CN110608142A - 水能转换装置及水利发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水能转换装置及水利发电机组，水能转换装置包括：管道、被动式活塞、压力件和泄水口，所述管道设有进水端和出水端，所述进水端位于所述出水端上方；所述被动式活塞设置于所述管道的出水端，所述出水端设有端口和泄水口，所述被动式活塞插接于所述端口，并可通过所述端口于所述出水端运动而具有封堵所述泄水口的第一位置和打开所述泄水口的第二位置；所述压力件设置于所述被动式活塞背离所述管道的端部，所述压力件跟随所述被动式活塞于所述第一位置和所述第二位置之间往复振动。本发明能够有效提高水流中能量转化效率。

Description

水能转换装置及水利发电机组

技术领域

本发明涉及水能转换技术领域，尤其涉及一种水能转换装置及水利发电机组。

背景技术

目前的水利发电领域中，一般是通过高压的水流冲击叶片的方式，通过带动叶片的转动，将水流中的动能转化为电能，其中高水压的水流是获得动力的来源，而获得高水压的主要方式是修建水坝，但是采用这种高水压、大流量的能量转化方式效率较低。

上述内容仅用于辅助理解本申请的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

基于此，针对传统上水利发电采用高水压、大流量的水流，能量转化效率低的问题，有必要提供一种水能转换装置及水利发电机组，能够有效提高能量转化效率。

为实现上述目的，本发明提出的一种水能转换装置，包括：

管道，所述管道设有进水端和出水端，所述进水端位于所述出水端上方；

被动式活塞，所述被动式活塞设置于所述管道的出水端，所述出水端设有端口和泄水口，所述被动式活塞插接于所述端口，并可通过所述端口于所述出水端运动而具有封堵所述泄水口的第一位置和打开所述泄水口的第二位置；以及

压力件，所述压力件设置于所述被动式活塞背离所述管道的端口，所述压力件跟随所述被动式活塞于所述第一位置和所述第二位置之间往复振动。

可选地，所述泄水口开设于所述管道侧壁面的相对两侧。

可选地，靠近所述泄水口设置有集水结构，所述集水结构用于收集所述泄水口排出的水流。

可选地，所述水能转换装置包括有限位结构，所述限位结构用于限制所述被动式活塞的上升高度。

可选地，所述水能转换装置包括安装台面，所述安装台面中间位置开设有安装孔，所述管道的所述出水端设置于所述安装孔内，以固定所述管道。

可选地，所述水能转换装置包括移动台面，所述安装台面围绕所述安装孔开设有若干导向孔，所述移动台面分别向所述导向孔延伸设置有导向杆，所述移动台面经所述导向杆沿所述导向孔移动，所述压力件设置于所述移动台面顶部。

可选地，所述移动台面和所述安装台面之间设置有缓冲件，以缓解所述压力件下降的冲击力。

可选地，所述管道于所述进水端设置有控制水流量的开关。

可选地，所述开关至所述进水端之间的管道连通有压力管道，所述压力管道背离所述管道端设置有泄压管道，所述泄压管道内设置有沿所述泄压管道内壁上下移动的封口件，所述泄压管道壁面开通有排水孔。

此外，为了实现上述目的，本发明还提供一种水利发电机组，所述水利发电机组包括外壳和如上文所述水能转换装置，所述水能转换装置设置于所述外壳内。

本发明提出的技术方案中，进水端位于出水端上方，保证管道内的水流具有重力势能，也就是水流自管道的进水端流入，水流内部具有一定水压流向出水端，在出水端的端口位置设置有被动式活塞，水流冲击被动式活塞，推动被动式活塞上移，同样可知压力件设置于被动式活塞背离管道的端口，压力件随同被动式活塞一同上移，水流中的一部分能量转化为供被动式活塞和压力件上升的动力，当被动式活塞上升至第二位置时，水流经泄水口排出，压力件的重力作用大于水流中压力，压力件随同被动式活塞下移，被动式活塞下移至第一位置，被动式活塞封堵泄水口，而在水流被封堵情况下，水流中压力再次升高，推动被动式活塞和压力件一同上移至第二位置，由此压力件跟随被动式活塞于第一位置和第二位置之间往复振动。本发明中的水流在带动被动式活塞和压力件一同上移至第二位置时，水流中大部分压力转化为推动压力件的推力，经泄水口流出的水流自然流出，由此将水流中的能量转化为振动力，这种能量转化方式效率更高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明水能转换装置的结构示意图；

图2为图1中管道的结构示意图；

图3为图1中被动式活塞处于第一位置的结构示意图；

图4为图1中被动式活塞处于第二位置的结构示意图；

图5为图1中被动式活塞和管道的分解结构示意图；

图6为图1中移动台面的结构示意图；

图7为图1中安装台面的结构示意图；

图8为被动式活塞在管道内的结构示意图；

图9为本发明水能转换装置其中一实施例的结构示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”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，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请参阅图1和图2，本发明提出的一种水能转换装置，包括：管道10、被动式活塞20和压力件30。

管道10设有进水端110和出水端120，进水端110位于出水端120上方；

其中，进水端110位于出水端120上方，保证管道10内流动的水流具有重力势能，使水流具有一定的水压，另外需要指出的是，管道10的铺设的过程中可能根据设计的需要，或者地形地貌的特征，导致管道10本身有蜿蜒高低设置，其中可能有部分管道10水平面低于出水端120，不能理解为进水端110位于出水端120下方，其进水端110包括指引导处于高出水流下泄的进水口111，例如水坝中，接通水坝中的管道10的进水口111，进水口111的高度，高于端口121的高度。

参阅图3至图5所示，被动式活塞20设置于管道10的出水端120，出水端120设有端口121和泄水口122，被动式活塞20插接于端口121，并可通过端口121于出水端120运动而具有封堵泄水口122的第一位置和打开泄水口122的第二位置；

具体地，管道10内流通的水流经入水端110向出水端120流通时，水流具有一定水压，被动式活塞20插接于端口121，且被动式活塞20可竖直上下移动，在水压的推动下被动式活塞20上升，当被动式活塞20持续上至第二位置时，泄水口122被打开，水流经泄水口排出，当水流的压力下降不足以带动被动式活塞20上升，被动式活塞20下降封堵泄水口122，当管道10内的水流压力再次升高时，被动式活塞20再次升高，由此可知被动式活塞20在第一位置和第二位置之间往复振动。

压力件30设置于被动式活塞20背离管道的端口121，压力件30跟随被动式活塞20于第一位置和第二位置之间往复振动。

可知，压力件30用于增加被动式活塞20的下压力，一般被动式活塞20的自身重力有限，在水压的作用下不足以下移至第一位置以封堵泄水口122，通过压力件30的重力的压力作用，能够保证被动式活塞20下移至第一位置，其中压力件30的形状和结果不做限定，压力件30的作用在于确保被动式活塞20可在第一位置和第二位置之间往复振动。

除此之外，压力件30为导体，或者压力件30延伸设置有导体件(图未示)，通过压力件30或者导体件切割磁力线，产生感应电流，到压力件30或者导体件上连接有导线，用于收集产生的电流，由此可以进一步将压力件30的振动力转化为电能。

本实施技术方案中，进水端110位于出水端120上方，保证管道10内的水流具有重力势能，也就是水流自管道10的进水端110流入，水流内部具有一定水压流向出水端120，在出水端120的端口121位置设置有被动式活塞20，水流冲击被动式活塞20，推动被动式活塞20上移，同样可知压力件30设置于被动式活塞20背离管道10的端口121，压力件30随同被动式活塞20一同上移，水流中的一部分能量转化为供被动式活塞20和压力件30上升的动力，当被动式活塞20上升至第二位置时，水流经泄水口122排出，压力件30的重力作用大于水流中压力，压力件30随同被动式活塞20下移，被动式活塞20下移至第一位置，被动式活塞20封堵泄水口122，而在水流被封堵情况下，水流中压力再次升高，推动被动式活塞20和压力件30一同上移至第二位置，由此压力件30跟随被动式活塞20于第一位置和第二位置之间往复振动。本发明中的水流在带动被动式活塞20和压力件30一同上移至第二位置时，水流中大部分压力转化为推动压力件30的推力，经泄水口122流出的水流自然流出，由此将水流中的能量转化为振动力，这种能量转化方式效率更高。

在其中一个实施例中，泄水口122开设于管道10侧壁面的相对两侧。

其中，在开设的泄水口122用于排出管道10内水流重力势能减弱的水流，泄水口122的作用还能够用于避免管道10内水压持续升高，导致被动式活塞20持续上升，无法形成被动式活塞20的往复振动，开设泄水口122可进一步保证管道10内水压时高时低，以带动被动式活塞20往复振动，此外，泄水口122开设在相对两侧可以保证出水量均匀外泄，泄水口122的开设方式不限于此，例如三面开设泄水口或者四角开口。

除此之外，在管道10内壁低于泄水口122位置设置有限位件(图未示)，例如限位件成环形设置于管道10内壁面，环形限位件中间区域用于水流通过，被动式活塞20下移至第一位置时，环形限位件用于阻挡被动式活塞20，避免被动式活塞20下陷至管道10内部，无法移出。

在其中一个实施例中，靠近泄水口122设置有集水结构(图未示)，集水结构用于收集泄水口122排出的水流。

具体地，集水结构为水箱或者引流管道，经泄水122外泄的水流流入到水箱内，或者经过引流管道的导引作用流出，可集中对排泄出的水流加以利用，避免水资源的浪费。

在其中一个实施例中，水能转换装置包括有限位结构(图未示)，限位结构用于限制被动式活塞20的上升高度。

具体地，在水压带动被动式活塞20上升的过程中，如果水压过大，易导致被动式活塞20的下端面脱离管道10的端口121，即被动式活塞20脱节于管道10，通过限位结构限制被动式活塞20上升的高度上限，避免被动式活塞20脱离管道10。

例如，参阅图8所示，被动式活塞20的外表面设置有避让缺口21，管道10内壁面设置有凸起部12，避让缺口21对应凸起部12设置，被动式活塞20在上下移动时凸起部12能够抵挡被动式活塞20以限定升高的高度，还可抵挡被动式活塞20以限定下降的高度，依次避免被动式活塞20脱离管道10。

在其中一个实施例中，参阅图6所示，水能转换装置包括安装台面40，安装台面40中间位置开设有安装孔41，管道10的出水端120安装设置于安装孔41内，以固定管道10。

在管道10的出水端120位置，压力件30和被动式活塞20一同上下往复振动，管道10在被动式活塞20上下振动过程中难免出现摆动，为此将管道10的出水端120安装于安装孔41内，其中，管道10可焊接安装于安装孔41内，还可与安装台面40一体成型设置，另外，安装台面40还可为地面。

在其中一个实施例中，参阅图7所示，水能转换装置包括移动台面50，安装台面40围绕安装孔41开设有若干导向孔42，移动台面50分别向导向孔42延伸设置有导向杆51，移动台面50经导向杆51沿导向孔42移动，压力件30设置于移动台面50顶部。

具体地，压力件30由于自身的压力作用可能导致被动式活塞20受力不均，例如受力不均匀，长期如此，管道10一侧受力导致管道10或者被动式活塞20倾斜破损等，在压力件30和被动式活塞20之间设置移动台面50，由此可以分散压力件30给予管道10和被动式活塞20的压力，此外，为了保证移动台面50上升和下降的方向，设置导向杆51沿导向孔42移动。

在其中一个实施例中，移动台面50和安装台面40之间设置有缓冲件(图未示)，以缓解压力件30下降的冲击力。

举例说明，缓冲件具有一定弹性，橡胶或者弹簧等，在压力件30下移时，缓冲件产生形变，由于缓冲件需要回复形变，产生一定回复力，由此可以缓慢释放缓解压力件30下降的冲击力。

在其中一个实施例中，管道10于进水端110设置有控制水流量的开关11，开关11可以为手动阀门或者电磁阀门，在开启所述水能转换装置时，通过缓慢打开开关11，控制管道10中水流的大小，使水流中的水压足以带动压力件30上移。

参阅图9所示，在其中一个实施例中，开关11至进水端110之间的管道10连通有压力管道60，压力管道60背离管道10端设置有泄压管道70，泄压管道70内设置有沿泄压管道70内壁上下移动的封口件71，泄压管道70壁面开通有排水孔72。

在突然关闭管道10的开关11时，管道10内急速流动的水流立即受阻，由于惯性而使管道10内水压急剧升高，并拌有锤击般的响声，严重时可使管道10胀裂爆破，这种由于管中水流流动速度突然变化而引起压力急剧变化的一种现象被称为水锤现象或水击现象，通过水能转换装置中的管道10和压力管道60连通，当管道10的开关11关闭时，管道10内的水压急剧升高，管道10内的水流向压力管道60流动，带动封口件71在泄压管道70内壁上移，随着封口件71的上移，压力急剧上升的水流经过泄压管道70的排水孔72持续排除，待水压正常后，封口件71的自身重力作用下，沿所述泄压管道70内壁下移，封闭压力管道60和泄压管道70的连接位置，由此避免水锤现象发生，减少安全事故，一般压力管道60的直径是管道10直径的三倍以上，保证压力管道60内水流量的同时，还能保证水压急剧升高的水流，顺利的流向封口件71，此外，封口件71向下的重力是正常水压力的两倍以上。

本发明还提供一种水利发电机组，所述水利发电机组包括外壳和水能转换装置，所述水能转换装置设置于所述外壳内，所述水能转换装置包括：管道10、被动式活塞20和压力件30。

管道10设有进水端110和出水端120，进水端110位于出水端120上方；

其中，进水端110位于出水端120上方，保证管道10内流动的水流具有重力势能，使水流具有一定的水压，另外需要指出的是，管道10的铺设的过程中可能根据设计的需要，或者地形地貌的特征，导致管道10本身有蜿蜒高低设置，其中可能有部分管道10水平面低于出水端120，不能理解为进水端110位于出水端120下方，其进水端110是指引导处于高出水流下泄的进水口，例如水坝中，接通水坝中的管道进水口。

被动式活塞20设置于管道10的出水端120，出水端120设有端口121和泄水口122，被动式活塞20插接于端口121，并可通过端口121于出水端120运动而具有封堵泄水口122的第一位置和打开泄水口122的第二位置；

具体地，管道10内流通的水流经入水端110向出水端120流通时，水流具有一定水压，被动式活塞20插接于端口121，且被动式活塞20可竖直上下移动，在水压的推动下被动式活塞20上升，当被动式活塞20持续上至第二位置时，泄水口122被打开，水流经泄水口排出，当水流的压力下降不足以带动被动式活塞20上升，被动式活塞20下降封堵泄水口122，当管道10内的水流压力再次升高时，被动式活塞20再次升高，由此可知被动式活塞20在第一位置和第二位置之间往复振动。

压力件30设置于被动式活塞20背离管道的端口121，压力件30跟随被动式活塞20于第一位置和第二位置之间往复振动。

可知，压力件30用于增加被动式活塞20的下压力，一般被动式活塞20的自身重力有限，在水压的作用下不足以下移至第一位置以封堵泄水口122，通过压力件30的重力的压力作用，能够保证被动式活塞20下移至第一位置，其中压力件30的形状和结果不做限定，压力件30的作用在于确保被动式活塞20可在第一位置和第二位置之间往复振动。

除此之外，压力件30为导体，或者压力件30延伸设置有导体件(图未示)，通过压力件30或者导体件切割磁力线，产生感应电流，到压力件30或者导体件上连接有导线，用于收集产生的电流，由此可以进一步将压力件30的振动力转化为电能。

本实施技术方案中，进水端110位于出水端120上方，保证管道10内的水流具有重力势能，也就是水流自管道10的进水端110流入，水流内部具有一定水压流向出水端120，在出水端120的端口121位置设置有被动式活塞20，水流冲击被动式活塞20，推动被动式活塞20上移，同样可知压力件30设置于被动式活塞20背离管道10的端口121，压力件30随同被动式活塞20一同上移，水流中的一部分能量转化为供被动式活塞20和压力件30上升的动力，当被动式活塞20上升至第二位置时，水流经泄水口122排出，压力件30的重力作用大于水流中压力，压力件30随同被动式活塞20下移，被动式活塞20下移至第一位置，被动式活塞20封堵泄水口122，而在水流被封堵情况下，水流中压力再次升高，推动被动式活塞20和压力件30一同上移至第二位置，由此压力件30跟随被动式活塞20于第一位置和第二位置之间往复振动。本发明中的水流在带动被动式活塞20和压力件30一同上移至第二位置时，水流中大部分压力转化为推动压力件30的推力，经泄水口122流出的水流自然流出，由此将水流中的能量转化为振动力，并通过由振动力转化为电能，这种能量转化方式效率更高。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种水能转换装置，其特征在于，包括：

管道，所述管道设有进水端和出水端，所述进水端位于所述出水端上方；

被动式活塞，所述被动式活塞设置于所述管道的出水端，所述出水端设有端口和泄水口，所述被动式活塞插接于所述端口，并可通过所述端口于所述出水端运动而具有封堵所述泄水口的第一位置和打开所述泄水口的第二位置；以及

压力件，所述压力件设置于所述被动式活塞背离所述管道的端口，所述压力件跟随所述被动式活塞于所述第一位置和所述第二位置之间往复振动。

2.如权利要求1所述的水能转换装置，其特征在于，所述泄水口开设于所述管道侧壁面的相对两侧。

3.如权利要求2所述的水能转换装置，其特征在于，靠近所述泄水口设置有集水结构，所述集水结构用于收集所述泄水口排出的水流。

4.如权利要求1所述的水能转换装置，其特征在于，所述水能转换装置包括有限位结构，所述限位结构用于限制所述被动式活塞的上升高度。

5.如权利要求1所述的水能转换装置，其特征在于，所述水能转换装置包括安装台面，所述安装台面中间位置开设有安装孔，所述管道的所述出水端设置于所述安装孔内，以固定所述管道。

6.如权利要求5所述的水能转换装置，其特征在于，所述水能转换装置包括移动台面，所述安装台面围绕所述安装孔开设有若干导向孔，所述移动台面分别向所述导向孔延伸设置有导向杆，所述移动台面经所述导向杆沿所述导向孔移动，所述压力件设置于所述移动台面顶部。

7.如权利要求1至6中任一项所述的水能转换装置，其特征在于，所述移动台面和所述安装台面之间设置有缓冲件，以缓解所述压力件下降的冲击力。

8.如权利要求7所述的水能转换装置，其特征在于，所述管道于所述进水端设置有控制水流量的开关。

9.如权利要求8所述的水能转换装置，其特征在于，所述开关至所述进水端之间的管道连通有压力管道，所述压力管道背离所述管道端设置有泄压管道，所述泄压管道内设置有沿所述泄压管道内壁上下移动的封口件，所述泄压管道壁面开通有排水孔。

10.一种水利发电机组，其特征在于，所述水利发电机组包括外壳和如权利要求1至9任一项所述水能转换装置，所述水能转换装置设置于所述外壳内。