CN108612617A - 一种具有超速保护功能的水利发电设备 - Google Patents

一种具有超速保护功能的水利发电设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有超速保护功能的水利发电设备，包括底座、发电机、水轮机、进水口和动力轴，还包括保护机构和除杂机构，所述保护机构包括触发组件、传动组件和执行组件，所述触发组件包括限位块、滑动块、弹簧、调节单元、两个第一传动杆、两个第二传动杆和两个重力块，所述除杂机构包括滤网、清洁刷、连接轴、固定杆、第二轴承座、螺旋桨、集污槽和集污口，该具有超速保护功能的水利发电设备中，通过保护机构，使水利发电设备在超速的时候，可以将进水口内部的水流截断，提高了水利发电设备的安全防护性能，通过除杂机构，可以将水流中的杂物过滤出来，降低了杂物进入水利发电设备内部的几率，降低了水利发电设备发生故障的几率。

Description

一种具有超速保护功能的水利发电设备
技术领域
本发明涉及水利发电设备领域，特别涉及一种具有超速保护功能的水利发电设备。
背景技术
水利发电设备的作用是将河川、湖泊等位于高处具有势能的水流至低处，经水轮机转换成水轮机的机械能，水轮机又推动发电机发电，将机械能转换成电能，水利发电设备中的水轮发电机由水轮机驱动，发电机的转速决定输出交流电的频率，因此稳定转子的转速对保证频率的稳定至关重要，可以采取闭环控制的方式对水轮机转速进行控制，即采取发出的交流电的频率信号样本，将其反馈到控制水轮机导叶开合角度的控制系统中从而去控制水轮机的输出功率，以达到让发电机转速稳定的目的。
一般水利发电设备中发电机和水轮机都设置有额定转速，当水利发电设备转速高于额定转速的时候，容易造成水利发电设备振动过大，加快水利发电设备各器件的磨损，甚至有可能造成水利发电设备飞车的重大事故，从而给人们带来巨大的损失，不仅如此，一般河流水道中的水中都或多或少存在着杂物，如果杂物随着水流进入水利发电设备的内部，将会对水轮机的叶片造成损坏，从而使水利发电设备无法正常运行。
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，提供一种具有超速保护功能的水利发电设备。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种具有超速保护功能的水利发电设备，包括底座、发电机、水轮机、进水口和动力轴，所述发电机设置在底座的上方的一侧，所述水轮机设置在底座的上方的另一侧，所述水轮机通过动力轴与发电机传动连接，所述进水口设置在水轮机的远离发电机的一侧，所述水轮机的下方还设有一个出水口，还包括保护机构和除杂机构，所述保护机构设置在动力轴上，所述除杂机构设置在进水口的内部；
所述保护机构包括触发组件、传动组件和执行组件，所述触发组件设置在动力轴上，所述传动组件设置在水轮机的上方，所述执行组件设置在进水口的内部，所述执行组件设置在除杂机构的靠近水轮机的一侧；
所述触发组件包括限位块、滑动块、弹簧、调节单元、两个第一传动杆、两个第二传动杆和两个重力块，两个第二传动杆的一端分别铰接在动力轴的靠近水轮机的一端的上方和下方，两个第二传动杆的另一端分别铰接在两个重力块上，两个第一传动杆的一端分别铰接在两个重力块上，两个第一传动杆的另一端分别铰接在两个滑动块的上方和下方，所述滑动块的内部设有通孔，所述动力轴的靠近发电机的一端穿过滑动块，所述限位块设置在动力轴上，所述限位块设置在滑动块的靠近发电机的一侧，所述调节单元设置在动力轴的靠近水轮机的一端上，所述弹簧套设在动力轴上，所述弹簧的两端分别设置在滑动块和调节单元上；
所述执行组件包括第三触发杆、挡板和传动轴，所述挡板竖向设置在进水口的内部，所述传动轴竖向设置，所述传动轴的下端与挡板连接，所述传动轴的上端设置在进水口的上方，所述第三触发杆水平设置在传动轴的上方；
所述除杂机构包括滤网、清洁刷、连接轴、固定杆、第二轴承座、螺旋桨、集污槽和集污口，所述滤网设置在挡板的远离水轮机的一侧，所述固定杆竖向设置在滤网的远离水轮机的一侧，所述第二轴承座设置在固定杆的中部，所述连接轴穿过第二轴承座，所述清洁刷设置在连接轴的靠近滤网的一端上，所述螺旋桨设置在连接轴的远离滤网的一端上，所述集污口设置在滤网的下端的远离水轮机的一侧，所述集污槽设置在集污口的下方。
作为优选，为了对触发组件进行调节，使触发组件能够在额定转速的时候触发保护，所述调节单元包括移动环和两个气缸，所述移动环套设在动力轴的中部，两个气缸分别水平设置在动力轴的两侧，两个气缸均与动力轴平行，两个气缸一端分别设置在移动环的两端上，两个气缸的另一端均设置在动力轴上，所述弹簧的一端设置在移动环上。
作为优选，为了提高对气缸的行程控制的精度，所述气缸为电子气缸。
作为优选，为了使触发组件可以驱动执行组件运行，所述传动组件包括第一触发杆、第二触发杆、连接杆和第一轴承座，所述第一轴承座设置在水轮机的上方，所述连接杆穿过第一轴承座，所述第一触发杆和第二触发杆均竖向设置，所述第一触发杆和第二触发杆的上端分别设置在连接杆的两端。
作为优选，为了实现水利发电设备的远程控制，所述底座的内部还设有无线信号收发模块和PLC，所述无线信号收发模块与PLC电连接。
作为优选，为了提高水利发电设备的智能化程度，所述集污口的下方还设有一个电动阀，所述电动阀和气缸均与PLC电连接。
作为优选，为了提高清洁刷的清洁效果，所述清洁刷的制作材料为橡胶。
作为优选，为了对滤网上清理下来的杂物进行收集，所述集污口的开口设置在集污口的一侧，所述集污口的开口的方向与清洁刷转动的方向相反。
作为优选，为了提高挡板的密封效果，所述挡板的外周上还周向设置有一个密封圈。
作为优选，为了延长螺旋桨的使用寿命，所述螺旋桨的制作材料为不锈钢。
本发明的有益效果是，该具有超速保护功能的水利发电设备中，通过保护机构，使水利发电设备在超速的时候，可以将进水口内部的水流截断，从而使水利发电设备的转速降低，提高了水利发电设备的安全防护性能，与现有机构相比，该机构通过调节单元可以调节触发组件触发时候的转速，从而扩大了保护机构的适用范围，提高了水利发电设备的实用性，不仅如此，通过除杂机构，可以将水流中的杂物过滤出来，从而降低了杂物进入水利发电设备内部的几率，降低了水利发电设备发生故障的几率，与现有机构相比，该机构结构简单，降低了故障发生的几率，减少了维护成本。
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是本发明的具有超速保护功能的水利发电设备的结构示意图；
图2是本发明的具有超速保护功能的水利发电设备的触发组件的结构示意图；
图3是本发明的具有超速保护功能的水利发电设备的除杂机构的主视图；
图4是本发明的具有超速保护功能的水利发电设备的除杂机构的侧视图；
图中：1.发电机，2.第一触发杆，3.连接杆，4.第一轴承座，5.水轮机，6.第二触发杆，7.第三触发杆，8.传动轴，9.挡板，10.进水口，11.滑动块，12.第一传动杆，13.重力块，14.弹簧，15.第二传动杆，16.气缸，17.动力轴，18.移动环，19.限位块，20.滤网，21.清洁刷，22.连接轴，23.固定杆，24.第二轴承座，25.螺旋桨，26.电动阀，27.集污槽，28.集污口，29.底座。
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所示，一种具有超速保护功能的水利发电设备，包括底座29、发电机1、水轮机5、进水口10和动力轴17，所述发电机1设置在底座29的上方的一侧，所述水轮机5设置在底座29的上方的另一侧，所述水轮机5通过动力轴17与发电机1传动连接，所述进水口10设置在水轮机5的远离发电机1的一侧，所述水轮机5的下方还设有一个出水口，还包括保护机构和除杂机构，所述保护机构设置在动力轴17上，所述除杂机构设置在进水口10的内部；
如图1所示，所述保护机构包括触发组件、传动组件和执行组件，所述触发组件设置在动力轴17上，所述传动组件设置在水轮机5的上方，所述执行组件设置在进水口10的内部，所述执行组件设置在除杂机构的靠近水轮机5的一侧；
其中，水流从进水口10进入水轮机5的内部，从而驱动水轮机5转动，之后在动力轴17的作用下，通过水轮机5驱动发电机1转动，从而使发电机1发电，在此过程中，当进水量突增，调节机构无法及时进行调节，从而导致水轮机5转速迅速提高，从而导致动力轴17的转速升高，从而通过动力轴17驱动触发组件转动，在离心力的作用下，触发组件被触发，之后在传动组件的作用下，通过触发组件驱动执行组件运行，从而通过执行组件将进水口10关闭，从而使水轮机5的转速下降，从而降低了水利发电设备因转速突增而造成事故的几率，提高了水利发电设备的安全防护性能；
如图2所示，所述触发组件包括限位块19、滑动块11、弹簧14、调节单元、两个第一传动杆12、两个第二传动杆15和两个重力块13，两个第二传动杆15的一端分别铰接在动力轴17的靠近水轮机5的一端的上方和下方，两个第二传动杆15的另一端分别铰接在两个重力块13上，两个第一传动杆12的一端分别铰接在两个重力块13上，两个第一传动杆12的另一端分别铰接在两个滑动块11的上方和下方，所述滑动块11的内部设有通孔，所述动力轴17的靠近发电机1的一端穿过滑动块11，所述限位块19设置在动力轴17上，所述限位块19设置在滑动块11的靠近发电机1的一侧，所述调节单元设置在动力轴17的靠近水轮机5的一端上，所述弹簧14套设在动力轴17上，所述弹簧14的两端分别设置在滑动块11和调节单元上；
其中，人们通过调节组件调节弹簧14的弹性势能，在限位块19对滑动块11的限位作用下，调节弹簧14对滑动杆11的推力，在动力轴17转动的过程中，随着动力轴17转速的提高，会使两个重力块13产生一个离心力，从而在两个第一传动杆12和两个第二传动杆15的作用下，对滑动块11产生一个拉力，随着动力轴17转速的升高，两个重力块13的离心力增大，从而使重力块13对滑动块11的拉力增大，当拉力大于弹簧14的推力的时候，滑动块11向远离限位块19的方向移动，从而在两个第一传动杆12和两个第二传动杆15的作用下，使两个重力块13向远离动力轴17的方向移动，从而通过两个重力块13驱动传动组件；
如图1所示，所述执行组件包括第三触发杆7、挡板9和传动轴8，所述挡板9竖向设置在进水口10的内部，所述传动轴8竖向设置，所述传动轴8的下端与挡板9连接，所述传动轴8的上端设置在进水口10的上方，所述第三触发杆7水平设置在传动轴8的上方；
其中，在传动组件的作用下，推动第三触发杆7转动，在传动轴8的作用下，驱动挡板9转动，从而通过挡板9将进水口10堵住，从而使水轮机5的转速降低，从而实现了反对水利发电设备的超速保护功能；
如图3-4所示，所述除杂机构包括滤网20、清洁刷21、连接轴22、固定杆23、第二轴承座24、螺旋桨25、集污槽27和集污口28，所述滤网20设置在挡板9的远离水轮机5的一侧，所述固定杆23竖向设置在滤网20的远离水轮机5的一侧，所述第二轴承座24设置在固定杆23的中部，所述连接轴22穿过第二轴承座24，所述清洁刷21设置在连接轴22的靠近滤网20的一端上，所述螺旋桨25设置在连接轴22的远离滤网20的一端上，所述集污口28设置在滤网20的下端的远离水轮机5的一侧，所述集污槽27设置在集污口28的下方；
其中，通过固定杆23和第二轴承座24的支撑作用，提高了连接轴22的稳定性，之后在水流的作用下，驱动螺旋桨25转动，从而通过螺旋桨25驱动清洁刷21转动，从而通过清洁刷21将滤网20上的杂物刮下，在清洁刷21转动的过程中，在离心力的作用，驱动杂物向远离连接轴22的方向移动，从而使杂物通过集污口28进入集污槽27内部，从而实现了对水流中杂物的过滤，从而降低了因杂物进入水轮机5内部而造成水轮机5叶片损坏的几率，降低了水利发电设备发生故障的几率。
如图1所示，所述调节单元包括移动环18和两个气缸16，所述移动环18套设在动力轴17的中部，两个气缸16分别水平设置在动力轴17的两侧，两个气缸16均与动力轴17平行，两个气缸16一端分别设置在移动环18的两端上，两个气缸16的另一端均设置在动力轴17上，所述弹簧14的一端设置在移动环18上；
其中，通过两个气缸16驱动移动环18沿着动力轴17左右移动，从而通过移动环18调节弹簧14的压缩量，从而调节弹簧14对滑动块11的推力的大小。
作为优选，为了提高对气缸16的行程控制的精度，所述气缸16为电子气缸，由于电子气缸的控制精度较高，从而提高了气缸16对移动环18移动距离控制的精确度。
如图1所示，所述传动组件包括第一触发杆2、第二触发杆6、连接杆3和第一轴承座4，所述第一轴承座4设置在水轮机5的上方，所述连接杆3穿过第一轴承座4，所述第一触发杆2和第二触发杆6均竖向设置，所述第一触发杆2和第二触发杆6的上端分别设置在连接杆3的两端；
其中，在第一轴承座4的支撑作用下，提高了连接杆3的稳定性，之后通过重力块13敲击第一触发杆2的下端，从而通过第一触发杆2驱动连接杆3转动，从而通过连接杆3驱动第二触发杆6转动，从而通过第二触发杆6驱动第三触发杆7转动。
作为优选，为了实现水利发电设备的远程控制，所述底座29的内部还设有无线信号收发模块和PLC，所述无线信号收发模块与PLC电连接，通过无线信号收发模块使水利发电设备可以与远程控制站建立通讯，从而使人们可以远程控制水利发电设备，从而实现了水利发电设备的远程控制。
作为优选，为了提高水利发电设备的智能化程度，所述集污口28的下方还设有一个电动阀26，所述电动阀26和气缸16均与PLC电连接，在PLC的控制下，使人们可以远程控制气缸16的移动和电动阀26的开闭，从而将集污槽27内部的杂物排出，从而提高了水利发电设备的智能化程度
作为优选，为了提高清洁刷21的清洁效果，所述清洁刷21的制作材料为橡胶，由于橡胶的质地较为柔软，从而减小了清洁刷21与滤网20之间的间隙，从而提高了清洁刷21的清洁效果。
作为优选，为了对滤网20上清理下来的杂物进行收集，所述集污口28的开口设置在集污口28的一侧，所述集污口28的开口的方向与清洁刷21转动的方向相反，其中在清洁刷21转动的时候会带动水流一起转动，从而在水流的带动下，通过离心力将杂物甩向连接轴22的四周，从而使杂物可以进入集污口28的内部。
作为优选，为了提高挡板9的密封效果，所述挡板9的外周上还周向设置有一个密封圈，通过密封圈提高了挡板9的密封性能，从而使挡板9可以将进水口10内部的水流截断。
作为优选，为了延长螺旋桨25的使用寿命，所述螺旋桨25的制作材料为不锈钢，由于不锈钢具有较好的防腐蚀性能，从而降低了螺旋桨25被腐蚀的速度，从而延长了螺旋桨25的使用寿命。
水流从进水口10进入水轮机5的内部，从而驱动水轮机5转动，之后在动力轴17的作用下，通过水轮机5驱动发电机1转动，从而使发电机1发电，在此过程中，当进水量突增，调节机构无法及时进行调节，从而导致水轮机5转速迅速提高，从而导致动力轴17的转速升高，从而通过动力轴17驱动触发组件转动，在离心力的作用下，触发组件被触发，之后在传动组件的作用下，通过触发组件驱动执行组件运行，从而通过执行组件将进水口10关闭，从而使水轮机5的转速下降，从而降低了水利发电设备因转速突增而造成事故的几率，提高了水利发电设备的安全防护性能，通过固定杆23和第二轴承座24的支撑作用，提高了连接轴22的稳定性，之后在水流的作用下，驱动螺旋桨25转动，从而通过螺旋桨25驱动清洁刷21转动，从而通过清洁刷21将滤网20上的杂物刮下，在清洁刷21转动的过程中，在离心力的作用，驱动杂物向远离连接轴22的方向移动，从而使杂物通过集污口28进入集污槽27内部，从而实现了对水流中杂物的过滤，从而降低了因造物进入水轮机5内部而造成水轮机5叶片损坏的几率，降低了水利发电设备发生故障的几率。
与现有技术相比，该具有超速保护功能的水利发电设备中，通过保护机构，使水利发电设备在超速的时候，可以将进水口10内部的水流截断，从而使水利发电设备的转速降低，提高了水利发电设备的安全防护性能，与现有机构相比，该机构通过调节单元可以调节触发组件触发时候的转速，从而扩大了保护机构的适用范围，提高了水利发电设备的实用性，不仅如此，通过除杂机构，可以将水流中的杂物过滤出来，从而降低了杂物进入水利发电设备内部的几率，降低了水利发电设备发生故障的几率，与现有机构相比，该机构结构简单，降低了故障发生的几率，减少了维护成本。
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)

1.一种具有超速保护功能的水利发电设备，包括底座(29)、发电机(1)、水轮机(5)、进水口(10)和动力轴(17)，所述发电机(1)设置在底座(29)的上方的一侧，所述水轮机(5)设置在底座(29)的上方的另一侧，所述水轮机(5)通过动力轴(17)与发电机(1)传动连接，所述进水口(10)设置在水轮机(5)的远离发电机(1)的一侧，所述水轮机(5)的下方还设有一个出水口，其特征在于，还包括保护机构和除杂机构，所述保护机构设置在动力轴(17)上，所述除杂机构设置在进水口(10)的内部；
所述保护机构包括触发组件、传动组件和执行组件，所述触发组件设置在动力轴(17)上，所述传动组件设置在水轮机(5)的上方，所述执行组件设置在进水口(10)的内部，所述执行组件设置在除杂机构的靠近水轮机(5)的一侧；
所述触发组件包括限位块(19)、滑动块(11)、弹簧(14)、调节单元、两个第一传动杆(12)、两个第二传动杆(15)和两个重力块(13)，两个第二传动杆(15)的一端分别铰接在动力轴(17)的靠近水轮机(5)的一端的上方和下方，两个第二传动杆(15)的另一端分别铰接在两个重力块(13)上，两个第一传动杆(12)的一端分别铰接在两个重力块(13)上，两个第一传动杆(12)的另一端分别铰接在两个滑动块(11)的上方和下方，所述滑动块(11)的内部设有通孔，所述动力轴(17)的靠近发电机(1)的一端穿过滑动块(11)，所述限位块(19)设置在动力轴(17)上，所述限位块(19)设置在滑动块(11)的靠近发电机(1)的一侧，所述调节单元设置在动力轴(17)的靠近水轮机(5)的一端上，所述弹簧(14)套设在动力轴(17)上，所述弹簧(14)的两端分别设置在滑动块(11)和调节单元上；
所述执行组件包括第三触发杆(7)、挡板(9)和传动轴(8)，所述挡板(9)竖向设置在进水口(10)的内部，所述传动轴(8)竖向设置，所述传动轴(8)的下端与挡板(9)连接，所述传动轴(8)的上端设置在进水口(10)的上方，所述第三触发杆(7)水平设置在传动轴(8)的上方；
所述除杂机构包括滤网(20)、清洁刷(21)、连接轴(22)、固定杆(23)、第二轴承座(24)、螺旋桨(25)、集污槽(27)和集污口(28)，所述滤网(20)设置在挡板(9)的远离水轮机(5)的一侧，所述固定杆(23)竖向设置在滤网(20)的远离水轮机(5)的一侧，所述第二轴承座(24)设置在固定杆(23)的中部，所述连接轴(22)穿过第二轴承座(24)，所述清洁刷(21)设置在连接轴(22)的靠近滤网(20)的一端上，所述螺旋桨(25)设置在连接轴(22)的远离滤网(20)的一端上，所述集污口(28)设置在滤网(20)的下端的远离水轮机(5)的一侧，所述集污槽(27)设置在集污口(28)的下方。
2.如权利要求1所述的具有超速保护功能的水利发电设备，其特征在于，所述调节单元包括移动环(18)和两个气缸(16)，所述移动环(18)套设在动力轴(17)的中部，两个气缸(16)分别水平设置在动力轴(17)的两侧，两个气缸(16)均与动力轴(17)平行，两个气缸(16)一端分别设置在移动环(18)的两端上，两个气缸(16)的另一端均设置在动力轴(17)上，所述弹簧(14)的一端设置在移动环(18)上。
3.如权利要求2所述的具有超速保护功能的水利发电设备，其特征在于，所述气缸(16)为电子气缸。
4.如权利要求1所述的具有超速保护功能的水利发电设备，其特征在于，所述传动组件包括第一触发杆(2)、第二触发杆(6)、连接杆(3)和第一轴承座(4)，所述第一轴承座(4)设置在水轮机(5)的上方，所述连接杆(3)穿过第一轴承座(4)，所述第一触发杆(2)和第二触发杆(6)均竖向设置，所述第一触发杆(2)和第二触发杆(6)的上端分别设置在连接杆(3)的两端。
5.如权利要求1所述的具有超速保护功能的水利发电设备，其特征在于，所述底座(29)的内部还设有无线信号收发模块和PLC，所述无线信号收发模块与PLC电连接。
6.如权利要求1所述的具有超速保护功能的水利发电设备，其特征在于，所述集污口(28)的下方还设有一个电动阀(26)，所述电动阀(26)和气缸(16)均与PLC电连接。
7.如权利要求1所述的具有超速保护功能的水利发电设备，其特征在于，所述清洁刷(21)的制作材料为橡胶。
8.如权利要求1所述的具有超速保护功能的水利发电设备，其特征在于，所述集污口(28)的开口设置在集污口(28)的一侧，所述集污口(28)的开口的方向与清洁刷(21)转动的方向相反。
9.如权利要求1所述的具有超速保护功能的水利发电设备，其特征在于，所述挡板(9)的外周上还周向设置有一个密封圈。
10.如权利要求1所述的具有超速保护功能的水利发电设备，其特征在于，所述螺旋桨(25)的制作材料为不锈钢。
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