CN108713097B - 水力发电装置 - Google Patents

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Abstract

一种水力发电装置，包括水力发电模块、支承部以及棒体(5a、5b)。水力发电模块具有旋转叶片(1)以及发电机(3)，该发电机(3)通过旋转叶片的旋转(1)而发电。支承部对水力发电模块进行支承。支承部能够安装于水通道。棒体(5a、5b)连接至支承部以从支承部突出。通过将棒体(5a、5b)的靠近支承部的一端部或是支承部的一部分作为中心，棒体(5a、5b)的与上述棒体(5a、5b)的一端部相反的另一端部能够枢转，以将第一状态切换至第二状态，反之亦然。在第一状态下，水力发电模块的旋转叶片(1)位于水通道的水面的下方。在第二状态下，水力发电模块的旋转叶片(1)位于水通道的水面的上方。

Description

水力发电装置
技术领域
本发明涉及一种水力发电装置，特别涉及一种安装在水通道中的水力发电装置。
背景技术
以往，已知一种安装在水通道中的水力发电装置。在利用用于农业用水、城市用水、工业用水等的水通道的小型水力发电装置中，具有在维护时进行更换的旋转叶片、齿轮、轴承、油封等，该装置需要被提升至水流外。此外，水力发电装置还需要在诸如涨水等紧急情况下被提升至水流外，以防止上述装置损坏。以往，在向上提升水力发电装置时，使用了起重车辆或大规模的提升机构以提升上述装置(例如，参照日本专利特开2015-014219号公报)。上述文献中公开的以往的水力发电装置包括提升机构，该提升机构包括滑轮、绳子、重物等。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2015-014219号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
但是，对于如上所述安装在水通道中的这种小型水力发电装置来说，安装如上所述这样的大规模的提升机构是引发成本增加的因素。更具体而言，如上所述利用上述水通道的这种小型水力发电装置的发电量较小。因而，安装如上所述这样的提升机构会使得水力发电装置的安装成本相对于该装置的发电量而言过大。
本发明为了解决上述问题而作，本发明的目的是提供一种水力发电装置，该水力发电装置在装置被提升至水流外时无需大规模设备，并且例如能够通过人力所完成的操作容易地提升至水流外。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明的水力发电装置包括水力发电模块、支承部以及棒体。上述水力发电模块包括旋转叶片以及发电机，上述发电机通过上述旋转叶片的旋转而发电。上述支承部对上述水力发电模块进行支承。上述支承部能够安装于水通道。上述棒体连接至上述支承部以从上述支承部突出。通过将上述棒体的靠近上述支承部的一端部或上述支承部的一部分作为中心，与上述棒体的上述一端部相反的上述棒体的另一端部能够枢转，以将第一状态切换至第二状态，反之亦然。在上述第一状态下，上述水力发电模块的上述旋转叶片位于上述水通道的水面的下方。在上述第二状态下，上述水力发电模块的上述旋转叶片位于上述水通道的水面的上方。
发明效果
本发明能够提供一种水力发电装置，该水力发电装置不需要大规模设备就能够容易地被提升至水流外。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例的水力发电装置的示意主视图。
图2是图1所示的水力发电装置的示意俯视图。
图3是图1所示的水力发电装置的示意侧视图。
图4是表示安装于水通道的图1的水力发电装置的示意主视图。
图5是图4所示的水力发电装置的示意俯视图。
图6是图4所示的水力发电装置的示意侧视图。
图7是表示提升至水通道的水面上方的图4的水力发电装置的示意主视图。
图8是图7所示的水力发电装置的示意侧视图。
图9是表示根据本发明第二实施例的水力发电装置的示意主视图。
图10是图9所示的水力发电装置的示意侧视图。
图11是表示根据本发明第三实施例的水力发电装置的示意主视图。
图12是图11所示的水力发电装置的示意俯视图。
图13是图11所示的水力发电装置的示意侧视图。
图14是图11所示的区域ⅩⅣ的放大示意图。
图15是表示根据本发明第四实施例的水力发电装置的示意主视图。
图16是图15所示的水力发电装置的示意俯视图。
图17是图15所示的水力发电装置的示意侧视图。
图18是图15所示的区域ⅩⅧ的放大示意图。
图19是表示根据本发明第五实施例的水力发电装置的示意图。
具体实施方式
将参照附图对本发明的实施例进行描述。在图中，对相同或对应的元件进行同样地标注，而不进行重复描述。
(第一实施例)
(水力发电装置的构造)
图1至图3是表示根据本实施例的水力发电装置的示意图。将参照图1至图3，对根据本实施例的水力发电装置的构造进行描述。
图1至图3中所示的水力发电装置是紧凑且轻量的系统，该系统安装在用于农业用水、城市用水、工业用水等的现有的水通道中，并且利用流动的水的动能进行发电。如图1至图4所示，水力发电装置包括具有旋转叶片1的水力发电模块、具有梁4的支承部、棒体5a、5b以及控制设备。如下文所述那样，棒体5a、5b能够用于将水力发电装置的水力发电模块提升至水通道外。细节将在下文进行描述。水力发电模块具有旋转叶片1、齿轮箱2以及发电机3。旋转叶片1是水平轴型的螺旋桨式旋转叶片。齿轮箱2连接到旋转叶片1。发电机3通过支承件连接到齿轮箱2。当旋转叶片1通过水流而旋转时，旋转叶片1的旋转通过齿轮箱2和支承件传递至发电机3。发电机3通过旋转叶片1的旋转而发电。
控制设备控制发电机3的输出和旋转叶片1。从发电机3获取的最大电力根据水流的流速而改变。因而，控制设备对水流的流速、旋转叶片1的转速或发电机3的发电电压进行测量，并且确定最佳的电流值，该最佳的电流值使得从发电机3获取的电力最大。然后，控制设备对水力发电模块进行控制，使得发电机3的电流量与最佳值匹配。
支承部对水力发电模块进行支承。支承部具有两根梁4a和4b、架台4c、支承件4d以及底板4e。两根梁4a和4b平行对准。在两根梁4a和4b的中央部，架台4c配置成将两根梁4a和4b连接。架台4c固定至梁4a、4b。在架台4c的上表面上，两根支承件4d隔着间隔配置。两根支承件4d各自配置在架台4c的端部。此外，支承件4d被定位成在俯视观察时与梁4a、4b重叠。底板4e配置成连接在两根支承件4d之间。发电机3固定至底板4e。发电机3配置在架台4c和底板4e之间。水力发电模块的支承件具有连接到架台4c下表面的一端部。
用作提升棒的棒体5a、5b通过螺栓15固定至梁4a、4b。棒体5a在一端部处连接至每根梁4a、4b。棒体5b在与一端部相对的另一端部处连接至每根梁4a、4b。棒体5a和5b在横穿梁4a、4b延伸方向的方向上延伸，并且该方向例如是与梁4a和4b正交的方向。
棒体5a、5b通过构成连接构件的螺栓15以可拆卸的方式连接至梁4a、4b。具体而言，梁4a、4b每个均具有相对的端部，每一端部形成有穿过该端部以供螺栓15穿过的孔。此外，棒体5a和5b也每个均具有形成于该棒体5a和5b以接收螺栓15的孔。棒体5a、5b相对于梁4a、4b进行定位，使得棒体5a、5b的孔与梁4a、4b的孔重叠。图1至图3所示的水力发电装置具有配置成与梁4a、4b的下表面接触的棒体5a、5b。接着，螺栓15穿过棒体5a、5b的孔以及梁4a、4b的孔。然后，构成连接构件的螺母固定至螺栓15以通过螺栓15将棒体5a、5b固定至梁4a、4b。通过上述方式，棒体5a和5b以可拆卸的方式连接至梁4a和4b。通过解除螺栓15和螺母的联接，能够将棒体5a和5b从梁4a和4b移除。因而，如下文所述那样，棒体5a和5b仅在将水力发电装置提升至水通道外时连接至梁4a和4b。
(提升水力发电装置的方法)
图4至图8是表示将图1至图3的水力发电装置提升至水通道外的方法的示意图。将参照图4至图8，对将水力发电装置提升至水通道外的方法进行描述。
首先，如图4至图6所示，水力发电装置被配置在水通道中的预定位置处。此时，水力发电模块具有位于水通道的水面40下方(即，第一状态)的旋转叶片1。尽管水面40的位置随着一年的时间发生变化，但每次能够进行调节以假定第一状态。此外，水力发电装置具有梁4a、4b，通过梁4a、4b的端部与水通道的壁部8的上表面接触。梁4a和4b具有比水通道的壁部8的外周面更向外突出的末端。棒体5a和5b连接至梁4a和4b的末端。棒体5a、5b配置成沿着水通道的水面40延伸或沿着水通道的壁部8的上表面延伸。
随后，棒体5a和5b的端部(即，每根棒的与连接至梁4a和4b的一端部相反的另一端部)在图6所示的箭头10所指的方向上提升。其结果是，水力发电装置绕着梁4a、4b与水通道的壁部8接触的部分旋转。提供给棒体5a、5b足够的长度(例如，3m以上以及5m以下)，使得以足够小的力提升棒体5a、5b的另一端部。这样，使得棒体5a和5b的另一端部通过一个至多个工人所做的作业被提升。
虽然在上述构造中，提升棒体5a、5b的另一端时的旋转中心是梁4a、4b与水通道的壁部8接触的部分，但是，旋转中心可以是每根棒体5a、5b的靠近梁4a的一端部。
通过进而在箭头10的方向(参见图6)上提升棒体5a、5b的另一端部，水力发电装置能够沿箭头10所指的方向旋转。其结果是，当棒体5a、5b枢转了大致90度时，如图7和图8所示，水力发电装置能够旋转90度以将水力发电装置的水力发电模块提升至水通道的水面上方。
虽然上文描述的水力发电装置具有直接配置在水通道的壁部8上的梁4a和4b，但是，棒体5a和5b也可应用于具有不同构造的水力发电装置。例如，下述的构造也可以类似地具有连接至梁4a、4b的棒体5a、5b，其中，在该构造中，作为水力发电装置的基础单独形成在水通道的相反的两侧上，并且梁4a、4b安装在上述基础上。这样，也能够通过提升棒体5a、5b的另一端部，使得水力发电装置的水力发电模块被提升至水通道外。
此外，虽然对如图7和图8所示以使旋转叶片1面向下方的方式将水力发电装置提升至水上方的情况进行了描述，但是，上述装置被提升至水上方时使旋转叶片1(由此使水力发电装置)面向哪一侧可以在考虑维修的容易程度等的基础上进行改变。例如，棒体5a和5b可以连接至梁4a和4b，使得从图3的齿轮箱2观察时，上述棒体5a和5b朝向旋转叶片1所在的一侧延伸。在上述情况下，通过提升棒体的更远离梁4a、4b的端部，能够将水力发电装置提升至水通道外。由此提升的水力发电装置具有面向上方的旋转叶片1。
(水力发电装置的动作)
固定至水通道的水力发电装置具有旋转叶片，通过流过水通道的水流使上述旋转叶片旋转。旋转叶片产生旋转能量，该旋转能量又经由齿轮箱2、以及配置在支承件内的转轴等传递至发电机3。发电机3接收被传递的旋转能量并且将该旋转能量转换成电能。由发电机3产生的电力通过输出线等向外输出。
(特征性的构造、功能以及效果)
如上所述的水力发电装置包括水力发电模块、支承部(梁4a、4b、架台4c、支承件4d和底板4e)以及棒体5a、5b。水力发电模块具有旋转叶片1和通过旋转叶片1旋转而发电的发电机3。支承部对水力发电模块进行支承。支承部能够安装于水通道。棒体5a、5b连接至支承部以从支承部突出。通过将每根棒体5a、5b的更靠近支承部的一端部或支承部的一部分作为中心，每根棒体5a、5b的与上述一端部相反的另一端部能够枢转以将第一状态切换至第二状态，反之亦然。在第一状态下，如图4所示，水力发电模块的旋转叶片1位于水通道的水面下方。在第二状态下，如图8所示，水力发电模块的旋转叶片1位于水通道的水面上方。
因而，通过提升棒体5a、5b的另一端部，水力发电装置能够绕着梁4a、4b旋转。此外，通过使棒体5a和5b足够长，能够在旋转中心和另一端部之间提供较大的距离，使得水力发电装置通过杠杆作用以相对较小的力旋转。因此，不采用使用滑轮或绳子的大规模设备，并且作为替代，通过诸如利用人力提升棒体5a、5b的另一端部的作业，水力发电装置能够在短时间内容易地提升至水通道外。
例如，在暴雨等导致水通道的水位上升后，而相应地需要使根据本实施例的水力发电装置提升至水流外的情况下，不需要起重车辆等就能够将根据本实施例的水力发电装置提升至水流外。此外，水力发电装置不需要用于进行提升该装置的操作的大规模设备，并且能够以低廉的成本进行制造和安装。另外，能够通过人力完成提升上述装置的操作，进而不需要特定的驱动力，并且在水力发电装置安装的位置能够获得较大的自由度。
水力发电装置还可包括连接构件(螺栓15和螺母)，上述连接构件将棒体5a、5b以可拆卸的方式连接至支承部。在上述情况下，棒体5a、5b能够仅在水力发电装置被提升至水通道外时连接至梁4a、4b。此外，当棒体5a、5b连接至梁4a、4b时，前者相对于后者的方向能够适当地改变，使得当水力发电装置被提升至水通道外时，旋转叶片1面对期望的一侧。
(第二实施例)
(水力发电装置的构造)
图9和图10是表示根据本实施例的水力发电装置的示意图。将参照图9和图10对根据本实施例的水力发电装置进行描述。值得注意的是，图9对应于图4，而图10对应于图6。
图9和图10所示的水力发电装置基本上具有与图1至图3所示的水力发电装置的结构相同的结构，除了前者具有与后者相比形状有所不同的棒体5c、5d。图9和图10所示的水力发电装置具有从侧面观察时呈字母L的形状的棒体5c和5d。具体而言，棒体5a包括固定部6a和延伸部6b。如图9和图10所示，在旋转叶片1位于水通道的水面下方的第一状态下，固定部6a配置成沿着水通道的水面延伸并且还固定至梁4a和4b。延伸部6b连接至固定部6a并且在与固定部6a延伸的方向不同的方向上延伸。具体而言，延伸部6b在水力发电模块所延伸的方向上延伸。
(提升水力发电装置的方法)
从水通道提升图9和图10的水力发电装置的方法基本上与参照图4至图8所描述的方法相同，除了前者与后者相比，在前者中，棒体5c、5d的延伸部6b沿图10的箭头10所指的方向下拉。在上述情况下，水力发电装置绕着与每根棒体5c、5d的连接固定部6a和延伸部6b的部分相邻的梁4a旋转。上述情况还使得水力发电装置容易提升至水通道外，并且允许采用与图4至图8所示的提升方法相同的提升方法。
(第三实施例)
(水力发电装置的构造)
图11至图14是根据本实施例的水力发电装置的示意图。将参照图11至图14对根据本实施例的水力发电装置进行描述。值得注意的是，图11至图13对应于图4至图6。
图11至图14所示的水力发电装置基本上具有与图1至图3所示的水力发电装置的结构相同的结构，除了前者与后者相比，固定设备9连接至构成支承部的梁4a、4b，并且铰链11配置成连接固定设备9的端面和梁4a的侧面。
固定设备9配置成在梁4a和4b的相对端侧处连接在梁4a和4b之间。换言之，固定设备9配置成在横穿梁4a和4b延伸的方向的方向上延伸。固定设备9例如具有柱形的形状。通常，固定设备9通过诸如螺栓等固定构件固定至梁4a和4b。相对地，如下文所述那样，在提升水力发电装置时，移除将固定设备9固定至梁4a和4b的螺栓。此外，固定设备9配置在面对水通道的壁部8内周表面的位置处。如图14所示，固定设备9通过诸如锚固螺栓12等固定构件固定至水通道的壁部8。
铰链11配置成连接固定设备9的端面和梁4a的侧面。铰链11固定至固定设备9的端面和梁4a的侧面。当固定设备9未栓接至梁4a、4b时，水力发电装置能够移动(或旋转)，使得梁4a的侧面以铰链11为中心相对于固定设备9的端面倾斜。
(提升水力发电装置的方法)
从水通道提升图11至图14的水力发电装置的方法基本上与参照图4至图8所描述的方法相同，除了前者与后者相比，在前者中，连接固定设备9与梁4a和4b的螺栓预先移除后，棒体5a和5b的另一端部沿图13所示的箭头10所指的方向提升，并且使水力发电装置绕着铰链11旋转。也就是说，水力发电装置旋转所围绕的中心包括支承构件(或铰链11)，该支承构件以使水力发电模块能够相对于水通道旋转的方式支承上述水力发电模块。
上述情况还使得水力发电装置容易提升至水通道外，并且允许采用与图4至图8所示的提升方法相同的提升方法。此外，固定设备9通过锚固螺栓12固定至水通道的壁部8，并且在提升棒体5a、5b的另一端部时，作为旋转中心的铰链未发生位置偏移。因此，能够通过安全且可靠的操作将水力发电装置提升至水通道外。
(第四实施例)
(水力发电装置的构造)
图15至图18是根据本实施例的水力发电装置的示意图。将参照图15至图18对根据本实施例的水力发电装置进行描述。值得注意的是，图15至图17对应于图4至图6。
图15至图18所示的水力发电装置基本上具有与图1至图3所示的水力发电装置的结构相同的结构，除了前者与后者相比，构成支承部的梁4a包括通过轴承单元20进行支承的轴21，并且棒体5a和5b配置在比水通道的壁部更靠内侧上。
轴21连接至梁4a的相反端部的每一个上，以在梁4a延伸的方向上延伸。轴承单元20对轴21进行支承。两个轴承单元20配置成将梁4a夹在上述两个轴承单元20之间。轴承单元20固定在水通道的壁部8的上表面上。如图18所示，轴承单元20包括内座圈20a、滚子件20c、外座圈20b以及外壳20d。内座圈20a具有环形的形状。内座圈20a具有固定成与轴21的外周表面接触的内周表面。
内座圈20a、外座圈20b以及滚子件20c构成轴承。外壳20d对轴承进行保持。具体而言，外壳20d配置成包围外座圈20b的外周。外壳20d固定在水通道的壁部8的上表面上。轴21通过轴承单元20被支承为能够旋转。其结果是，当水力发电装置被提升至水通道外时，水力发电装置能够如下文所述那样绕着轴21和梁4a旋转。
棒体5a和5b在水通道的内周侧处连接至梁4a和4b。棒体5a、5b配置成沿着水通道的壁部8的内壁表面延伸。
虽然如图15等所示，轴承单元20连接至上游侧的梁4a，但考虑到作业性等，上述轴承单元20可替代地连接至下游侧的梁4b。
(提升水力发电装置的方法)
从水通道提升图15至图18的水力发电装置的方法基本上与参照图4至图8所描述的方法相同，除了前者与后者相比，水力发电装置绕着轴承单元20旋转。也就是说，水力发电装置旋转所围绕的中心包括支承构件(或轴承单元20)，该支承构件以使水力发电模块能够相对于水通道旋转的方式支承上述水力发电模块。
上述情况还使得水力发电装置容易提升至水通道外，并且允许采用与图4至图8所示的提升方法相同的提升方法。此外，轴承单元20通过诸如锚固螺栓12等固定构件固定至水通道的壁部8，并且在提升棒体5a、5b的另一端部时，作为旋转中心的轴承单元20、轴21以及梁4a相对于水通道没有发生位置偏移。因此，能够通过安全且可靠的操作将水力发电装置提升至水通道外。
(第五实施例)
(水力发电装置的构造)
图19是表示根据本实施例的水力发电装置的示意图。将参照图19对根据本实施例的水力发电装置进行描述。值得注意的是，图19对应于图1。
图19所示的水力发电装置基本上具有与图1至图3所示的水力发电装置的结构相同的结构，除了前者具有与后者相比形状有所不同的旋转叶片。图19所示的水力发电装置不具有水平轴型的螺旋桨式旋转叶片，而具有垂直轴型的旋转叶片30。上述构造也能够实现与图1至图3所示的水力发电装置的效果相似的效果。
如上所述的水力发电装置能够具有任意形式的旋转叶片。
虽然以上描述了本发明的各实施例，但这些实施例能够进行各种变形。此外，本发明的范围不限定于上述实施例。本发明的范围由权利要求书的范围限定，并且旨在包括在与权利要求书的范围等同的意思和范围内的任何改型。
工业上的可利用性
本发明尤其适合应用于安装在灌溉渠等的小型的水力发电装置。
符号说明
1、30：旋转叶片；
2：齿轮箱；
3：发电机；
4、4a、4b：梁；
4c：架台；
4d：支承件；
4e：底板；
5a、5b、5c、5d：棒体；
6a：固定部；
6b：延伸部；
8：水通道的壁部；
9：固定设备；
10：箭头；
11：铰链；
12：锚固螺栓；
15：螺栓；
20：轴承单元；
20a：内座圈；
20b：外座圈；
20c：滚子件；
20d：外壳；
21：轴；
30：垂直轴型的旋转叶片；
40：水面。

Claims (7)

1.一种水力发电装置，其特征在于，包括：
水力发电模块，所述水力发电模块具有旋转叶片以及发电机，所述发电机构造成通过所述旋转叶片的旋转而发电；
支承部，所述支承部对所述水力发电模块进行支承，所述支承部能够安装于水通道；以及
棒体，所述棒体连接至所述支承部以从所述支承部突出，
通过将所述棒体的靠近所述支承部的一端部和所述支承部的一部分中的一个作为中心，与所述棒体的所述一端部相反的所述棒体的另一端部枢转，以将第一状态切换至第二状态，反之亦然，在所述第一状态下，所述水力发电模块的所述旋转叶片位于所述水通道的水面的下方，在所述第二状态下，所述水力发电模块的所述旋转叶片位于所述水通道的水面的上方，
所述棒体包括：固定部，所述固定部固定至所述支承部并且还在所述第一状态下沿着所述水通道的所述水面延伸；以及延伸部，所述延伸部连接至所述固定部并且在与所述固定部延伸的方向不同的方向上且在所述水力发电模块所延伸的方向上向上延伸，其中，当下拉所述延伸部时，所述水力发电装置旋转，从而从所述第一状态切换至所述第二状态。
2.如权利要求1所述的水力发电装置，其特征在于，还包括连接构件，所述连接构件将所述棒体以能够拆卸的方式连接至所述支承部。
3.如权利要求1所述的水力发电装置，其特征在于，所述中心包括支承构件，所述支承构件以使所述水力发电模块能够相对于所述水通道旋转的方式支承所述水力发电模块。
4.如权利要求3所述的水力发电装置，其特征在于，所述支承构件是铰链。
5.如权利要求3所述的水力发电装置，其特征在于，所述支承构件是轴承。
6.如权利要求1所述的水力发电装置，其特征在于，所述旋转叶片是水平轴型的螺旋桨式旋转叶片。
7.如权利要求1所述的水力发电装置，其特征在于，所述旋转叶片是垂直轴型的旋转叶片。
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