CN111156125A - 一种外螺旋叶片水力发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明专利公布了一种新型外螺旋叶片水力发电装置，该装置主体是一个中空、防水、可拆装的梭形体，在所述梭形体的表面，设有连续的螺旋状叶片，而所述梭形体的内部置有发电机，发电机的主轴为中空主轴，主轴穿出梭形体的防水外壳后，外露于梭形主体前端，而外露的主轴顶端则设有挂件，用钢绳连接挂件后，固定在河两岸的构筑物或者树木上，再将整个装置抛入流动的水中，流水冲击叶片带动梭形主体旋转，旋转的外壳带动壳内发电机转子转动发电。

Description

一种外螺旋叶片水力发电装置

技术领域

本发明属于水力发电技术领域，具体涉及到一种外螺旋叶片水力发电装置。

背景技术

近年来，由于温室气体的排放，气候的持续变暖，以水力能源为代表的再生能源愈来愈受到人们的普遍重视，由于再生能源开发成本较高，分布广泛而能量较小的小河水能资源未能得到充分开发。目前，国内外水力发电装置大多需要建设拦水大坝，建设成本高，生态成本高，推广难度大；而小型水力发电系统往往必须使用浮筒，拦渣网，导流筒，固定立柱，传动齿轮等多个附属装置，需要注意的环节较多，维护成本较高，部分方案要求水头较高，这增加了技术推广难度、广度，致使分布广泛的水力资源未能得到充分开发。

发明内容

针对现有小型水力发电技术存在的各类局限，本“外螺旋叶片水力发电装置”发明暨实用新型专利，创造性地提出了一种设计巧妙，方便高效，简单利索，维护简单的发电技术，解决了现有小型水力发电装置技术环节多，维护成本高，推广难度大的问题，为充分利用水力能源提供了全新方案。

本发明装置组件可以采用模块化设计，具体为一个符合流体力学外形的梭形主体，梭形主体为中空结构，梭形主体拥有防水外壳，梭形主体由可拆装的数段组成，段与段之间有橡胶垫，用于防漏水，以保证梭形主体内部干燥。

梭形主体表面设有螺旋状叶片，以收集流水冲力，流水冲力使螺旋状叶片产生扭力，带动梭形主体旋转。螺旋状叶片的直径可以根据流水速度大小而调节，当流水速度较慢，冲击力较小时，可以通过增装叶片延伸叶片直径，扩大流水收集面，确保螺旋状叶片产生足够大的扭力。螺旋状叶片纵向角度小于90度为宜，避免水中漂浮物缠挂在叶片上。

梭形主体内部装有发电机，通常为市售“外转子发电机”，“外转子发电机”的定子与主轴在发电机中心，且固定不动，而转子在外部，外转子通过螺母或卡槽与梭形主体的内壁固定在一起，当梭形主体旋转时，带动外转子转动而发电，可优选市售多极永磁发电机，确保发电机在慢速转动情况下正常发电。

梭形主体内部的发电机也可采用最常见的发电机(即内转子发电机)，但需要在梭形主体防水外壳的内壁设置内齿齿轮，梭形主体旋转，带动内齿齿轮也随之转动并带动壳内换向齿轮转动，进而带动发电机转子主轴齿轮转动，实现转子转动发电，而常用发电机的定子(即发电机外壳)与梭形主体防水外壳并不接触，其通过金属固定件与外主轴固定在一起(具体参见附图)。由于常用的内转子发电机在本装置中使用时，需要进行换向后才能实现转子转动，增加了制作成本和装置重量；相对而言，外转子发电机重量较轻，效率较高，环节较少，因此具体实施时优选外转子发电机，本说明书下述的发电机也均指“外转子发电机”。

所述外转子发电机主轴为长主轴，长主轴穿过梭形主体防水外壳的顶部，而防水外壳的顶部末段设有“油封”防水装置，所述长主轴从油封装置中穿过后再穿出梭形主体壳外，油封装置可避免壳外河水进入壳内，确保壳内发电机正常工作。

所述外转子发电机主轴从梭形主体外壳顶端穿出后，露在梭形主体之外，发电机主轴为中空结构，所发电源随导线从中空的主轴中穿出。

所述发电机主轴穿至壳外后，在外露主轴的顶端设有可转向拉环，可转向拉环与岸上的钢绳等连接，钢绳固定在岸边树木或构筑物上，防水电缆线沿钢绳上岸，所发电源经后期调制后使用。

本水力发电装置的梭形封闭主体自身即为浮筒，可避免发电装置沉入水底：制作时提前测出发电装置的总重量，再根据装置的总重量，设计梭形主体外形尺寸，旨在使本装置密度总体上略小于水的密度，确保本装置抛入水中后既不全部沉入水中，避免与河床碰撞摩擦，而浮在水面的部分也不至于太多，最大限度地增加叶片与流水的接触面。

实际使用中，因为加工精度等原因，本发电装置可能无法与水流方向完全平行，需要在外露的主轴上加装平衡调节砝码：当发电装置的前端埋入水中太多时，将轴上的平衡调节砝码往后移动，直到发电装置平衡为止，反之则往前移动砝码。调节平衡后拧紧砝码上的螺母，使之与外露的主轴固定即可。

为更高效收集水能，螺旋叶片外表可以加装圆柱状外罩整体罩住叶片，在圆柱状外罩的前端制作直径更大的喇叭型集水装置，圆柱状外罩与螺旋叶片固定在一起，圆柱状外罩随叶片转动而转动。但加装圆柱状外罩适合漂浮物较少的河流中，否则水中漂浮物容易堵住喇叭状集水口；如果在漂浮物较多的河流使用，且执意加装圆柱状外罩时，可以同时在外露主轴顶端加装锥型拦渣网，锥型拦渣网的开口罩住喇叭状集水口的入口即可。

只要有流水的地方均可以使用本发明及实用新型专利，如图13所示，本发明装置可以多个同时投放在一条河流中，最大限度地利用水力资源。

附图说明

图1是本发明所述水力发电装置的外观示意图。

图2是本发明所述水力发电装置的工作状态示意图。

图3是本发明所述水力发电装置的主体剖面图。

图4是市售外转子发电机外观示意图。

图5是采用外转子发电机时发电原理示意图

图6是本发明装置的前端结构示意图

图7为梭形主体防水外壳分段示意图

图8为采用普通发电机发电原理示意图

图9为采用普通发电机时齿轮传动截面示意图，

图10为本发明装置螺旋叶片安装柱状外罩示意图

图11为平衡调节砝码使用示意图

图12是发电装置加装叶片示意图。

图13是本发明所述水力发电装置的群使用示意图。

附图标记说明：1、符合流体力学外形的梭形主体；2、螺旋状叶片；3、中空的发电机主轴外露部分；4、平衡调节砝码；5、用于连接钢绳的可转向挂件；6、防水电缆；7、梭形主体防水外壳；8、外转子发电机的外转子；9、外转子发电机的定子；10、油封防水装置；11、与防水外壳相连的内齿齿轮；12、固定在发电机定子上的换向齿轮；13、普通发电机转子主轴齿轮；14、普通发电机定子固定结构；15、普通发电机的主轴；16、定轴与转轴之间的金属连接件；17、中空的外主轴；18、柱状外罩；19、喇叭形集水口；20、固定在外露主轴顶端的锥型拦渣网。

具体实施方式

结合附图来详细说明本发明装置的发电原理，但本说明仅仅用来解释本发明装置的基本原理，并不作为对本发明装置的限定。

一种可以不需要浮筒、立柱、大坝、拦渣网、导流筒、传动轮等，只需扔进河里即可发电的水力发电装置，如图1本发明装置外观示意图所示，该装置拥有一个符合流体力学外形的梭形主体1，梭形主体的外表有螺旋状叶片2，梭形主体前端有一个外露的发电机主轴3，所述外露的发电机主轴中段设有可前后移动的平衡调节砝码4，所述外露的发电机主轴顶端设有用于连接钢绳的挂件5，挂件与钢绳连接后与岸上树木或构筑物固定，防水电缆6从中空的主轴中穿出，沿钢绳或拉线上岸，电源经调制后使用。

图2为本发明装置工作状况示意图。

本发明装置之所以能够发电，关键在于梭形主体内部的特殊结构，如图3主体剖面示意图所示，螺旋状叶片2固定在梭形主体防水外壳7表面，梭形主体防水外壳7的内部有外转子发电机(见图4：市售外转子发电机外观示意图)，外转子发电机的外转子8与防水外壳的内壁固定，并随着防水外壳的转动而转动；外转子发电机定子9拥有中空的发电机主轴3，主轴穿越油封防水装置10后，部分外露于梭形主体外，主轴外露的部分设有平衡调节砝码4，顶端有用于连接钢绳的可转向挂件5。

图5采用外转子发电机时发电原理示意图，图中阴影部分为固定部分，其余部分为转动部分。阴影部分包括定子9，中空主轴3以及防水电缆线6；其余随着叶片转动的部分包括防水外壳7，与7固定在一起的外转子发电机外转子8等。

图6是本发明所述水力发电装置的前端结构示意图，其中3为中空的发电机主轴，10为防水油封装置，4为平衡调节砝码，5为用于连接钢绳的挂件，6为从中空主轴中穿出的电缆线。

图7为梭形主体防水外壳分段示意图，其中(1)为防水油封段(注：防水油封可拆开检修)，(2)为发电装置段，内有发电机，发电机通过螺母与防水外壳内壁固定，(3)为后检修段，各段之间有防水橡胶垫，且可拆装检修。

图8为采用普通发电机发电原理示意图，图中11为与防水外壳相连的内齿齿轮，12为固定在发电机定子上的换向齿轮，13为普通发电机转子主轴齿轮，14为普通发电机定子固定结构，15为普通发电机的主轴，6为防水电缆，16为定轴与转轴之间的金属连接件，17为中空的外主轴，10为油封防水装置等部分组成。其中，上述普通发电机的主轴15，固定在定轴与转轴之间的金属连接件16上，而定轴与转轴之间的金属连接件16与中空的外主轴17是固定不转动的。

图9为采用普通发电机时齿轮传动示意图，表述了传动关系，其中，螺旋状叶片2与防水外壳7以及内齿齿轮11固定为一体，并在流水冲击下转动，带动固定在发电机定子上的换向齿轮12和普通发电机转子主轴齿轮13转动发电。由于普通发电机在本发明中使用时，其结构相对于外转子发电机更为复杂，因此建议实际使用时采用外转子发电机。

如图10本装置螺旋叶片安装柱状外罩剖面示意图所示，18柱状外罩和19喇叭形集水口均与螺旋叶片固定，工作状态下，均随叶片转动而转动。而锥型拦渣网20，固定在外露主轴3上，是不会转动的，其开口对接喇叭形集水口，防止漂浮物进入圆柱体内。

图11所示，当本装置的前、后端分别过渡埋入水中时，主轴上的平衡调节砝码移动方向示意图。调节到位后，拧紧砝码上的螺母即可，本装置将处于相对平衡状态。

由于流速较慢的河流水的冲击力不够，可以通过加装叶片来扩大集水面积，增加叶片扭力，如图12所示，外加叶片可以通过螺母或卡槽与原叶片固定。

只要有流水的地方均可以使用本发明装置，如图13所示，本装置可以多个同时投放在一条河流中，实现“群使用”，最大限度地利用水力资源。

Claims (4)

1.一种外螺旋叶片水力发电装置，包括置于梭形主体表面的螺旋状叶片，以收集水能，流水持续冲击螺旋状叶片带动梭形主体整体转动，而所述梭形主体的特征在于可拆装、防水、中空，发电机则置于中空的梭形主体防水壳内。

2.如权利要求书1所述，梭形主体整体转动，直接带动与梭形主体外壳内壁相连的“外转子发电机”转子转动发电，也可以通过换向齿轮，间接带动常见发电机(即内转子发电机)转子转动发电。

3.权利要求书2所述的外转子发电机主轴为中空轴，所发电源从中空的主轴中穿出，导上河岸后调制使用；而常见的内转子发电机主轴则需通过连接件与外主轴连接，所发电源也从中空的外主轴中穿出。

4.权利要求书3所述露于梭形主体外的主轴前端置有水平调节砝码，保证本装置在水中能够保持衡平，主轴前端另置有挂件与河岸的树木或构筑物固定。

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