CN110529326A - 一种水力发电设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水力发电领域，具体涉及一种水力发电设备及方法，一种水力发电设备，包括圆筒形外壳、水轮桨和发电机，水轮桨位于圆筒形外壳内部，发电机固定设置于圆筒形外壳的正上方，并且发电机的主轴向下与水轮桨固定连接，圆筒形外壳的圆柱壁上设置有一个第一进水管道和一个第二进水管道，圆筒形外壳的底部设有一个向下延伸的排水管道，第一进水管道的管壁上设有一个分流管，该方法的最大优势在于冲击水轮机的两侧水流间形成力偶，大小相等，方向相反，不在一条直线上，几乎不造成水轮机的轴弯曲变形，从而几乎不造成伤害；而且无需筑坝，对防洪工程无影响，对水生生物无伤害、对水生态系统无破坏；设备整体构造简单，成本低廉，维护方便。

Description

一种水力发电设备及方法
技术领域
本发明涉及水力发电领域，具体涉及一种水力发电设备及方法。
背景技术
水力发电是一种具有无污染、低成本、高效率及可再生等优点的发电技术。我国作为水能资源丰富的国家，具有大规模利用水能资源的条件与能力。而传统的水力发电技术多以建造水坝、电站等大中型设备进行发电，不但对地理位置有着特定要求，其建造工程也耗费巨大的人力及物力；而且设备维修工作的进行较为复杂与困难；同时，大型设备会影响河流上游及下游的水生生态系统，造成生物多样性减少等生态破坏。
在这种背景下，可广泛应用于河流与湖泊的小型水力发电设备获得了良好的发展前景，但是，现有的一些小型水力发电设备仍存在不足，例如：
中国发明专利(CN108571412A)描述了一种桨叶可旋转的涡轮及具有其的水力发电设备，如图1所示，该发电设备由发电机、漂浮面板、主轴、轴承、阻挡面板、桨叶、转轴连接头、连接头、链接转轴组成。但是，该发电设备的活动桨叶部件容易损坏。
中国发明专利(CN103016236B)描述了一种叶轮缩放式流体动力发电装置，如图2所示，包括叶轮中圈，叶片，叶片中轴，叶轮中轴，叶轮中轴齿轮，发电机，固定架。利用风、水等流体对叶片正作用时叶片展开，以增大受力面积，提高发电效率。但是该设备体积较大，内部构造较复杂，而且缩放式叶轮在使用过程中损坏速度较快。
中国发明专利(CN204402732U)描述了一种高效水力发电机，如图3，包括出水装置，即进水管、增压阀、出水管和转动输出装置，该高效水力发电机通过将传统的圆形出水口改成矩形出水口，增加出水面积的同时增加了桨叶的受力面积，提高了发电效率。但是，该设备提高发电效率的同时对桨叶造成不可避免的损耗，同时较大的旋转桨叶对水生生物造成一定的伤害。
由此可知，以上专利技术均未解决小型水力发电设备安装与维修复杂、对水生生物及生态造成一定伤害与破坏的问题。
因此，鉴于现有技术的上述技术缺陷，迫切需要研制一种新型的水力发电设备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水力发电设备及方法，本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种设备损伤小的水力发电方法及设备，其对水生生物无伤害、对水生态系统无破坏；且无需筑坝，对防洪工程无影响，设备维护方便；而且，设备结构简单，成本低廉。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
提供一种水力发电设备，包括圆筒形外壳、水轮桨和发电机，水轮桨位于圆筒形外壳内部，发电机固定设置于圆筒形外壳的正上方，并且发电机的主轴向下与水轮桨固定连接，圆筒形外壳、水轮桨和发电机三者共轴线，圆筒形外壳的圆柱壁上设置有一个第一进水管道和一个第二进水管道，第一进水管道的轴线与圆筒形外壳的轴线垂直且不相交，第一进水管道与第二进水管道平行，第一进水管道和第二进水管道关于圆筒形外壳的轴线对称，圆筒形外壳的底部设有一个向下延伸的排水管道，第一进水管道的管壁上设有一个分流管，分流管的另一端与第二进水管道的外端固定连接。
作为一种水力发电设备的优选方案，分流管由一个直管和一个弯管组成，直管的一端与第一进水管的管壁固定连接，并且直管与第一进水管的内部连通，直管与第一进水管之间呈锐角连接，第一进水管、第二进水管、排水管道、直管和弯管的端部均设有连接法兰。
作为一种水力发电设备的优选方案，圆筒形外壳的顶部设有一个密封盖板，水轮桨的中心轴竖直向上穿过密封盖板，密封盖板的中心处固定嵌设有一个用于供水轮桨连接的防水轴承。
作为一种水力发电设备的优选方案，水轮桨和发电机的主轴上均套设有法兰轴套，每个法兰轴套均通过一个锁紧销与发电机的主轴或者水轮桨的中心轴固定连接，法兰轴套的圆柱壁、发电机的主轴和水轮桨的中心轴上均设有用于供锁紧销穿过的销孔，两个法兰轴套之间通过螺栓紧固连接。
一种水力发电设备的使用方法，该方法包括以下步骤：
S1：首先将设备安装在河流的一侧，使河流中的水流能够自然进入第一进水管道中，再将圆筒形外壳底部的排水管道通过外接水管引流至河流中；
S2：将弯管的两端与直管和第二进水管道固定连接，此时形成两条水流通路，第一条为第一进水管道-圆筒形外壳-排水管道的水流通路，第二条为第一进水管道-直管-弯管-第二进水管道-圆筒形外壳-排水管道的水流通路，两条水流通路最终均通过排水管道回流至河流中；
S3：两条水流通路搭建完成后，河流中的水从第一进水管道流入后，分别通过第一条水流通和第二条水流通路对水轮桨进行对称式冲击，从而使水轮桨在水流的作用下转动，进而带动与之连接的发电机主轴转动，从而实现水力发电，圆筒形外壳的中的河水最终通过底部的排水管道回流至河流中。
本发明的有益效果：本设备可安装在自然河流一侧，自然水流进入第一进水管道后，一部分水流通过第一进水管道进入圆筒形外壳冲击水轮桨，另一部分水流通过分流管进入第二进水管道，流动方向相反的两侧水流带动水轮桨旋转，通过桨叶旋转将动能转换为电能，以达到水力发电的目的，同时，冲击水轮桨的水流大小相等、方向相反，不在同一条直线上，从而不会造成桨叶弯曲变形，对桨叶几乎没有损耗，且带动桨叶旋转的水流在重力作用下从排水管道重新进入河流，对河流主体部分无影响。
与现有的水力发电设备相比，本发明的水力发电设备具有如下优点：
(1)本设备采用两组进水管道方向相对的设计，使桨叶只需较小水流便可被推动旋转，充分发挥中小型河流的水力发电能力，且发电效率高；
(2)本设备两组进水管道间平行且距离大约等于水轮机辊轴直径大小，使得两组进水管道的水流不在同一条直线上，对桨叶几乎不造成伤害，设备损耗小；
(3)本设备安装在在河流边界，且桨叶转速较慢，对河流水生生物基本无伤害，对河流整体水生态系统无破坏；
(4)本设备组装与拆卸均简单易操作，便于维修与更换零件；
(5)本设备组建无需构筑大型拦河坝体，对防洪工程等无影响；
(6)本设备结构简单，成本低廉。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1所示为对比文件一的结构示意图。
图2所示为对比文件二的结构示意图。
图3所示为对比文件三的结构示意图。
图4所示为本发明的立体结构示意图一。
图5所示为本发明的立体结构示意图二。
图6所示为本发明的平面剖视图。
图7所示为本发明的工作原理示意图。
图8所示为本发明的立体结构分解示意图。
图中：圆筒形外壳1，水轮桨2，发电机3，第一进水管道4，第二进水管道5，排水管道6，直管7，弯管8，连接法兰9，密封盖板10，防水轴承11，法兰轴套12，锁紧销13，销孔14。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若出现术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“连接”等指示部件之间的连接关系，该术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连通或两个部件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参照图4至图8所示的一种水力发电设备，包括圆筒形外壳1、水轮桨2和发电机3，水轮桨2位于圆筒形外壳1内部，发电机3固定设置于圆筒形外壳1的正上方，并且发电机3的主轴向下与水轮桨2固定连接，圆筒形外壳1、水轮桨2和发电机3三者共轴线，圆筒形外壳1的圆柱壁上设置有一个第一进水管道4和一个第二进水管道5，第一进水管道4的轴线与圆筒形外壳1的轴线垂直且不相交，第一进水管道4与第二进水管道5平行，第一进水管道4和第二进水管道5关于圆筒形外壳1的轴线对称，圆筒形外壳1的底部设有一个向下延伸的排水管道6，第一进水管道4的管壁上设有一个分流管，分流管的另一端与第二进水管道5的外端固定连接。
分流管由一个直管7和一个弯管8组成，直管7的一端与第一进水管的管壁固定连接，并且直管7与第一进水管的内部连通，直管7与第一进水管之间呈锐角连接，第一进水管、第二进水管、排水管道6、直管7和弯管8的端部均设有连接法兰9。各个管道的端部均通过连接法兰9固定连接。
圆筒形外壳1的顶部设有一个密封盖板10，水轮桨2的中心轴竖直向上穿过密封盖板10，密封盖板10的中心处固定嵌设有一个用于供水轮桨2连接的防水轴承11。防水轴承11一方面有效的避免了圆筒形外壳1内的河水向上溢出，另一方面保证了水轮桨2的中心轴能够流畅的转动。
水轮桨2和发电机3的主轴上均套设有法兰轴套12，每个法兰轴套12均通过一个锁紧销13与发电机3的主轴或者水轮桨2的中心轴固定连接，法兰轴套12的圆柱壁、发电机3的主轴和水轮桨2的中心轴上均设有用于供锁紧销13穿过的销孔14，两个法兰轴套12之间通过螺栓紧固连接。发电机3和水轮桨2之间通过两个法兰轴套12固定连接，法兰轴套12与发电机3或者水轮桨2之间通过锁紧销13紧固连接。
一种水力发电设备的使用方法，该方法包括以下步骤：
S1：首先将设备安装在河流的一侧，使河流中的水流能够自然进入第一进水管道4中，再将圆筒形外壳1底部的排水管道6通过外接水管引流至河流中；
S2：将弯管8的两端与直管7和第二进水管道5固定连接，此时形成两条水流通路，第一条为第一进水管道4-圆筒形外壳1-排水管道6的水流通路，第二条为第一进水管道4-直管7-弯管8-第二进水管道5-圆筒形外壳1-排水管道6的水流通路，两条水流通路最终均通过排水管道6回流至河流中；
S3：两条水流通路搭建完成后，河流中的水从第一进水管道4流入后，分别通过第一条水流通和第二条水流通路对水轮桨2进行对称式冲击，从而使水轮桨2在水流的作用下转动，进而带动与之连接的发电机3主轴转动，从而实现水力发电，圆筒形外壳1的中的河水最终通过底部的排水管道6回流至河流中。
工作原理：本设备可安装在自然河流一侧，自然水流进入第一进水管道4后，一部分水流通过第一进水管道4进入圆筒形外壳1冲击水轮桨2，另一部分水流通过分流管进入第二进水管道5，流动方向相反的两侧水流带动水轮桨2旋转，通过桨叶旋转将动能转换为电能，以达到水力发电的目的，同时，冲击水轮桨2的水流大小相等、方向相反，不在同一条直线上，从而不会造成桨叶弯曲变形，对桨叶几乎没有损耗，且带动桨叶旋转的水流在重力作用下从排水管道6重新进入河流，对河流主体部分无影响。该方法的最大优势在于冲击水轮机的两侧水流间形成力偶，大小相等，方向相反，不在一条直线上，几乎不造成水轮机的轴弯曲变形，从而几乎不造成伤害；而且无需筑坝，对防洪工程无影响，对水生生物无伤害、对水生态系统无破坏；设备整体构造简单，成本低廉，维护方便。
需要声明的是，上述具体实施方式仅仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等。但是，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。另外，本申请说明书和权利要求书所使用的一些术语并不是限制，仅仅是为了便于描述。

Claims (5)

1.一种水力发电设备，其特征在于，包括圆筒形外壳(1)、水轮桨(2)和发电机(3)，水轮桨(2)位于圆筒形外壳(1)内部，发电机(3)固定设置于圆筒形外壳(1)的正上方，并且发电机(3)的主轴向下与水轮桨(2)固定连接，圆筒形外壳(1)、水轮桨(2)和发电机(3)三者共轴线，圆筒形外壳(1)的圆柱壁上设置有一个第一进水管道(4)和一个第二进水管道(5)，第一进水管道(4)的轴线与圆筒形外壳(1)的轴线垂直且不相交，第一进水管道(4)与第二进水管道(5)平行，第一进水管道(4)和第二进水管道(5)关于圆筒形外壳(1)的轴线对称，圆筒形外壳(1)的底部设有一个向下延伸的排水管道(6)，第一进水管道(4)的管壁上设有一个分流管，分流管的另一端与第二进水管道(5)的外端固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种水力发电设备，其特征在于，分流管由一个直管(7)和一个弯管(8)组成，直管(7)的一端与第一进水管的管壁固定连接，并且直管(7)与第一进水管的内部连通，直管(7)与第一进水管之间呈锐角连接，第一进水管、第二进水管、排水管道(6)、直管(7)和弯管(8)的端部均设有连接法兰(9)。
3.根据权利要求1所述的一种水力发电设备，其特征在于，圆筒形外壳(1)的顶部设有一个密封盖板(10)，水轮桨(2)的中心轴竖直向上穿过密封盖板(10)，密封盖板(10)的中心处固定嵌设有一个用于供水轮桨(2)连接的防水轴承(11)。
4.根据权利要求1所述的一种水力发电设备，其特征在于，水轮桨(2)和发电机(3)的主轴上均套设有法兰轴套(12)，每个法兰轴套(12)均通过一个锁紧销(13)与发电机(3)的主轴或者水轮桨(2)的中心轴固定连接，法兰轴套(12)的圆柱壁、发电机(3)的主轴和水轮桨(2)的中心轴上均设有用于供锁紧销(13)穿过的销孔(14)，两个法兰轴套(12)之间通过螺栓紧固连接。
5.一种水力发电设备的使用方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
S1：首先将设备安装在河流的一侧，使河流中的水流能够自然进入第一进水管道(4)中，再将圆筒形外壳(1)底部的排水管道(6)通过外接水管引流至河流中；
S2：将弯管(8)的两端与直管(7)和第二进水管道(5)固定连接，此时形成两条水流通路，第一条为第一进水管道(4)-圆筒形外壳(1)-排水管道(6)的水流通路，第二条为第一进水管道(4)-直管(7)-弯管(8)-第二进水管道(5)-圆筒形外壳(1)-排水管道(6)的水流通路，两条水流通路最终均通过排水管道(6)回流至河流中；
S3：两条水流通路搭建完成后，河流中的水从第一进水管道(4)流入后，分别通过第一条水流通和第二条水流通路对水轮桨(2)进行对称式冲击，从而使水轮桨(2)在水流的作用下转动，进而带动与之连接的发电机(3)主轴转动，从而实现水力发电，圆筒形外壳(1)的中的河水最终通过底部的排水管道(6)回流至河流中。
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