CN108644058A - 一种超低水头水力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明属于能源领域的一种水力发电装置，涉及一种超低水头水力发电机，包括导流壳体和安装在导流壳体进水端的锥形结构拦渣网，拦渣网的小端设有拉环，拦渣网的大端与导流壳体可拆卸连接，导流壳体内部叶轮与增速器的输入轴连接，增速器的输出轴与发电机一端轴连接，发动机的另一端与尾椎连接，增速器和发电机两端均设有防水密封结构，发电机的圆周方向上均匀安装有与导流壳体连接的支撑架，导流壳体呈弧形筒状，叶轮安装在导流壳体的颈部，导流壳体后端和前端直径比为1.2～1.8，导流壳体长度与后端直径比为0.5～1.5，导流壳体上端安装有浮升装置，解决了现有的大量超低水头水力资源靠传统方式很难有效利用的问题。

Description

一种超低水头水力发电机

技术领域

本发明属于能源领域的一种水力发电装置，涉及一种超低水头水力发电机。

背景技术

在开发利用可再生清洁能源的技术中，风力、光伏发电受到地理条件限制，安装建造成本十分高昂，因此水力发电技术受到广泛的关注；其原理是通过流动的水对水轮做功来实现水力发电；传统水电一般包括水轮机、发电机、管道及附属设施、抽水泵机、电能管理等组成；修建水电站必须具备水流落差拦水筑坝，结构比较复杂，资源也渐趋短缺，建造、移民、环境成本较高。因此传统水电站的建设受到非常大的限制。然而世界的江河、洋流、潮汐的平流水水力资源十分丰富，急待涌现更多的高效实用，价廉物美的新能源设备去充分利用。

授权公告号为CN103397975B的发明专利公开了一种标准型浮管式水力发电机，包括浮管提速装置、水轮机和发电机；浮管提速装置由管状收水器、工作段和尾水管构成；水轮机设置于管状收水器出水端和尾水管进水端之间的工作段内，水轮机与发电机连接。本发明所公开的水力发电机可以直接利用江河、洋流、潮汐自然之流水动力，通过悬浮在水中的管状提速装置，加快进入机内自然流水的速度，冲击水轮机、带动发电机，发出较高效率电能的平流水发电装置，是世界的江河、洋流、潮汐的平流水水力资源开发利用的一种高效实用、价廉物美的新能源设备。但是自然界还有大量的超低水头水力资源靠传统浮船、浮筒、波浪式发电机等方式很难有效利用，因此开发一种高效实用且在较低水流速度的情况下也能实现可靠发电的超低水头水力发电设备迫在眉睫。

发明内容

有鉴于此，本发明为了解决现有的大量超低水头水力资源靠传统方式很难有效利用的问题，提供一种超低水头水力发电机。

为达到上述目的，本发明提供一种超低水头水力发电机，包括导流壳体和安装在导流壳体进水端的锥形结构拦渣网，拦渣网的小端设有用来连接钢丝绳的拉环，拦渣网的大端与导流壳体可拆卸连接，导流壳体内部依次安装有叶轮、增速器、发电机和尾椎，叶轮与增速器的输入轴连接，增速器的输出轴与发电机一端轴连接，发动机的另一端与尾椎连接，增速器和发电机两端均设有防水密封结构，发电机的圆周方向上均匀安装有与导流壳体连接的支撑架，导流壳体呈向导流壳体内侧凹陷的弧形筒状，叶轮安装在导流壳体的颈部，导流壳体后端和前端直径比为1.2～1.8，导流壳体长度与后端直径比为0.5～1.5，导流壳体上端安装有浮升装置。

进一步，导流壳体中部厚度均匀，两端厚度大于中部厚度。

进一步，浮升装置包括浮体和浮体支架，浮体为圆筒结构或平板结构，浮体支架一端与浮体连接，另一端与导流壳体连接。

进一步，增速器的增速倍数为4～20。

进一步，支撑架包括支撑腿和抱箍，抱箍卡在发动机的外壳上固定发动机，支撑腿与壳体通过紧固件连接，紧固件为螺栓。

进一步，支撑腿的横截面呈对称翼型，支撑腿的横截面在轴向有5～10°的扭转角。

进一步，支撑腿为圆柱形，支撑腿的横截面在轴向无扭转角。

进一步，拦渣网由钢丝焊接成锥形结构，锥形结构拦渣网的锥度为45～80°。

进一步，发电机外壳采用铝合金制成，发电机为三相无刷交流发电机，发电机用于离网发电或者并网发电。

进一步，支撑腿的数量为三个或者四个，导流壳体、支撑架和尾椎采用高分子材料注塑制成，叶轮材质为高分子或者金属合金。

本发明的有益效果在于：

1、本发明所公开的超低水头水力发电机，导流壳体内部依次安装叶轮、增速器、发电机和尾椎，超低水头水流进入到导流壳体内并在弧形筒状导流壳体的作用下加速，经初次加速后的水流作用在叶轮上并推动叶轮转动，叶轮转动的同时带动与叶轮连接的增速器输入轴转动。在增速器的增速作用下，增速器的输出轴以高于输入轴一定倍数的转速带动发电机的转轴转动，从而使得发电机的转轴以较高的转速旋转进行发电。因此该超低水头水力发电机在水流速度较低的情况下也能实现发电机的可靠发电，降低了发电机使用时对水流本身的需求，适于大规模的推广应用。

2、本发明所公开的超低水头水力发电机，导流壳体的长度相对于现有的水力发电机得到了缩短，根据纳维-斯托克斯方程和伯努利方程，导流壳体后端与前端直径比1.2～1.8，导流壳体长度与后端直径比为0.5～1.5时，整个超低水头水力发电机的发电量最佳，相对于现有水力发电机单位时间发电量得到了提高。同时缩短导流壳体长度的水力发电机相对于现有水力发电机也能节约生产成本，对水力资源的利用率更高。

3、本发明所公开的超低水头水力发电机，增速器的增速倍数为4～20倍，增速器两端有密封结构。若是增速器的增速倍数过高，势必增加增速器的体积，进而会加大整个浮筒式发电机的体积，增加浮筒式发电机的生产成本。若是增速器的增速倍数过小，则在一些水流速度较低的情况下，发电机的发电性能将受到影响，将增速器的增速倍数设置在4～10倍，是经过多次的实地试验后确定，经过该倍数的加速后可以满足绝大多数水流情况下发电机的使用。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明超低水头水力发电机的主视图；

图2为本发明超低水头水力发电机的右视图；

图3为本发明超低水头水力发电机的轴视图；

图4为本发明超低水头水力发电机导流壳体的主视图。

具体实施方式

下面将对本发明的优选实施例进行详细的描述。

说明书附图中的附图标记包括：

导流壳体1、叶轮2、增速器3、发电机4、支撑架5、尾椎6、拦渣网7、浮体8。

实施例1

如图1～4所示的超低水头水力发电机，包括导流壳体1和安装在导流壳体1进水端的锥形结构拦渣网7，导流壳体1中部厚度均匀，两端厚度大于中部厚度。导流壳体1呈弧形筒状，由于导流壳体1的中部呈凹陷状，导流壳体1能够采集大面积超低水流，其动能、压能、位能使得进入导流壳体1的水流逐渐提速，这样能够使得进入导流壳体1的水流有一个初速度。导流壳体1后端和前端直径比为1.2～1.8，导流壳体1长度与后端直径比为0.5～1.5。拦渣网由钢丝焊接成锥形结构，锥形结构拦渣网7的锥度为45～80°。拦渣网7的小端设有用来连接钢丝绳的拉环，拉环用来连接钢丝绳，钢丝绳连接固定在岸边或水底，拦渣网7的大端与导流壳体1可拆卸连接。

导流壳体1内部依次安装有叶轮2、增速器3、发电机4和尾椎6，叶轮2安装在导流壳体1的颈部，叶轮2与增速器3的输入轴连接，增速器3的输出轴与发电机4一端轴连接，发动机的另一端与尾椎6连接，增速器3和发电机4两端均设有防水密封结构，增速器3的增速倍数为4～20，该增速倍数是经过多次的实地试验后确定的，经过该倍数的加速后可以满足绝大多数水流情况下发电机的使用。超低水头水流进入到导流壳体1内并在弧形筒状导流壳体1的作用下加速，经初次加速后的水流作用在叶轮2上并推动叶轮2转动，叶轮2转动的同时带动与叶轮2连接的增速器3输入轴转动。在增速器3的增速作用下，增速器3的输出轴以高于输入轴一定倍数的转速带动发电机4的转轴转动，从而使得发电机4的转轴以较高的转速旋转进行发电。

发电机4外壳采用铝合金制成，发电机4为三相无刷交流发电机4，发电机4用于离网发电或者并网发电。当发电机4用于离网发电时，将发电机4的输出端连接到外部的智能充电控制器，智能充电控制器具有最大功率跟踪技术，可对外部的蓄电池充电，用电时由蓄电池通过逆变器逆变成220V50Hz交流电后再使用，或将发电机4的输出端经电线直接连接到外部的控制逆变一体机，无需蓄电池，直接输出380/220V50Hz交流电，直接使用。当发电机4用于并网发电时，发电机4输出端由经电线连接到并网逆变器，将电能输入(国家)电网，同时有补偿性的供用户使用。

发电机4的圆周方向上均匀安装有与导流壳体1连接的支撑架5，支撑架5用高分子材料注塑而成。支撑架5包括支撑腿和抱箍，抱箍卡在发动机的外壳上固定发动机，支撑腿与壳体通过紧固件连接，紧固件为螺栓。支撑腿的横截面呈对称翼型，支撑腿的横截面在轴向有5～10°的扭转角。支撑腿的数量为三个或者四个。为了整个产品的轻便和强度，叶轮2、壳体、电机支撑架5和尾椎6可以采用高分子混合材料注塑工艺制成，叶轮2为一体注塑件或每片分块注塑后再由铝合金材质的轮毂连接在一起。导流壳体1可为一体注塑件或分块注塑后再由连接件连接在一起，支撑架5可以分成三块或四块进行注塑。

锥形尾椎6的恰当使用，能够使得导流壳体1内的水流迅速扩散，前后段形成较大的压差，使得导流壳体1内水流速度增大，使得叶轮2获得较大的机械能带动发电机4发电。该超低水头水力发电机对于0.8m/s以下的水流速，发电效果能达到现有水力发电机的发电效果。

导流壳体1上端安装有浮升装置，浮升装置包括浮体8和浮体支架，浮体8为圆筒结构或平板结构，浮体支架一端与浮体连接，另一端与导流壳体1连接。由于浮体8的浮力，能够保证整个水力发电机4漂浮在水面下方。

实施例2

实施例2与实施例1的区别在于，支撑腿为圆柱形，支撑腿的横截面在轴向无扭转角。叶轮2也可采用金属合金材料。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种超低水头水力发电机，其特征在于，包括导流壳体和安装在导流壳体进水端的锥形结构拦渣网，拦渣网的小端设有用来连接钢丝绳的拉环，拦渣网的大端与导流壳体可拆卸连接，所述导流壳体内部依次安装有叶轮、增速器、发电机和尾椎，所述叶轮与增速器的输入轴连接，增速器的输出轴与发电机一端轴连接，发动机的另一端与尾椎连接，所述增速器和发电机两端均设有防水密封结构，所述发电机的圆周方向上均匀安装有与导流壳体连接的支撑架，所述导流壳体呈向导流壳体内侧凹陷的弧形筒状，叶轮安装在导流壳体的颈部，导流壳体后端和前端直径比为1.2～1.8，导流壳体长度与后端直径比为0.5～1.5，所述导流壳体上端安装有浮升装置。

2.如权利要求1所述的超低水头水力发电机，其特征在于，所述导流壳体中部厚度均匀，两端厚度大于中部厚度。

3.如权利要求2所述的超低水头水力发电机，其特征在于，所述浮升装置包括浮体和浮体支架，浮体为圆筒结构或平板结构，浮体支架一端与浮体连接，另一端与导流壳体连接。

4.如权利要求3所述的超低水头水力发电机，其特征在于，所述增速器的增速倍数为4～20。

5.如权利要求4所述的超低水头水力发电机，其特征在于，所述支撑架包括支撑腿和抱箍，抱箍卡在发动机的外壳上固定发动机，支撑腿与壳体通过紧固件连接，紧固件为螺栓。

6.如权利要求5所述的超低水头水力发电机，其特征在于，所述支撑腿的横截面呈对称翼型，支撑腿的横截面在轴向有5～10°的扭转角。

7.如权利要求5所述的超低水头水力发电机，其特征在于，所述支撑腿为圆柱形，支撑腿的横截面在轴向无扭转角。

8.如权利要求6或7所述的超低水头水力发电机，其特征在于，所述拦渣网由钢丝焊接成锥形结构，锥形结构拦渣网的锥度为45～80°。

9.如权利要求8所述的超低水头水力发电机，其特征在于，所述发电机外壳采用铝合金制成，发电机为三相无刷交流发电机，发电机用于离网发电或者并网发电。

10.如权利要求9所述的超低水头水力发电机，其特征在于，所述支撑腿的数量为三个或者四个，导流壳体、支撑架和尾椎采用高分子材料注塑制成，叶轮材质为高分子或者金属合金。