CN107420244A - 一种基于物联网的用于瀑布发电的水力发电设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于物联网的用于瀑布发电的水力发电设备，包括支撑块、水轮机、调节机构和固定机构，该基于物联网的用于瀑布发电的水力发电设备，当瀑布流速较大时，调节机构将水轮机的位置抬高，避免势能过大造成发电机转子的损坏，当流速较小时，调节机构将水轮机的位置降低，增加水的势能，避免因势能过小无法满足用电需求的情况；其次，当暂时不需要使用设备进行发电时，通过调节机构使水轮机远离水流的冲击，提高了设备的实用性；最后，水轮机由固定机构固定在瀑布的一侧，当设备发生损坏需要维修更换时，通过调节机构将水轮机调节至便于拿取的位置，启动固定机构便可将水轮机直接取下，无需进行零件的拆卸，省时省力，降低劳动强度。

Description

一种基于物联网的用于瀑布发电的水力发电设备
技术领域
本发明涉及水力发电设备领域，特别涉及一种基于物联网的用于瀑布发电的水力发电设备。
背景技术
水力发电设备，顾名思义，是利用水的动能发电的设备。现有技术中，有一种利用瀑布的势能发电的水力发电设备，它可设置在瀑布的一侧，水流落下带动叶片不断转动，将水能转换成机械能，主轴又带动发电机的转子，将机械能转换成电能而输出。
然而这种水力发电设备在运行的过程中存在一定的问题：由于瀑布的水流速度会时常发生变化，当流速较大时，势能较大，使得发电机转子的转速过大，可能会导致转子的损坏，当流速较小时，势能较小，发电机转子的转速过小，无法满足用电需求，然而，现有的设备的高度是保持不变的，这就使得转子的转速不易控制，出现转子损坏或无法满足用电需求的情况；其次，当暂时不需要使用设备进行发电时，由于设备的位置不可调节，始终由瀑布的水流冲击，降低了设备的实用性；最后，当设备发生损坏需要维修更换时，由于设备被固定在瀑布一侧，需要进行零部件的拆卸才能将其取下，故不仅费时费力，还提高了工作人员的劳动强度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术的不足，提供一种基于物联网的用于瀑布发电的水力发电设备。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于物联网的用于瀑布发电的水力发电设备，包括支撑块、水轮机、调节机构和固定机构，所述支撑块位于水轮机的上方，所述支撑块的底面设有开口，所述调节机构的顶部位于支撑块内，所述调节机构的底部位于支撑块的下方，所述固定机构设置在调节机构上，所述水轮机上设有固定块，所述水轮机通过固定块设置在固定机构上，所述水轮机上设有进水口和出水口，所述进水口位于出水口的上方；
所述调节机构包括移动组件和升降组件，所述移动组件设置在支撑块内，所述升降组件位于支撑块的外部，所述移动组件与升降组件传动连接；
所述移动组件包括第一电机、半齿轮和驱动框，所述第一电机与半齿轮传动连接，所述驱动框水平设置，所述驱动框内水平设有齿条，所述齿条有两个，两个齿条分别设置在驱动框的顶部和底部，所述半齿轮位于两个齿条之间，所述半齿轮分别与两个齿条啮合，所述驱动框上设有第一限位块，所述支撑块的顶面水平设有第一限位槽，所述第一限位块位于第一限位槽内，所述第一限位块与第一限位槽匹配且滑动连接，所述升降组件设置在驱动框的下方；
所述升降组件包括第二电机、丝杆、滑动杆和滑块，所述丝杆竖向设置，所述第二电机与丝杆传动连接，所述滑动杆与丝杆平行，所述滑动杆穿过滑块且滑动杆与滑块滑动连接，所述滑块上设有螺纹孔，所述丝杆经螺纹孔穿过滑块，所述丝杆与滑块螺纹连接，所述固定机构设置在滑块上；
所述固定机构包括第一夹板、第二夹板和固定组件，所述第一夹板和第二夹板均水平设置，所述第一夹板位于第二夹板的上方，所述固定组件分别与第一夹板和第二夹板传动连接；
所述固定组件包括两个固定单元，两个固定单元关于滑块对称设置，所述固定单元包括第三电机、驱动轮、连接绳、驱动杆、移动块、第一支杆和第二支杆，所述移动块的中部与滑块铰接，所述第一支杆和第二支杆均竖向设置，两个第二支杆位于两个第一支杆之间，所述移动块的一端与第一支杆的底端铰接，所述第一夹板的两端分别与两个第一支杆的顶端铰接，所述移动块的另一端与第二支杆的底端铰接，所述第二夹板的两端分别与两个第二支杆的顶端铰接，所述驱动杆与水平面平行，所述驱动杆设置在移动块的下方，所述第三电机设置在滑块的下方，所述驱动轮与第三电机传动连接，所述驱动轮通过连接绳与驱动杆的远离滑块的一端连接，所述固定块位于第一夹板和第二夹板之间，所述固定块分别与第一夹板和第二夹板抵靠；
所述支撑块上设有天线和PLC，所述天线和PLC电连接。
作为优选，为了提高第一夹板和第二夹板对固定块固定的牢固性，所述固定块的顶面和底面均水平设有若干第二限位块，各第二限位块相互平行，所述第一夹板和第二夹板上均设有若干第二限位槽，各第二限位块分别位于各第二限位槽内，各第二限位槽分别与各第二限位槽匹配。
作为优选，为了便于第二限位块卡入第二限位槽，所述第二限位块为半圆柱形。
作为优选，为了进一步提高第一夹板和第二夹板对固定块固定的牢固性，所述第二限位块的制作材料为橡胶。
作为优选，为了提高驱动框移动的稳定性，所述第一限位槽为燕尾槽。
作为优选，为了提高滑块移动的稳定性，所述滑动杆有两个，两个滑动杆关于丝杆对称设置。
作为优选，为了使水轮机快速升降，所述丝杆的表面设有防腐镀锌层。
作为优选，为了延长连接绳的使用寿命，所述连接绳的制作材料为不锈钢。
作为优选，为了使设备的工作状态智能化，所述第一电机、第二电机和第三电机均为伺服电机。
作为优选，为了便于拿取水轮机，所述水轮机上设有把手。
本发明的有益效果是，该基于物联网的用于瀑布发电的水力发电设备，当瀑布流速较大时，通过调节机构将水轮机的位置抬高，避免势能过大造成发电机转子的损坏，当流速较小时，通过调节机构将水轮机的位置降低，增加水的势能，避免因势能过小无法满足用电需求的情况；其次，当暂时不需要使用设备进行发电时，通过调节机构使水轮机远离水流的冲击，提高了设备的实用性；最后，水轮机由固定机构固定在瀑布的一侧，当设备发生损坏需要维修更换时，通过调节机构将水轮机调节至便于拿取的位置，启动固定机构便可将水轮机直接取下，无需进行零件的拆卸，省时省力，降低劳动强度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的基于物联网的用于瀑布发电的水力发电设备的结构示意图。
图2是本发明的基于物联网的用于瀑布发电的水力发电设备的移动组件的结构示意图。
图3是本发明的基于物联网的用于瀑布发电的水力发电设备的升降组件的结构示意图。
图4是本发明的基于物联网的用于瀑布发电的水力发电设备的固定机构的结构示意图。
图5本发明的基于物联网的用于瀑布发电的水力发电设备的滑块与固定机构的连接结构示意图。
图6本发明的基于物联网的用于瀑布发电的水力发电设备的第一夹板、第二夹板与固定块的连接结构示意图。
图中：1. 支撑块，2. 水轮机，3. 调节机构，4. 固定机构，5. 固定块，6. 第一电机，7. 半齿轮，8. 驱动框，9. 齿条，10. 第二电机，11. 丝杆，12. 滑动杆，13. 滑块，14.第一夹板，15. 第二夹板，16. 第三电机，17. 驱动轮，18. 连接绳，19. 驱动杆，20. 移动块，21. 第一支杆，22. 第二支杆。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1-6所示，一种基于物联网的用于瀑布发电的水力发电设备，包括支撑块1、水轮机2、调节机构3和固定机构4，所述支撑块1位于水轮机2的上方，所述支撑块1的底面设有开口，所述调节机构3的顶部位于支撑块1内，所述调节机构3的底部位于支撑块1的下方，所述固定机构4设置在调节机构3上，所述水轮机2上设有固定块5，所述水轮机2通过固定块5设置在固定机构4上，所述水轮机2上设有进水口和出水口，所述进水口位于出水口的上方；
当瀑布流速较大时，通过调节机构3将水轮机2的位置抬高，避免势能过大造成发电机转子的损坏，当流速较小时，通过调节机构3将水轮机2的位置降低，增加水的势能，避免因势能过小无法满足用电需求的情况；其次，当暂时不需要使用设备进行发电时，通过调节机构3使水轮机2远离水流的冲击，提高了设备的实用性；最后，水轮机2由固定机构4固定在瀑布的一侧，当设备发生损坏需要维修更换时，通过调节机构3将水轮机2调节至便于拿取的位置，启动固定机构4便可将水轮机2直接取下，无需进行零件的拆卸，省时省力，降低劳动强度。
所述调节机构3包括移动组件和升降组件，所述移动组件设置在支撑块1内，所述升降组件位于支撑块1的外部，所述移动组件与升降组件传动连接；
所述移动组件包括第一电机6、半齿轮7和驱动框8，所述第一电机6与半齿轮7传动连接，所述驱动框8水平设置，所述驱动框8内水平设有齿条9，所述齿条9有两个，两个齿条9分别设置在驱动框8的顶部和底部，所述半齿轮7位于两个齿条9之间，所述半齿轮7分别与两个齿条9啮合，所述驱动框8上设有第一限位块，所述支撑块1的顶面水平设有第一限位槽，所述第一限位块位于第一限位槽内，所述第一限位块与第一限位槽匹配且滑动连接，所述升降组件设置在驱动框8的下方；
所述升降组件包括第二电机10、丝杆11、滑动杆12和滑块13，所述丝杆11竖向设置，所述第二电机10与丝杆11传动连接，所述滑动杆12与丝杆11平行，所述滑动杆12穿过滑块13且滑动杆12与滑块13滑动连接，所述滑块13上设有螺纹孔，所述丝杆11经螺纹孔穿过滑块13，所述丝杆11与滑块13螺纹连接，所述固定机构4设置在滑块13上；
所述固定机构4包括第一夹板14、第二夹板15和固定组件，所述第一夹板14和第二夹板15均水平设置，所述第一夹板14位于第二夹板15的上方，所述固定组件分别与第一夹板14和第二夹板15传动连接；
所述固定组件包括两个固定单元，两个固定单元关于滑块13对称设置，所述固定单元包括第三电机16、驱动轮17、连接绳18、驱动杆19、移动块20、第一支杆21和第二支杆22，所述移动块20的中部与滑块13铰接，所述第一支杆21和第二支杆22均竖向设置，两个第二支杆22位于两个第一支杆21之间，所述移动块20的一端与第一支杆21的底端铰接，所述第一夹板14的两端分别与两个第一支杆21的顶端铰接，所述移动块20的另一端与第二支杆22的底端铰接，所述第二夹板15的两端分别与两个第二支杆22的顶端铰接，所述驱动杆19与水平面平行，所述驱动杆19设置在移动块20的下方，所述第三电机16设置在滑块13的下方，所述驱动轮17与第三电机16传动连接，所述驱动轮17通过连接绳18与驱动杆19的远离滑块13的一端连接，所述固定块5位于第一夹板14和第二夹板15之间，所述固定块5分别与第一夹板14和第二夹板15抵靠；
所述支撑块1上设有天线和PLC，所述天线和PLC电连接。
当瀑布流速较大时，通过遥控器操控，将无线信号传给PLC，PLC控制第二电机10工作，第二电机10驱动丝杆11转动，使得滑块13上升，从而将水轮机2的位置抬高，避免势能过大造成发电机转子的损坏，当流速较小时，PLC控制第二电机10反转，使得滑块13下降，从而将水轮机2的位置降低，增加水的势能，避免因势能过小无法满足用电需求的情况；其次，当暂时不需要使用设备进行发电时，第一电机6工作，驱动半齿轮7转动，半齿轮7通过齿条9驱动驱动框8水平移动，使得水轮机2向远离瀑布的方向水平移动，从而使水轮机2远离水流的冲击，提高了设备的实用性；最后，水轮机2由固定机构4固定在瀑布的一侧，当设备发生损坏需要维修更换时，通过启动第一电机6和第二电机10，调节水轮机2的高度和水平方向的位置，将水轮机2调节至便于拿取的位置，再启动第三电机16，第三电机16驱动驱动轮17转动，连接绳18通过驱动杆19驱动移动块20绕滑块13转动，移动块20通过第一支杆21和第二支杆22驱动第一夹板14和第二夹板15分开，此时，可将水轮机2直接取下，无需进行零件的拆卸，省时省力，降低劳动强度。
作为优选，为了提高第一夹板14和第二夹板15对固定块5固定的牢固性，所述固定块5的顶面和底面均水平设有若干第二限位块，各第二限位块相互平行，所述第一夹板14和第二夹板15上均设有若干第二限位槽，各第二限位块分别位于各第二限位槽内，各第二限位槽分别与各第二限位槽匹配，由于第二限位槽通过第二限位块将固定块5的运动进行了限定，避免固定块5发生晃动，从而提高了第一夹板14和第二夹板15对固定块5固定的牢固性。
作为优选，为了便于第二限位块卡入第二限位槽，所述第二限位块为半圆柱形，由于半圆柱形具有一定的弧度，故使得第二限位块与第二限位槽并不完全对应时也很容易滑入第二限位槽。
作为优选，为了进一步提高第一夹板14和第二夹板15对固定块5固定的牢固性，所述第二限位块的制作材料为橡胶，由于橡胶具有较大的摩擦系数，能够增大第二限位块与第一夹板14、第二夹板15间的摩擦力，从而进一步提高第一夹板14和第二夹板15对固定块5固定的牢固性。
作为优选，为了提高驱动框8移动的稳定性，所述第一限位槽为燕尾槽。
作为优选，为了提高滑块13移动的稳定性，所述滑动杆12有两个，两个滑动杆12关于丝杆11对称设置，两个滑动杆12能够更好地限制滑块13的转动，使得滑块13沿着丝杆11更稳定地移动。
作为优选，为了使水轮机2快速升降，所述丝杆11的表面设有防腐镀锌层，由于锌腐蚀的产物对锌有较好的保护作用，所以腐蚀速度非常慢，寿命是未镀锌的l5～30倍，故能防止丝杆11生锈，避免影响滑块13的移动速度，从而使水轮机2快速升降。
作为优选，为了延长连接绳18的使用寿命，所述连接绳18的制作材料为不锈钢，由于不锈钢不易被腐蚀，故能延长连接绳18的使用寿命。
作为优选，为了使设备的工作状态智能化，所述第一电机6、第二电机10和第三电机16均为伺服电机，由于伺服电机可使控制速度、位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象，故能形成智能操控系统，使各机构更好地配合工作。
作为优选，为了便于拿取水轮机2，所述水轮机2上设有把手，由于水轮机2长期处于潮湿状态，将其取下时，很容易出现打滑，而把手的设置可便于人们施力，从而便于拿取水轮机2。
与现有技术相比，该基于物联网的用于瀑布发电的水力发电设备，当瀑布流速较大时，通过调节机构3将水轮机2的位置抬高，避免势能过大造成发电机转子的损坏，当流速较小时，通过调节机构3将水轮机2的位置降低，增加水的势能，避免因势能过小无法满足用电需求的情况；其次，当暂时不需要使用设备进行发电时，通过调节机构3使水轮机2远离水流的冲击，提高了设备的实用性；最后，水轮机2由固定机构4固定在瀑布的一侧，当设备发生损坏需要维修更换时，通过调节机构3将水轮机2调节至便于拿取的位置，启动固定机构4便可将水轮机2直接取下，无需进行零件的拆卸，省时省力，降低劳动强度。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种基于物联网的用于瀑布发电的水力发电设备，其特征在于，包括支撑块、水轮机、调节机构和固定机构，所述支撑块位于水轮机的上方，所述支撑块的底面设有开口，所述调节机构的顶部位于支撑块内，所述调节机构的底部位于支撑块的下方，所述固定机构设置在调节机构上，所述水轮机上设有固定块，所述水轮机通过固定块设置在固定机构上，所述水轮机上设有进水口和出水口，所述进水口位于出水口的上方；
所述调节机构包括移动组件和升降组件，所述移动组件设置在支撑块内，所述升降组件位于支撑块的外部，所述移动组件与升降组件传动连接；
所述移动组件包括第一电机、半齿轮和驱动框，所述第一电机与半齿轮传动连接，所述驱动框水平设置，所述驱动框内水平设有齿条，所述齿条有两个，两个齿条分别设置在驱动框的顶部和底部，所述半齿轮位于两个齿条之间，所述半齿轮分别与两个齿条啮合，所述驱动框上设有第一限位块，所述支撑块的顶面水平设有第一限位槽，所述第一限位块位于第一限位槽内，所述第一限位块与第一限位槽匹配且滑动连接，所述升降组件设置在驱动框的下方；
所述升降组件包括第二电机、丝杆、滑动杆和滑块，所述丝杆竖向设置，所述第二电机与丝杆传动连接，所述滑动杆与丝杆平行，所述滑动杆穿过滑块且滑动杆与滑块滑动连接，所述滑块上设有螺纹孔，所述丝杆经螺纹孔穿过滑块，所述丝杆与滑块螺纹连接，所述固定机构设置在滑块上；
所述固定机构包括第一夹板、第二夹板和固定组件，所述第一夹板和第二夹板均水平设置，所述第一夹板位于第二夹板的上方，所述固定组件分别与第一夹板和第二夹板传动连接；
所述固定组件包括两个固定单元，两个固定单元关于滑块对称设置，所述固定单元包括第三电机、驱动轮、连接绳、驱动杆、移动块、第一支杆和第二支杆，所述移动块的中部与滑块铰接，所述第一支杆和第二支杆均竖向设置，两个第二支杆位于两个第一支杆之间，所述移动块的一端与第一支杆的底端铰接，所述第一夹板的两端分别与两个第一支杆的顶端铰接，所述移动块的另一端与第二支杆的底端铰接，所述第二夹板的两端分别与两个第二支杆的顶端铰接，所述驱动杆与水平面平行，所述驱动杆设置在移动块的下方，所述第三电机设置在滑块的下方，所述驱动轮与第三电机传动连接，所述驱动轮通过连接绳与驱动杆的远离滑块的一端连接，所述固定块位于第一夹板和第二夹板之间，所述固定块分别与第一夹板和第二夹板抵靠；
所述支撑块上设有天线和PLC，所述天线和PLC电连接。
2.如权利要求1所述的基于物联网的用于瀑布发电的水力发电设备，其特征在于，所述固定块的顶面和底面均水平设有若干第二限位块，各第二限位块相互平行，所述第一夹板和第二夹板上均设有若干第二限位槽，各第二限位块分别位于各第二限位槽内，各第二限位槽分别与各第二限位槽匹配。
3.如权利要求2所述的基于物联网的用于瀑布发电的水力发电设备，其特征在于，所述第二限位块为半圆柱形。
4.如权利要求3所述的基于物联网的用于瀑布发电的水力发电设备，其特征在于，所述第二限位块的制作材料为橡胶。
5.如权利要求1所述的基于物联网的用于瀑布发电的水力发电设备，其特征在于，所述第一限位槽为燕尾槽。
6.如权利要求1所述的基于物联网的用于瀑布发电的水力发电设备，其特征在于，所述滑动杆有两个，两个滑动杆关于丝杆对称设置。
7.如权利要求1所述的基于物联网的用于瀑布发电的水力发电设备，其特征在于，所述丝杆的表面设有防腐镀锌层。
8.如权利要求1所述的基于物联网的用于瀑布发电的水力发电设备，其特征在于，所述连接绳的制作材料为不锈钢。
9.如权利要求1所述的基于物联网的用于瀑布发电的水力发电设备，其特征在于，所述第一电机、第二电机和第三电机均为伺服电机。
10.如权利要求1所述的基于物联网的用于瀑布发电的水力发电设备，其特征在于，所述水轮机上设有把手。
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