CN109869263A - 一种用于发电的具有调控和过滤功能的水轮机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于发电的具有调控和过滤功能的水轮机，包括引水槽、机架、导管、蜗壳、驱动机构、尾水管和发电机，引水槽的上方设有调控机构和过滤机构，调控机构包括检测组件、水箱、引流管、排水管和加水管，过滤机构包括两个过滤组件，过滤组件包括滤网、密封环、垃圾箱、翻转单元和平移单元，该用于发电的具有调控和过滤功能的水轮机，通过调控机构控制水的流速，使水轮机稳定地输出功率，提高了实用性，不仅如此，通过过滤机构清理水中的泥沙、碎石等固定物，减少了对导叶的磨损，减轻了维护成本。

Description

一种用于发电的具有调控和过滤功能的水轮机

技术领域

本发明涉及电力设备领域，特别涉及一种用于发电的具有调控和过滤功能的水轮机。

背景技术

水轮机是把水流的能量转换为旋转机械能的动力机械，它属于流体机械中的透平机械。现代水轮机大多数安装在水电站内，用来驱动发电机发电。在水电站中，上游水库中的水经引水管引向水轮机，推动水轮机转轮旋转，带动发电机发电。作完功的水则通过尾水管道排向下游。水头越高、流量越大，水轮机的输出功率也就越大。

现有的水轮机由于水的流速变化，输出功率并不稳定，降低了实用性，不仅如此，现有的水轮机引入的水常常会带有一些泥沙或碎石，容易磨损水轮机的导叶，也可能会堵塞管道，清理起来比较麻烦，增加了维护成本。

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，提供一种用于发电的具有调控和过滤功能的水轮机。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于发电的具有调控和过滤功能的水轮机，包括引水槽、机架、导管、蜗壳、驱动机构、尾水管和发电机，所述引水槽固定在机架上，所述导管的两端分别与引水槽和蜗壳连通，所述驱动机构设置在蜗壳内，所述尾水管和发电机分别位于蜗壳的两侧，所述尾水管的一端与蜗壳的一侧的下方连通，所述引水槽的上方设有调控机构和过滤机构，所述发电机上设有控制器，所述控制器内设有PLC，所述发电机与PLC电连接；

所述调控机构包括检测组件、水箱、引流管、排水管和加水管，所述检测组件设置在引水槽的远离导管的一端，所述引流管的一端与引水槽连通，所述引流管的另一端与水箱的一侧的上方连通，所述排水管的一端与水箱的另一侧的上方连通，所述排水管的另一端与尾水管连通，所述加水管的一端与水箱的靠近排水管的一侧的下方连通，所述加水管的另一端与蜗壳的靠近导管的一侧连通；

所述过滤机构包括两个过滤组件，两个过滤组件分别位于引水槽的两侧，所述过滤组件包括滤网、密封环、垃圾箱、翻转单元和平移单元，所述滤网固定在密封环的内侧，所述密封环的底部的外周与引水槽的内壁密封连接，所述平移单元与引水槽的外壁连接，所述平移单元与翻转单元连接，所述翻转单元与密封环传动连接，所述垃圾箱设置在平移单元的远离引水槽的一侧。

作为优选，为了驱动发电机发电，所述驱动机构包括主轴、轴承和若干导叶，所述主轴的一端与发电机连接，所述主轴的另一端穿过蜗壳与轴承连接，所述轴承固定在蜗壳的远离发电机的一侧的中心处，所述导叶设置在蜗壳内，所述导叶周向均匀分布在主轴上。

作为优选，为了使导管内的水驱动导叶旋转，所述导管倾斜设置，所述导管到蜗壳的中心轴线的垂直距离小于导叶的长度。

作为优选，为了防止主轴生锈，所述主轴上涂有防腐镀锌层。

作为优选，为了检测引水槽内的水的流速，所述检测组件包括支撑架、铰接块、传动杆、薄片和压力传感器，所述支撑架的竖向截面的形状为U形，所述支架的两端固定在引水槽上，所述铰接块与支撑架的上方的中心处固定连接，所述传动杆的一端的一侧与铰接块铰接，所述压力传感器固定在铰接块的下方，所述传动杆与压力传感器抵靠，所述传动杆的另一端与薄片固定连接，所述薄片设置在引水槽内，所述压力传感器与PLC电连接，所述薄片与引水槽的轴线垂直。

作为优选，为了将滤网上的泥沙倒进垃圾箱，所述平移单元包括横杆、第一电机和竖杆，所述第一电机通过横杆与引水槽固定连接，所述竖杆竖向设置，所述第一电机与竖杆的底端传动连接，所述第一电机与PLC电连接。

作为优选，为了翻转滤网便于运输泥沙，所述翻转单元包括第二电机和转动杆，所述第二电机固定在竖杆的顶端，所述第二电机与转动杆的一端传动连接，所述转动杆的另一端与密封环固定连接，所述第二电机与PLC电连接。

作为优选，为了便于调控机构控制水的流向，所述引流管的靠近引水槽的一端内设有阀门，所述加水管的靠近水箱的一端内设有单向阀，所述阀门和单向阀均与PLC电连接。

作为优选，为了限制滤网的位置，所述滤网的靠近导管的一侧设有限位块，所述限位块与引水槽的内壁固定连接。

作为优选，为了防止水从引水槽的和导管的连接处渗出，所述导管与引水槽为一体成型结构。

本发明的有益效果是，该用于发电的具有调控和过滤功能的水轮机，通过调控机构控制水的流速，使水轮机稳定地输出功率，与现有的调控机构相比，该调控机构设计巧妙，实用性高，不仅如此，通过过滤机构清除水中的泥沙、碎石等固定物，防止磨损导叶，与现有的过滤机构相比，通过两个过滤组件交替使用，改善了过滤效果，减轻了维护成本。

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是本发明的用于发电的具有调控和过滤功能的水轮机的结构示意图；

图2是本发明的用于发电的具有调控和过滤功能的水轮机的调控机构的结构示意图；

图3是本发明的用于发电的具有调控和过滤功能的水轮机的过滤机构的结构示意图；

图4是本发明的用于发电的具有调控和过滤功能的水轮机的驱动机构的结构示意图；

图中：1.引水槽，2.机架，3.导管，4.蜗壳，5.尾水管，6.发电机，7.水箱，8.引流管，9.控制器，10.加水管，11.滤网，12.密封环，13.垃圾箱，14.主轴，15.轴承，16.导叶，17.支撑架，18.传动杆，19.薄片，20.压力传感器，21.横杆，22.第一电机，23.竖杆，24.第二电机，25.转动杆，26.限位块，27.铰接块，28.阀门，29.单向阀，30.排水管。

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，一种用于发电的具有调控和过滤功能的水轮机，包括引水槽1、机架2、导管3、蜗壳4、驱动机构、尾水管5和发电机6，所述引水槽1固定在机架2上，所述导管3的两端分别与引水槽1和蜗壳4连通，所述驱动机构设置在蜗壳4内，所述尾水管5和发电机6分别位于蜗壳4的两侧，所述尾水管5的一端与蜗壳4的一侧的下方连通，所述引水槽1的上方设有调控机构和过滤机构，所述发电机6上设有控制器9，所述控制器9内设有PLC，所述发电机6与PLC电连接；

水轮机工作时，先启动控制器9，PLC控制调控机构调整引水槽1内的水的流速，水从引水槽1流向导管3，再进入蜗壳4内，带动驱动机构运作，驱动机构传动给发电机6，发电机6发电，然后蜗壳4内的水会顺着尾水管5被排放出去。

所述调控机构包括检测组件、水箱7、引流管8、排水管30和加水管10，所述检测组件设置在引水槽1的远离导管3的一端，所述引流管8的一端与引水槽1连通，所述引流管8的另一端与水箱7的一侧的上方连通，所述排水管30的一端与水箱7的另一侧的上方连通，所述排水管30的另一端与尾水管5连通，所述加水管10的一端与水箱7的靠近排水管30的一侧的下方连通，所述加水管10的另一端与蜗壳4的靠近导管3的一侧连通；

PLC驱动检测组件对引水槽1内的水的流速进行识别，如果水流得太快，则通过引流管8分流，引流管8将部分水储存在水箱7内，当水箱7快装满时，排水管30可以将多余的水排到尾水管5内，尾水管5再将水排放到外面，当水流得太慢时，水箱7内储存的水会顺着加水管10流进蜗壳4，提高驱动机构的工作效率，从而实现了调节水的流速的功能，使发电机6产生稳定的输出功率。

所述过滤机构包括两个过滤组件，两个过滤组件分别位于引水槽1的两侧，所述过滤组件包括滤网11、密封环12、垃圾箱13、翻转单元和平移单元，所述滤网11固定在密封环12的内侧，所述密封环12的底部的外周与引水槽1的内壁密封连接，所述平移单元与引水槽1的外壁连接，所述平移单元与翻转单元连接，所述翻转单元与密封环12传动连接，所述垃圾箱13设置在平移单元的远离引水槽1的一侧。

实际上，两个过滤组件是交替工作的，当两个过滤组件中的其中一个过滤组件工作时，滤网11对流水进行过滤，每隔一段时间，当密封环12内堆积的泥沙过多时，PLC驱动另一个过滤组件的平移单元和翻转单元运动，将另一个过滤组件中的滤网11放入引水槽1，PLC驱动正在工作的过滤组件的翻转单元将滤网11翻转过来，使密封环12和泥沙位于滤网11的上方，然后PLC驱动该过滤组件的平移单元将滤网11和密封环12移动到垃圾箱13的上方，PLC驱动翻转单元再次翻转滤网11，使泥沙掉进垃圾箱13内，从而实现清除水中的泥沙等固体物的效果。

作为优选，为了驱动发电机6发电，所述驱动机构包括主轴14、轴承15和若干导叶16，所述主轴14的一端与发电机6连接，所述主轴14的另一端穿过蜗壳4与轴承15连接，所述轴承15固定在蜗壳4的远离发电机6的一侧的中心处，所述导叶16设置在蜗壳4内，所述导叶16周向均匀分布在主轴14上。

水从导管3流进蜗壳4内时，水冲击到导叶16上，使导叶16绕着主轴14所在的轴线旋转，主轴14跟着转动并传动给发电机6，轴承15用于保持主轴14的平衡，发电机6将主轴14旋转产生的机械能转化成电能。

作为优选，为了使导管3内的水驱动导叶16旋转，所述导管3倾斜设置，所述导管3到蜗壳4的中心轴线的垂直距离小于导叶16的长度。

只有满足上述条件，才能使导管3内的水冲击到导叶16上，从而驱动导叶16和主轴14旋转，带动发电机6工作。

作为优选，为了防止主轴14生锈，所述主轴14上涂有防腐镀锌层。

由于水从导管3内流进蜗壳4时，很可能会溅到主轴14上，所以对主轴14涂上防腐镀锌层进行防锈处理。

作为优选，为了检测引水槽1内的水的流速，所述检测组件包括支撑架17、铰接块27、传动杆18、薄片19和压力传感器20，所述支撑架17的竖向截面的形状为U形，所述支架的两端固定在引水槽1上，所述铰接块27与支撑架17的上方的中心处固定连接，所述传动杆18的一端的一侧与铰接块27铰接，所述压力传感器20固定在铰接块27的下方，所述传动杆18与压力传感器20抵靠，所述传动杆18的另一端与薄片19固定连接，所述薄片19设置在引水槽1内，所述压力传感器20与PLC电连接，所述薄片19与引水槽1的轴线垂直。

水流动时，冲击到薄片19上，带动传动杆18向水流的方向转动，传动杆18与压力传感器20接触，压力传感器20检测传动杆18对其产生的压力，并将压力值转化为信号发给PLC，PLC收到信号后控制调控机构对水流进行调速，从而使发电机6稳定地发电。

作为优选，为了将滤网11上的泥沙倒进垃圾箱13，所述平移单元包括横杆21、第一电机22和竖杆23，所述第一电机22通过横杆21与引水槽1固定连接，所述竖杆23竖向设置，所述第一电机22与竖杆23的底端传动连接，所述第一电机22与PLC电连接。

作为优选，为了翻转滤网11便于运输泥沙，所述翻转单元包括第二电机24和转动杆25，所述第二电机24固定在竖杆23的顶端，所述第二电机24与转动杆25的一端传动连接，所述转动杆25的另一端与密封环12固定连接，所述第二电机24与PLC电连接。

当泥沙堆积到滤网11上时，PLC先驱动第二电机24使转动杆25旋转，带动密封环12和滤网11翻转，使密封环12和泥沙位于滤网11的上方，然后PLC驱动第一电机22带动竖杆23旋转，竖杆23带动翻转单元将密封环12和滤网11平移到垃圾箱13的上方，然后PLC驱动翻转单元带动密封环12和滤网11再次翻转，使密封环12和泥沙位于滤网11的下方，使泥沙落入垃圾箱13内，从而达到运输和倾倒泥沙的效果。

作为优选，为了便于调控机构控制水的流向，所述引流管8的靠近引水槽1的一端内设有阀门28，所述加水管10的靠近水箱7的一端内设有单向阀29，所述阀门28和单向阀29均与PLC电连接。

当水流得太快，PLC驱动阀门28开启，使引流管8对引水槽1内的水进行分流，减缓水的流速，分流的水储藏在水箱7内，如果水箱7满了，水会顺着排水管30流入尾水管5再被排出，当水流得太慢时，PLC驱动阀门28开启，水箱7内的水沿着加水管10流入蜗壳4和从导管3内流出的水一起驱动导叶16旋转，从而使导叶16旋转的速度趋于稳定，使发电机6稳定地产生电量。

作为优选，为了限制滤网11的位置，所述滤网11的靠近导管3的一侧设有限位块26，所述限位块26与引水槽1的内壁固定连接。

水流对滤网11有冲击力，限位块26可限制滤网11的位置保持不变。

作为优选，为了防止水从引水槽1的和导管3的连接处渗出，所述导管3与引水槽1为一体成型结构。

导管3与引水槽1采用一体成型结构可避免水从引水槽1的和导管3的连接处渗出。

水轮机工作时，水经过过滤机构过滤后沿着引水槽1流进导管3，过滤机构中的两个过滤组件交替工作，两个过滤组件中的其中一个过滤组件倒泥沙时，另一个过滤组件继续对水流进行过滤，调控机构控制引水槽1内的水的流速，当水流得太快时，引流管8对引水槽1内的水进行分流，减缓水的流速，分流的水储藏在水箱7内，如果水箱7满了，水会顺着排水管30流入尾水管5再被排出，当水流得太慢时，水箱7内的水沿着加水管10流入蜗壳4和从导管3内流出的水一起驱动导叶16旋转，从而使导叶16旋转的速度趋于稳定，使发电机6稳定地产生电量，然后蜗壳4内的水会顺着尾水管5被排放出去。

与现有技术相比，该用于发电的具有调控和过滤功能的水轮机，通过调控机构控制水的流速，使水轮机稳定地输出功率，与现有的调控机构相比，该调控机构设计巧妙，实用性高，不仅如此，通过过滤机构清除水中的泥沙、碎石等固定物，防止磨损导叶16，与现有的过滤机构相比，通过两个过滤组件交替使用，改善了过滤效果，减轻了维护成本。

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)

1.一种用于发电的具有调控和过滤功能的水轮机，包括引水槽(1)、机架(2)、导管(3)、蜗壳(4)、驱动机构、尾水管(5)和发电机(6)，所述引水槽(1)固定在机架(2)上，所述导管(3)的两端分别与引水槽(1)和蜗壳(4)连通，所述驱动机构设置在蜗壳(4)内，所述尾水管(5)和发电机(6)分别位于蜗壳(4)的两侧，所述尾水管(5)的一端与蜗壳(4)的一侧的下方连通，其特征在于，所述引水槽(1)的上方设有调控机构和过滤机构，所述发电机(6)上设有控制器(9)，所述控制器(9)内设有PLC，所述发电机(6)与PLC电连接；

所述调控机构包括检测组件、水箱(7)、引流管(8)、排水管(30)和加水管(10)，所述检测组件设置在引水槽(1)的远离导管(3)的一端，所述引流管(8)的一端与引水槽(1)连通，所述引流管(8)的另一端与水箱(7)的一侧的上方连通，所述排水管(30)的一端与水箱(7)的另一侧的上方连通，所述排水管(30)的另一端与尾水管(5)连通，所述加水管(10)的一端与水箱(7)的靠近排水管(30)的一侧的下方连通，所述加水管(10)的另一端与蜗壳(4)的靠近导管(3)的一侧连通；

所述过滤机构包括两个过滤组件，两个过滤组件分别位于引水槽(1)的两侧，所述过滤组件包括滤网(11)、密封环(12)、垃圾箱(13)、翻转单元和平移单元，所述滤网(11)固定在密封环(12)的内侧，所述密封环(12)的底部的外周与引水槽(1)的内壁密封连接，所述平移单元与引水槽(1)的外壁连接，所述平移单元与翻转单元连接，所述翻转单元与密封环(12)传动连接，所述垃圾箱(13)设置在平移单元的远离引水槽(1)的一侧。

2.如权利要求1所述的用于发电的具有调控和过滤功能的水轮机，其特征在于，所述驱动机构包括主轴(14)、轴承(15)和若干导叶(16)，所述主轴(14)的一端与发电机(6)连接，所述主轴(14)的另一端穿过蜗壳(4)与轴承(15)连接，所述轴承(15)固定在蜗壳(4)的远离发电机(6)的一侧的中心处，所述导叶(16)设置在蜗壳(4)内，所述导叶(16)周向均匀分布在主轴(14)上。

3.如权利要求2所述的用于发电的具有调控和过滤功能的水轮机，其特征在于，所述导管(3)倾斜设置，所述导管(3)到蜗壳(4)的中心轴线的垂直距离小于导叶(16)的长度。

4.如权利要求2所述的用于发电的具有调控和过滤功能的水轮机，其特征在于，所述主轴(14)上涂有防腐镀锌层。

5.如权利要求1所述的用于发电的具有调控和过滤功能的水轮机，其特征在于，所述检测组件包括支撑架(17)、铰接块(27)、传动杆(18)、薄片(19)和压力传感器(20)，所述支撑架(17)的竖向截面的形状为U形，所述支架(17)的两端固定在引水槽(1)上，所述铰接块(27)与支撑架(17)的上方的一侧固定连接，所述传动杆(18)的一端的一侧与铰接块(27)铰接，所述压力传感器(20)固定在铰接块(27)的下方，所述传动杆(18)与压力传感器(20)抵靠，所述传动杆(18)的另一端与薄片(19)固定连接，所述薄片(19)设置在引水槽(1)内，所述压力传感器(20)与PLC电连接，所述薄片(19)与引水槽(1)的轴线垂直。

6.如权利要求1所述的用于发电的具有调控和过滤功能的水轮机，其特征在于，所述平移单元包括横杆(21)、第一电机(22)和竖杆(23)，所述第一电机(22)通过横杆(21)与引水槽(1)固定连接，所述竖杆(23)竖向设置，所述第一电机(22)与竖杆(23)的底端传动连接，所述第一电机(22)与PLC电连接。

7.如权利要求1所述的用于发电的具有调控和过滤功能的水轮机，其特征在于，所述翻转单元包括第二电机(24)和转动杆(25)，所述第二电机(24)固定在竖杆(23)的顶端，所述第二电机(24)与转动杆(25)的一端传动连接，所述转动杆(25)的另一端与密封环(12)固定连接，所述第二电机(24)与PLC电连接。

8.如权利要求1所述的用于发电的具有调控和过滤功能的水轮机，其特征在于，所述引流管(8)的靠近引水槽(1)的一端内设有阀门(28)，所述加水管(10)的靠近水箱(7)的一端内设有单向阀(29)，所述阀门(28)和单向阀(29)均与PLC电连接。

9.如权利要求1所述的用于发电的具有调控和过滤功能的水轮机，其特征在于，所述滤网(11)的靠近导管(3)的一侧设有限位块(26)，所述限位块(26)与引水槽(1)的内壁固定连接。

10.如权利要求1所述的用于发电的具有调控和过滤功能的水轮机，其特征在于，所述导管(3)与引水槽(1)为一体成型结构。