视图。如图11、图12所示，在水轮机悬挂本体2的下方由左侧壁21A和右侧壁21B以及底部本体21C形成有在侧视图中呈大致梯形形状的导水管21(在下文中导水管道被简称为“管道”)。

形成有从管道21的前表面21C至后表面21D的隧道状部件20。水轮机悬挂本体2的底部的下表面2A是隧道状部件20的上部内壁表面。底板19的前部部分和后部部分处于低的位置中以便与水通道的底表面r几乎接触。前端部分19A在竖向截面侧视图中具有球形表面，并且从最高部分19B到后端部分19C的区域具有下降的圆弧形弯曲表面。

如图11所示，由于底板19的最高部分19B被定位成比升式翼的横截面形状更膨胀，因此从前端部分19A向上流动至最高部分19B并且向下流动至后端部分19C的水因康达效应而高速通过。由于在最高部分19B处形成狭窄的路径，因此在该部分处的流速最高。因此，当转子11布置在最高部分19B的上方时，可以存在有效发电。

转子11安装至轴10的支承在水轮机壳体3中的端部部分，转子11的升式叶片13分别具有如倾斜部分13A的向上游侧倾斜的稍部部分。

水轮机壳体3由通过水轮机悬挂本体2以向上突出的悬挂构件4支承，以及悬挂构件4的上端部分连接至发电机8，该发电机8通过通过悬挂梁14而被固定在悬挂梁14上。连接至转子轴10的传动轴(未示出)布置在悬挂构件4中，并且该传动轴连接至发电机8的主轴，该发电机8通过转子11的旋转来发电。

为了防止由流动的水使水轮机悬挂本体2移动，水轮机悬挂本体2的上表面受自悬挂梁14的固定装置22挤压，该悬挂梁14桥接在水通道R的两岸之间。尽管固定装置22在图11中被示出为具有手动螺杆，但是装置22可以是不受限制的公知装置。根据需要，在底部板19中以可拆装的方式配装有重锤23。

如图13所示，根据需要，在两个外部部分上分别形成有缝21E、21E并且缝21E、21E从前外侧沿倾斜方向深达后内侧，使得缝21E、21E竖向地通过外部部分。在这些缝中分别配装有止水板24、24。止水板24的长度根据水通道R的侧壁与管道21的外表面之间的间隙而设定。

根据这种结构，管道21的功能与水通道R中的坝相同，堵住的水从管道21的上表面侧向下流动，加压水流入管道21的隧道状部件20中并高速通过，从而使转子11有效地旋转。

如图11所示，根据需要，在管道21的前表面21C上固定有防尘罩25。防尘罩25可以具有合适的图型，例如竖向条纹图型、格子图型、排水板图型等。防尘罩25以倾斜的方式设置成使得其下端部向前定位。因此，冲击防尘罩25的灰尘向上上升并经过管道21的上表面上方。

管道21的材料是可选的。例如，芯部由树脂泡沫制成，并且表面层由FRP制成。因此，即使管道相当大，管道也可以容易地被模制。此外，由于由这种材料制成的管道是轻质的，因此可以容易地运输和安装管道。自然地，管道21也可以是由FRP制成的中空体。管道可以通过用水填充其中空部分而被浸入在水通道R中。

就制备方法而言，图11中示出的水轮机悬挂本体2和侧壁21A被分别模制使得水轮机悬挂本体2和侧壁21A在竖向方向上分离。水轮机壳体3被安装至水轮机悬挂本体2，并且然后，组装竖向方向上的构件。作为另一种方法，方形筒状件由FRP或金属制成，并且由树脂形式制成的内部构件被附接至该方形筒状件的内表面。

当水轮机装置被布置时，水通道R的水源被阻挡，并且管道21的底板19被固定至水通道底表面r。悬挂构件4的长度被调节，并且内部传动轴被连接至由悬挂梁14支承的发电机8。

当水流入水通道R时，在从管道21前部下部部分到最高部分19B的前端部分19A上上升的下层流与上层流会合，因康达效应而高速向后通过，从而使转子11有效地旋转。

此外，由于隧道状部件20的上部内壁表面2A的纵向方向上的中间部分向下膨胀，因此水流因康达效应而高速通过中间部分。冲击转子11的升式叶片13的高速水流沿径向移动，由倾斜部分13A抑制扩散，从而提高了旋转效率。

由于管道21具有下述结构：在该结构中，隧道状部件20的底板19具有圆弧形弯曲表面，该圆弧形弯曲表面的中间部分在竖向截面图中为最高部分19B，因此管道21的特征不仅在于使水流聚集通过，而且在于使被加压的下层流因康达效应而高速通过隧道状部件20的下表面。

当管道21被布置成阻挡水通道R时，水流被管道21阻挡，并且水压被施加至管道21。因此，转子11因发生在隧道状部件20中的康达效应而被有效地旋转。

图13中所示的止水板24可以由刚性材料制成，具有U形形状的框架本体(未示出)可以分别安装至水通道R的侧壁，挡水板24的每个端部部分可以被固定在挡水板24的槽中，并且因此，管道21可以被固定并被用作坝。

工业适用性

由于本发明的水轮机装置1具有下述结构：在该结构中，水轮机悬挂本体2的底部的下表面2A与水轮机壳体的顶部部分之间的间隔处于水轮机壳体的高度范围内，因此抑制了水流在水轮机壳体的上表面上向上上升并抑制了水流被迫作为高速流体向下流动，并且可以获得能够使转子11在小的水通道中有效地旋转的水力发电机。

附图标记列表

1 水轮机装置

2 水轮机悬挂本体

2A 底部的下表面

2B 上表面

2C 向下突出部件

2D 重锤

3 水轮机壳体

4 悬挂构件

5 锚钩

6 系泊索

7 蓄电池

8 发电机

9 电线

10 转子轴

11 转子

12 毂

13 升式叶片

13A 倾斜部分

14 悬挂梁

15 钩

16 侧部附接本体

16A 向下突出部件

16B 重锤

17 连接构件

18 侧壁

18A 重锤

19 底板

20 隧道

20A 内壁表面

21 管道

21A、21B 侧壁

21C 前表面

21D 后表面

22 固定装置

23 重锤

24 止水板

25 防尘罩

R 水通道

S 轴线

W 水面

Claims (7)

1.一种水轮机装置，所述水轮机装置包括：

水轮机悬挂本体，所述水轮机悬挂本体浮在水面上并且所述水轮机悬挂本体的底部具有与水流接触其沿水流方向延伸的水平下表面；

筒形的水轮机壳体，所述筒形的水轮机壳体沿朝两个端部的方向逐渐变窄，并且所述筒形的水轮机壳体容置有发电机；

转子，所述转子安装在所述筒形的水轮机壳体的一端并固定在转子轴的一端同时所述转子轴的另一端连接至所述发电机；以及

管状的悬挂构件，所述管状的悬挂构件将所述筒形的水轮机壳体悬挂在所述水轮机悬挂本体的底部的水平下表面；

其中，所述筒形的水轮机壳体沿水流方向在水轮机悬挂本体的所述底部的水平下表面上的悬挂位置定位成从所述悬挂位置到所述底部的水平下表面上游端的长度大于从所述悬挂位置到所述底部的水平下表面的下游端的长度，

其中，所述筒形的水轮机壳体设置成使得其纵向方向沿着水流方向，并且所述筒形的水轮机壳体在固定有所述管状的悬挂构件的位置具有最高部分，并且从所述最高部分沿两个端部方向具有向下弯曲的表面，

其中，所述管状的悬挂构件的高度处于所述筒形的水轮机壳体的最大高度的范围内，

其中，所述转子轴的上游端连接到发电机，从而将所述转子安装在所述筒形的水轮机壳体的下游端，

其中，在由所述水轮机悬挂本体的所述底部的所述水平下表面抑制沿着所述筒形的水轮机壳体的所述向下弯曲的表面通过的水流上升的同时使水流通过。

2.根据权利要求1所述的水轮机装置，其中，所述水轮机悬挂本体的所述底部的水平下表面自转子叶片沿下游方向水平延伸的长度高达等于或大于所述转子的直径，其中所述转子叶片安装在所述筒形的水轮机壳体的下游端。

3.根据权利要求1或2所述的水轮机装置，其中，所述水轮机悬挂本体具有分别形成在所述水轮机悬挂本体的底部的两个端部部分上的向下突出部件，并且所述水轮机悬挂本体具有嵌入在所述向下突出部件的每个下部部分中的重锤。

4.根据权利要求1或2所述的水轮机装置，其中，所述水轮机悬挂本体具有分别连接至所述水轮机悬挂本体的左侧部分和右侧部分的可拆卸的侧部附接本体，并且所述侧部附接本体分别具有向下突出部件，所述侧部附接本体的所述向下突出部件的外侧部分比内侧部分向下延伸更远。

5.根据权利要求4所述的水轮机装置，其中，所述向下突出部件分别具有嵌入在所述向下突出部件的每个下部部分中的重锤。

6.根据权利要求1或2所述的水轮机装置，其中，所述水轮机悬挂本体具有隧道状部件，所述隧道状部件包括底板以及从所述水轮机悬挂本体的所述水平下表面的每个侧部部分延伸的一对侧壁，其中，所述底板包括具有倾斜平面的竖向截面形状，所述倾斜平面从与所述筒形的水轮机壳体靠近的所述底板的最高部分向下倾斜至所述底板的前端部，并且其中，所述隧道状部件在正视图中在所述底板的前部部分处较宽且向内逐渐变窄。

7.根据权利要求6所述的水轮机装置，其中，所述隧道状部件的所述底板具有使得所述底板的前端部部分的上表面具有球形表面且从所述底板的最高部分到后端部部分的区域具有逐渐下降的圆弧形弯曲表面的竖向截面形状。

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