CN110397544A - 一种流水发电装置 - Google Patents

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    • Y02E10/20—Hydro energy

Abstract

本发明公开了一种流水发电装置，包括叶轮和叶轮轴，所述叶轮包括叶片，其特征在于：在旋转方向与流水方向相反的叶片外部设有遮流罩。本发明通过在与流水方向相反的叶片外部安装遮流罩，通过遮流罩将叶片与流水隔离，从而使旋转方向与流水方向相反的叶片不再受到流水的反向作用力，进而可大幅度降低流水的反向阻力，提高水能的利用率，可低成本、低能耗、高效率实现高品质的流水发电，对促使流水资源的规模化应用具有重要价值。

Description

一种流水发电装置
技术领域
本发明是涉及流水发电技术，具体说，是涉及一种流水发电装置。
背景技术
众所周知，水资源是宝贵的清洁可再生资源，可以作为解决能源制约的长效手段，由于流水发电不会给社会造成因为建水库而带来的移民安置、影响生态环境、投资巨大等问题，因而流水发电受到前所未有的重视。但目前流水发电的原理主要是利用水位差产生的强大水流所具有的动能推动水轮机带动发电机组而发电。现在基本上都是采用螺旋桨叶式进行水力发电，如：美国在水里安装直径达70米的螺旋浆发电，利用水流推动螺旋浆旋转，带动发电机发电。但这种螺旋浆旋转的发电方法具有制造成本高的缺点，特别是桨叶边缘的线速度高、阻力大，存在水能转化率低的难题。以直径为70米、转速为10r/m的螺旋浆为例：桨叶的边缘线速度达到36.6米/秒，相当于121公里/小时的水阻力。这种水阻力的存在会极大地消耗水流自身的动能，导致发电量减少。为什么不用叶轮发电？因为当叶轮在水力推动下旋转时，轮轴的上方叶片与下方叶片的旋转方向是相反的，这种相反旋转就会相互抵销推动力，导致能耗大、发电效率低、发电成本高，没有实用价值。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题和需求，本发明的目的是提供一种流水发电装置，以低成本、低能耗、高效率实现高品质的流水发电，以促使流水资源的规模化应用。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种流水发电装置，包括叶轮和叶轮轴，所述叶轮包括叶片，其特征在于：在旋转方向与流水方向相反的叶片外部设有遮流罩。
本发明通过在与流水方向相反的叶片外部安装遮流罩，通过遮流罩使流水对叶片的反向冲击力予以隔离，从而使旋转方向与流水方向相反的叶片不再受到流水的反向作用，因而可大幅度降低流水的反向阻力，提高水能的利用率。
作为优选方案，所述遮流罩能根据流水方向沿叶轮轴的旋转调节流水量。因为流水方向是会不断变化的，通过旋转可适应流水方向的改变，特别是当叶轮轴与水平面垂直时，这种改变更加重要。同时，通过遮流罩的旋转也可达到调节流水大小的作用，通过调节流水大小，可以保持流水的相对稳定，提高电能的品质。
作为优选方案，在所述遮流罩上设有开合门。通过开合门的开启或闭合可以调节流水大小，从而保持比较稳定的流水，保证所发电能的品质。
作为优选方案，所述叶片为弧形叶片。当弧形叶片与流水方向相对时，可获得更多的水能。
作为进一步优选方案，在弧形叶片的两端设有挡板。在弧形叶片的两端设置挡板，可将两端的流水锁住，提高水能的利用率。
作为进一步优选方案，在所述挡板上设置传动轮，所述传动轮与发电机相连接。
作为进一步优选方案，所述弧形叶片上设有至少一块分隔板，使所述弧形叶片被分隔为多段。通过分隔板的阻挡作用，可将流水锁住在隔离区内，防止流水扩散，提高水能的利用效率。
作为进一步优选方案，在所述叶轮轴上安装有至少一个输出轮，所述输出轮具有离合功能。流水的大小是不断变化的，通过在叶轮轴上安装一个或一个以上的动力传输轮，当流水变小时，通过离合连接功能使其中的部分动力传输轮分离，从而减少发电负荷，保证发电品质；同样，当流水变大时，使其中的动力传输轮连接上，增加发电负荷，从而充分利用水能发电，并保证发电品质。
作为优选方案，所述流水发电装置还包括U形束流槽，叶轮位于所述U形束流槽内。通过束流槽的束流水作用，可以防止流水在推动叶片时，不会向其它方向扩散，以致流水的动力仅限于叶轮的旋转方向，从而进一步提高水能的利用效率。
作为优选方案，在所述叶轮的前端设有导流罩，所述导流罩的口径由大变小，在进水口处为大口径，在叶轮的前端处是小口径。通过导流罩的导流作用，将更多的流水引入到流水发电机里，从而可提高流水发电机的工作效率。如：叶轮的进水口是5米×20米，现在通过导流罩的作用，导流罩的进水口的尺寸是15米×20米，宽度与原来一样，但高度是原来的三倍；导流罩的出水口仍然是5米×20米，与叶轮的进水口相同，并与之相接。通过导流罩的导流作用，将15米×20米的流水引入到5米×20米，进水量增加了三倍，从而大大提高了水能。
作为进一步优选方案，在所述导流罩上设有开合门。通过开合门的开启或关闭作用，可不断调整进水量的大小，使流水量处于相对稳定的状态，从而保证所发电的品质。
作为进一步优选方案，所述导流罩的后端与U形束流槽的前端连接为一体。这种连接可以保证两者合二为一，可增加安装的方便性和降低制造成本。
作为优选方案，在所述叶轮轴的中部垂直设有流水方向调节轴，所述流水方向调节轴能根据流水方向变化自动调节叶轮轴与流水方向保持垂直，从而提高流水发电效率。
作为优选方案，在所述叶轮上或叶轮轴上或流水方向调节轴上设有导向舵。一旦流水方向改变，导向舵会在流水作用下，调节叶片方向与流水方向保持垂直，从而提高流水发电效率。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明通过在与流水方向相反的叶片外部安装遮流罩，通过遮流罩将叶片与流水隔离，从而使旋转方向与流水方向相反的叶片不再受到流水的反向作用力，进而可大幅度降低流水的反向阻力，提高水能的利用率，实现流水发电，经计算，发电效率相对于现有的螺旋桨发电，至少可提高一倍以上；尤其是，当在叶轮前端设置导流罩时，通过遮流罩和导流罩的开合作用，不仅可保证流水稳定，得到高品质的电能，还可将水能利用率提高到现有的二倍以上；因此，本发明可低成本、低能耗、高效率实现高品质的流水发电，对促使流水资源的规模化应用具有重要价值。
附图说明
图1是实施例1提供的一种流水发电装置的结构示意图；
图2是实施例2提供的一种流水发电装置的结构示意图；
图3是实施例3提供的一种叶片结构示意图；
图4是实施例4提供的一种流水发电装置的结构示意图；
图5是本实施例5提供的一种流水发电装置的结构示意图；
图6是本实施例6提供的一种流水发电装置的结构示意图。
图中：1、叶轮；2、叶轮轴；3、叶片；3A、被遮流罩所遮住的叶片；3B、未被遮流罩遮住的叶片；4、遮流罩；5、流水；6、静态水流；7、挡板；8、分隔板；9、水平面；10、流水方向调节轴；11、平面轴承；12、导向舵；13、导流罩；14、U形束流槽。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的技术方案作进一步详细阐述：
实施例1
如图1所示，本实施例提供的一种流水发电装置，包括叶轮1和叶轮轴2，所述叶轮1包括叶片3，其特征在于：在旋转方向与流水方向相反的叶片3A外部设有遮流罩4。
参见图1所示：当流水5冲向叶轮1时，由于在旋转方向与流水方向相反的叶片3A外部设有遮流罩4，因而被遮流罩4所遮住的叶片3A将不受流水作用，而未被遮流罩4遮住的叶片3会受到流水作用而发生与流水方向相同的旋转，以致位于遮流罩4内的叶片3A的旋转方向与流水方向相反，且旋转过程中只受到遮流罩内的静态流水6的阻挡作用，由于静态流水6内的水速为零，因此旋转方向与流水方向相反的叶片3A所受流水阻相对于原有技术可显著降低，以致水能的能耗显著降低，从而可显著提高水能的利用率。
实施例2
如图2所示，本实施例提供的流水发电装置，与实施例1提供的流水发电装置的不同之处在于：所述叶片3为弧形叶片，使未被遮流罩4遮住的叶片3B的弧形凹槽是迎流水而设，而被遮流罩4所遮住的叶片3A的弧形凹槽是背流水而设，这样可使未被遮流罩4遮住的叶片3B相对于直形叶片能接受更大的流水作用，而被遮流罩4所遮住的叶片3A所受阻力更小，从而水能损失更小，可比实施例1进一步提高水能的利用率。
实施例3
如图3所示，本实施例提供的流水发电装置，与实施例2的不同之处在于：在所述弧形叶片3的两端设有挡板7，在两挡板之间设有多块(图3中示出了3块)分隔板8，所述弧形叶片3被分隔成四段，每段的空间只有原来的四分之一。当流水冲向弧形叶片3时，不仅在挡板7的作用下，可将两端的流水锁住，而且通过分隔板8的作用，将横向扩散的流水也进行了锁定，从而相对于实施例2，本实施例可进一步提高水能的利用率。
实施例4
如图4所示，本实施例提供的流水发电装置，与实施例3的不同之处在于：在垂直固定于水平面9的流水方向调节轴10下端设有平面轴承11，在平面轴承11的两侧对称设有叶轮1，在所述叶轮1的叶片3两端设有挡板7，在两挡板之间设有多块(图4中示出了3块)分隔板8，所述叶片3均被分隔成四段；在所述平面轴承11的下方设有导向舵12，导向舵12与叶片3垂直，导向舵12在转动时会带动叶片3水平同步转动。当流水方向发生改变时，导向舵12会受到流水作用产生旋转，在旋转时会通过平面轴承11带动叶片3也同步旋转，从而始终保持与流水方向垂直旋转，获得最大的水能。
实施例5
如图5所示，本实施例提供的流水发电装置，与实施例1提供的流水发电装置的不同之处在于：在叶轮1的前端安装了导流罩13，所述导流罩13呈收缩式喇叭形状，在进水口处为大口径，在叶轮1的前端处是小口径，当流水5进入导流罩13后，随着导流罩13的面积逐渐缩小，流水5的水能会逐渐变大，从而可提高流水发电的效率。如：当导流罩13的面积缩小一倍时，水能会提高一倍，一个流水发电机的发电效率相当于原来两个流水发电机的发电效率。
实施例6
如图6所示，本实施例提供的流水发电装置，与实施例2的不同之处在于：在未被遮流罩4遮住的叶片3B的外周设置U形束流槽14，U形束流槽14的开口端为进水端，U形束流槽14可使冲向未被遮流罩4遮住的叶片3B的流水被束缚在U形束流槽14内，避免流水向四周扩散而损失，从而可进一步提高水能的利用率。
当然，U形束流槽14可以与导流罩13(本图中未画出)连接成一个整体，以便加工和安装，降低制造成本。
最后需要在此指出的是：以上仅是本发明的部分优选应用例，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容做出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种流水发电装置，包括叶轮和叶轮轴，所述叶轮包括叶片，其特征在于：在旋转方向与流水方向相反的叶片外部设有遮流罩。
2.根据权利要求1所述的流水发电装置，其特征在于：所述遮流罩能根据流水方向沿叶轮轴的旋转调节流水量。
3.根据权利要求1所述的流水发电装置，其特征在于：在所述遮流罩上设有开合门。
4.根据权利要求1所述的流水发电装置，其特征在于：所述叶片为弧形叶片。
5.根据权利要求4所述的流水发电装置，其特征在于：在弧形叶片的两端设有挡板。
6.根据权利要求5所述的流水发电装置，其特征在于：在所述挡板上设置传动轮，所述传动轮与发电机相连接。
7.根据权利要求5所述的流水发电装置，其特征在于：所述弧形叶片上设有至少一块分隔板，使所述弧形叶片被分隔为多段。
8.根据权利要求1所述的流水发电装置，其特征在于：在所述叶轮轴上安装有至少一个输出轮，所述输出轮具有离合功能。
9.根据权利要求1所述的流水发电装置，其特征在于：所述流水发电装置还包括U形束流槽，叶轮位于所述U形束流槽内。
10.根据权利要求9所述的流水发电装置，其特征在于：在所述叶轮的前端设有导流罩，所述导流罩的口径由大变小，在进水口处为大口径，在叶轮的前端处是小口径。
11.根据权利要求10所述的流水发电装置，其特征在于：在所述导流罩上设有开合门。
12.根据权利要求10所述的流水发电装置，其特征在于：所述导流罩的后端与U形束流槽的前端连接为一体。
13.根据权利要求1所述的流水发电装置，其特征在于：在所述叶轮轴的中部垂直设有流水方向调节轴，所述流水方向调节轴能根据流水方向变化自动调节叶轮轴与流水方向保持垂直。
14.根据权利要求13所述的流水发电装置，其特征在于：在叶轮上或叶轮轴上或流水方向调节轴上设有导向舵。
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