CN110645135B - 一种高效型水利发电设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高效型水利发电设备，包括浮块、安装机构、水利机构和发电机构，水利机构包括通孔、转轴、若干水叶和两个水利组件，水利组件包括第一齿轮、第二齿轮、水轮机和套管，发电机构包括顶板、升降组件、升降板、调节组件、两个齿条、两个支杆和两个发电组件，该高效型水利发电设备通过浮块自动漂浮在水面上，便于水利机构自动利用渠道内流动的水流进行水利发电，不仅如此，利用发电机构可增加发电量，并且发电机构可根据当前光照量和水流流速选择水利发电和光伏发电中发电效率较高的方式，选择水利发电时，还可对光伏板清洗，保持光伏板洁净，便于提高光伏发电量，进一步提高设备整体发电效率，从而提高了设备的实用性。

Description

一种高效型水利发电设备

技术领域

本发明涉及水利发电设备领域，特别涉及一种高效型水利发电设备。

背景技术

水利发电是一种通过利用河流等水资源中的水能进行发电的一种形式，这种形式的使用可以在一些自然的河流渠道上，在建筑施工过程中可以引水利用等。水利发电的基本设备是水轮发电机，当水流通过水轮机时，水轮机的叶轮受水流推动而转动，水轮机打动发电机发电，机械能转为电能，再经过变电和输配电设备将电力输送到用户。

水利发电设备有多种，为了方便使用和发电，通常会有一些搭建于河流渠道中的便携式发电设备，这些发电设备通过渠道中水的流动冲击叶轮，带动叶轮转动，实现水利发电，但是这些水利发电装置无法充分利用周围的自然资源，导致发电效率低下，长时间的发电量低，进而降低了现有的水利发电设备的实用性。

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，提供一种高效型水利发电设备。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高效型水利发电设备，包括浮块、安装机构、水利机构和发电机构，所述浮块内设有空腔，所述空腔内设有处理器，所述处理器内设有PLC，所述安装机构包括横杆、两个滑道、两个滑块和两个竖杆，所述横杆通过竖杆固定在浮块的下方，所述横杆的两端分别与两个滑块固定连接，两个滑块分别与两个滑道滑动连接，所述滑道竖向设置；

所述水利机构包括通孔、转轴、若干水叶和两个水利组件，所述通孔设置在浮块的中心处，所述水叶周向均匀分布在转轴的中心处的外周，两个水利组件分别位于转轴的两端，所述水利组件包括第一齿轮、第二齿轮、水轮机和套管，所述套管固定在通孔的内壁上，所述套管套设在转轴上，所述第一齿轮同轴固定在转轴上，所述第二齿轮与第一齿轮啮合，所述第二齿轮与水轮机的输入轴固定连接，所述水轮机固定在浮块的上方；

所述发电机构包括顶板、升降组件、升降板、调节组件、两个齿条、两个支杆和两个发电组件，所述支杆固定在浮块的上方，所述顶板架设在两个支杆上，所述升降板套设在支杆上，所述升降板通过升降组件设置在顶板的下方，所述调节组件设置在顶板的下方，两个发电组件分别位于升降板的两端的下方，所述发电组件包括发电机、吊杆、第三齿轮、转动轴和光伏板，所述发电机通过吊杆固定在升降板的下方，所述转动轴的两端分别与发电机和光伏板连接，所述第三齿轮同轴固定在光伏板上，两个齿条分别设置在调节组件的两端的下方，所述齿条与发电组件一一对应，所述齿条与第三齿轮相匹配，所述调节组件与齿条传动连接。

作为优选，为了驱动升降板升降移动，所述升降组件包括第一电机、驱动杆和从动杆，所述第一电机固定在顶板的下方，所述第一电机与PLC电连接，所述第一电机与驱动杆传动连接，所述驱动杆通过从动杆与升降板铰接。

作为优选，为了驱动齿条平移，所述调节组件包括驱动单元、转杆、两个皮带和两个连接杆，两个皮带分别位于顶板的下方的两侧，所述驱动单元与皮带传动连接，两个齿条分别通过两个连接杆固定在皮带的下方。

作为优选，为了驱动皮带转动，所述驱动单元包括第二电机、转杆和两个传动单元，所述第二电机固定在顶板的下方，所述第二电机与PLC电连接，两个传动单元分别位于第二电机的两侧，所述传动单元与皮带一一对应，所述传动单元包括驱动轮、驱动轴、从动轮和支撑单元，所述第二电机通过驱动轴与驱动轮传动连接，所述从动轮固定在转杆上，所述转杆通过支撑单元设置在顶板的下方，所述驱动轮和从动轮分别位于皮带内侧的两端。

作为优选，为了支撑转杆稳定转动，所述支撑单元包括支撑环和两个夹板，所述支撑环套设在转杆上，所述支撑环固定在顶板的下方，两个夹板分别抵靠在支撑环的两端，所述夹板固定在转杆上。

作为优选，为了保证第二电机的驱动力，所述第二电机为直流伺服电机。

作为优选，为了检测光照和水流流速，所述顶板的上方设有光照传感器，所述横杆的下方设有流速计，所述光照传感器和流速计均与PLC电连接。

作为优选，为了延长光伏板使用寿命，所述光伏板的表面设有防护膜。

作为优选，为了保证滑块的稳定滑动，所述滑道为燕尾槽。

作为优选，为了提高水轮机的发电效率，所述第一齿轮的直径大于第二齿轮的直径。

本发明的有益效果是，该高效型水利发电设备通过浮块自动漂浮在水面上，便于水利机构自动利用渠道内流动的水流进行水利发电，不仅如此，利用发电机构可增加发电量，并且发电机构可根据当前光照量和水流流速选择水利发电和光伏发电中发电效率较高的方式，选择水利发电时，还可对光伏板清洗，保持光伏板洁净，便于提高光伏发电量，进一步提高设备整体发电效率，从而提高了设备的实用性。

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是本发明的高效型水利发电设备的结构示意图；

图2是图1的A部放大图；

图3是图1的B部放大图；

图4是本发明的高效型水利发电设备的调节组件的结构示意图；

图中：1.浮块，2.处理器，3.横杆，4.滑道，5.滑块，6.竖杆，7.转轴，8.水叶，9.第一齿轮，10.第二齿轮，11.水轮机，12.套管，13.顶板，14.齿条，15.支杆，16.发电机，17.吊杆，18.第三齿轮，19.转动轴，20.光伏板，21.第一电机，22.驱动杆，23.从动杆，24.转杆，25.皮带，26.连接杆，27.第二电机，28.升降板，29.驱动轮，30.驱动轴，31.从动轮，32.支撑环，33.夹板，34.光照传感器，35.流速计，36.防护膜。

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，一种高效型水利发电设备，包括浮块1、安装机构、水利机构和发电机16构，所述浮块1内设有空腔，所述空腔内设有处理器2，所述处理器2内设有PLC，所述安装机构包括横杆3、两个滑道4、两个滑块5和两个竖杆6，所述横杆3通过竖杆6固定在浮块1的下方，所述横杆3的两端分别与两个滑块5固定连接，两个滑块5分别与两个滑道4滑动连接，所述滑道4竖向设置；

PLC，即可编程逻辑控制器，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程，其实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，一般用于数据的处理以及指令的接收和输出，用于实现中央控制。

使用该水力发电设备时，将滑道4竖向固定安装在河流渠道的内壁上，横杆3上的滑块5和随着竖向的滑道4进行滑动，而横杆3的上方，通过竖杆6支撑浮块1，浮块1可漂浮在水面上，并随着水位的高低自行升降移动，调整高度，由于浮块1通过竖杆6与横杆3固定连接，而固定在横杆3上的滑块5尽可沿着滑道4进行竖直方向上的移动，从而使得浮块1仅可在高度上随水位高低进行升降移动，浮块1不会被流动的水流冲走，浮块1上，利用流动的水流对水利机构做功进行水利发电，并且利用发电机16构可根据当时的天气、水流状况进行水利发电或者光伏发电，额外提高发电量，从而提高了发电效率，提高了该水利发电设备的实用性。

如图2所示，所述水利机构包括通孔、转轴7、若干水叶8和两个水利组件，所述通孔设置在浮块1的中心处，所述水叶8周向均匀分布在转轴7的中心处的外周，两个水利组件分别位于转轴7的两端，所述水利组件包括第一齿轮9、第二齿轮10、水轮机11和套管12，所述套管12固定在通孔的内壁上，所述套管12套设在转轴7上，所述第一齿轮9同轴固定在转轴7上，所述第二齿轮10与第一齿轮9啮合，所述第二齿轮10与水轮机11的输入轴固定连接，所述水轮机11固定在浮块1的上方；

通孔设置在浮块1的中心处，通过固定在通孔内壁上的套管12，便于支撑转轴7，方便转轴7转动，在转轴7的中心部位，设置若干个水叶8，浮块1下方的水流流动，带动水叶8转动，使得水叶8和转轴7在套管12的支撑作用下绕着转轴7的轴线转动，进而带动第一齿轮9转动，第一齿轮9作用在与之啮合的第二齿轮10上，使得第二齿轮10保持旋转的状态，对水轮机11进行做功，使得水轮机11进行发电。

如图2-3所示，所述发电机16构包括顶板13、升降组件、升降板28、调节组件、两个齿条14、两个支杆15和两个发电组件，所述支杆15固定在浮块1的上方，所述顶板13架设在两个支杆15上，所述升降板28套设在支杆15上，所述升降板28通过升降组件设置在顶板13的下方，所述调节组件设置在顶板13的下方，两个发电组件分别位于升降板28的两端的下方，所述发电组件包括发电机16、吊杆17、第三齿轮18、转动轴19和光伏板20，所述发电机16通过吊杆17固定在升降板28的下方，所述转动轴19的两端分别与发电机16和光伏板20连接，所述第三齿轮18同轴固定在光伏板20上，两个齿条14分别设置在调节组件的两端的下方，所述齿条14与发电组件一一对应，所述齿条14与第三齿轮18相匹配，所述调节组件与齿条14传动连接。

发电机16构中，通过两个支杆15对顶板13进行固定支撑，升降组件启动后，可带动升降板28在竖直反向上进行升降移动，当升降板28向上移动后，通过吊杆17带动发电机16向上移动，使得转动轴19上的第三齿轮18与顶板13下方的齿条14接触后，通过顶板13下方的调节组件可带动齿条14平移，进而带动第三齿轮18转动，调整光伏板20的角度，使得光伏板20正对太阳光，进行光伏发电，而当升降板28向下移动后，通过吊杆17带动发电机16向下移动，使得第三齿轮18脱离齿条14，此时，光伏板20的下部接触水流后，水流带动光伏板20转动，使得转动轴19转动，对发电机16进行做功，使得发电机16进行发电。在使用过程中，设备可利用顶板13上的光照传感器34检测当前的光照量，并利用横杆3下方的流速计35检测水流流速，从而预判光伏板20进行光伏发电可产生的发电量和光伏板20转动对发电机16做功产生的发电量，选择其中一个发电效率较高的发电方式进行发电，譬如在夜间，光照小，升降组件可带动升降板28向下移动，使得光伏板20与水流接触，通过水流带动光伏板20转动，使得发电机16进行发电，而在光照充足的夏天的白天，升降板28向上移动，并利用调节机构带动齿条14移动，调节第三齿轮18角度，从而调节光伏板20的角度，使光伏板20正对太阳光，进行高效的光伏发电，如此，可根据当前的自然天气情况，充分利用自然资源，提高设备的发电效率，实现高效发电。不仅如此，光伏板20向下移动接触水流后，水流推动光伏板20转动，使得光伏板20表面沾水后，水流在光伏板20上流动，可清洁光伏板20表面，去除光伏板20表面的灰尘，无需人工对光伏板20进行清洗，保持了光伏板20的洁净，从而在进行光伏发电时，由于去除光伏板20上的灰尘，可额外提高发电量和发电效率，进一步提高了设备的实用性。

如图3所示，所述升降组件包括第一电机21、驱动杆22和从动杆23，所述第一电机21固定在顶板13的下方，所述第一电机21与PLC电连接，所述第一电机21与驱动杆22传动连接，所述驱动杆22通过从动杆23与升降板28铰接。

PLC控制第一电机21启动，带动驱动杆22转动，驱动杆22通过从动杆23作用在升降板28上，使得升降板28随着从动杆23的转动沿着支杆15的轴线在竖直方向上进行升降移动。

如图4所示，所述调节组件包括驱动单元、转杆24、两个皮带25和两个连接杆26，两个皮带25分别位于顶板13的下方的两侧，所述驱动单元与皮带25传动连接，两个齿条14分别通过两个连接杆26固定在皮带25的下方。

PLC控制驱动单元启动，带动两端的皮带25进行转动，使得皮带25的下方，连接杆26在水平方向上移动，进而带动与连接杆26底端固定连接的齿条14发生移动。

作为优选，为了驱动皮带25转动，所述驱动单元包括第二电机27、转杆24和两个传动单元，所述第二电机27固定在顶板13的下方，所述第二电机27与PLC电连接，两个传动单元分别位于第二电机27的两侧，所述传动单元与皮带25一一对应，所述传动单元包括驱动轮29、驱动轴30、从动轮31和支撑单元，所述第二电机27通过驱动轴30与驱动轮29传动连接，所述从动轮31固定在转杆24上，所述转杆24通过支撑单元设置在顶板13的下方，所述驱动轮29和从动轮31分别位于皮带25内侧的两端。

PLC控制第二电机27启动，通过两侧的驱动轴30带动驱动轮29转动，驱动轮29通过摩擦力作用在皮带25的内侧，带动皮带25转动，皮带25驱动从动轮31转动，从动轮31与转杆24固定连接，而转杆24与支撑单元连接，支撑单元可支撑转杆24稳定转动，进而通过从动轮31实现皮带25的稳定转动。

作为优选，为了支撑转杆24稳定转动，所述支撑单元包括支撑环32和两个夹板33，所述支撑环32套设在转杆24上，所述支撑环32固定在顶板13的下方，两个夹板33分别抵靠在支撑环32的两端，所述夹板33固定在转杆24上。

利用固定在顶板13下方的支撑环32，固定了转杆24的转动轴19线方向，通过固定在转杆24上的两个夹板33分别抵靠在支撑环32的两端，防止转杆24与支撑环32发生相对滑动，进而保证了转杆24的稳定转动。

作为优选，利用直流伺服电机驱动力强的特点，为了保证第二电机27的驱动力，所述第二电机27为直流伺服电机。

作为优选，为了检测光照和水流流速，所述顶板13的上方设有光照传感器34，所述横杆3的下方设有流速计35，所述光照传感器34和流速计35均与PLC电连接。利用光照传感器34检测光照，并将光照信号传递给PLC，利用流速计35检测水流速度，并将流速传递给PLC，便于PLC根据光照量和流速选择发电效率高的发电方式，提高发电量。

作为优选，为了延长光伏板20使用寿命，所述光伏板20的表面设有防护膜36。防护膜36可透光，方便光伏板20接触光线进行光伏发电，同时防护膜36避免了光伏板20与水直接接触，导致光伏板20长期使用后遭受水的腐蚀而缩短使用寿命。

作为优选，为了保证滑块5的稳定滑动，所述滑道4为燕尾槽。由于滑道4为燕尾槽，可防止滑块5脱离滑道4，进而保证了滑块5的稳定移动。

作为优选，为了提高水轮机11的发电效率，所述第一齿轮9的直径大于第二齿轮10的直径。第一齿轮9的直径大于第二齿轮10的直径，使得第一齿轮9发生旋转时，第一齿轮9的转速小于第二齿轮10的转速，通过增大第二齿轮10的转速，可提高水轮机11的发电效率。

该水利发电设备在使用时，安装好滑道4后，浮块1漂浮在水面上，随着横杆3和滑块5在竖直方向进行升降移动，利用水流带动水叶8转动，使得转轴7转动，进而带动水利组件进行水利发电，并利用发电组件进行额外发电，提高设备整体发电效率和发电量，利用升降组件可带动升降板28进行升降移动，使得发电组件可根据当前光照量和水流流速，选择让发电组件选择光伏发电和水利发电两者中其中一种发电效率高的发电方式，充分利用自然资源，进而增加了发电组件的发电效率，选用水利发电时，还可对光伏板20表面自动进行清洗，保持光伏板20表面的洁净，从而提高发电组件光伏发电时的发电量，进而提高了设备的实用性。

与现有技术相比，该高效型水利发电设备通过浮块1自动漂浮在水面上，便于水利机构自动利用渠道内流动的水流进行水利发电，不仅如此，利用发电机16构可增加发电量，并且发电机16构可根据当前光照量和水流流速选择水利发电和光伏发电中发电效率较高的方式，选择水利发电时，还可对光伏板20清洗，保持光伏板20洁净，便于提高光伏发电量，进一步提高设备整体发电效率，从而提高了设备的实用性。

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)

1.一种高效型水利发电设备，其特征在于，包括浮块（1）、安装机构、水利机构和发电机（16）构，所述浮块（1）内设有空腔，所述空腔内设有处理器（2），所述处理器（2）内设有PLC，所述安装机构包括横杆（3）、两个滑道（4）、两个滑块（5）和两个竖杆（6），所述横杆（3）通过竖杆（6）固定在浮块（1）的下方，所述横杆（3）的两端分别与两个滑块（5）固定连接，两个滑块（5）分别与两个滑道（4）滑动连接，所述滑道（4）竖向设置；

所述水利机构包括通孔、转轴（7）、若干水叶（8）和两个水利组件，所述通孔设置在浮块（1）的中心处，所述水叶（8）周向均匀分布在转轴（7）的中心处的外周，两个水利组件分别位于转轴（7）的两端，所述水利组件包括第一齿轮（9）、第二齿轮（10）、水轮机（11）和套管（12），所述套管（12）固定在通孔的内壁上，所述套管（12）套设在转轴（7）上，所述第一齿轮（9）同轴固定在转轴（7）上，所述第二齿轮（10）与第一齿轮（9）啮合，所述第二齿轮（10）与水轮机（11）的输入轴固定连接，所述水轮机（11）固定在浮块（1）的上方；

所述发电机（16）构包括顶板（13）、升降组件、升降板（28）、调节组件、两个齿条（14）、两个支杆（15）和两个发电组件，所述支杆（15）固定在浮块（1）的上方，所述顶板（13）架设在两个支杆（15）上，所述升降板（28）套设在支杆（15）上，所述升降板（28）通过升降组件设置在顶板（13）的下方，所述调节组件设置在顶板（13）的下方，两个发电组件分别位于升降板（28）的两端的下方，所述发电组件包括发电机（16）、吊杆（17）、第三齿轮（18）、转动轴（19）和光伏板（20），所述发电机（16）通过吊杆（17）固定在升降板（28）的下方，所述转动轴（19）的两端分别与发电机（16）和光伏板（20）连接，所述第三齿轮（18）同轴固定在光伏板（20）上，两个齿条（14）分别设置在调节组件的两端的下方，所述齿条（14）与发电组件一一对应，所述齿条（14）与第三齿轮（18）相匹配，所述调节组件与齿条（14）传动连接。

2.如权利要求1所述的高效型水利发电设备，其特征在于，所述升降组件包括第一电机（21）、驱动杆（22）和从动杆（23），所述第一电机（21）固定在顶板（13）的下方，所述第一电机（21）与PLC电连接，所述第一电机（21）与驱动杆（22）传动连接，所述驱动杆（22）通过从动杆（23）与升降板（28）铰接。

3.如权利要求1所述的高效型水利发电设备，其特征在于，所述调节组件包括驱动单元、转杆（24）、两个皮带（25）和两个连接杆（26），两个皮带（25）分别位于顶板（13）的下方的两侧，所述驱动单元与皮带（25）传动连接，两个齿条（14）分别通过两个连接杆（26）固定在皮带（25）的下方。

4.如权利要求3所述的高效型水利发电设备，其特征在于，所述驱动单元包括第二电机（27）、转杆（24）和两个传动单元，所述第二电机（27）固定在顶板（13）的下方，所述第二电机（27）与PLC电连接，两个传动单元分别位于第二电机（27）的两侧，所述传动单元与皮带（25）一一对应，所述传动单元包括驱动轮（29）、驱动轴（30）、从动轮（31）和支撑单元，所述第二电机（27）通过驱动轴（30）与驱动轮（29）传动连接，所述从动轮（31）固定在转杆（24）上，所述转杆（24）通过支撑单元设置在顶板（13）的下方，所述驱动轮（29）和从动轮（31）分别位于皮带（25）内侧的两端。

5.如权利要求4所述的高效型水利发电设备，其特征在于，所述支撑单元包括支撑环（32）和两个夹板（33），所述支撑环（32）套设在转杆（24）上，所述支撑环（32）固定在顶板（13）的下方，两个夹板（33）分别抵靠在支撑环（32）的两端，所述夹板（33）固定在转杆（24）上。

6.如权利要求4所述的高效型水利发电设备，其特征在于，所述第二电机（27）为直流伺服电机。

7.如权利要求1所述的高效型水利发电设备，其特征在于，所述顶板（13）的上方设有光照传感器（34），所述横杆（3）的下方设有流速计（35），所述光照传感器（34）和流速计（35）均与PLC电连接。

8.如权利要求1所述的高效型水利发电设备，其特征在于，所述光伏板（20）的表面设有防护膜（36）。

9.如权利要求1所述的高效型水利发电设备，其特征在于，所述滑道（4）为燕尾槽。

10.如权利要求1所述的高效型水利发电设备，其特征在于，所述第一齿轮（9）的直径大于第二齿轮（10）的直径。