CN111336053B - 一种无坝水流发电站 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无坝水流发电站，包括舱室、水轮机和支架结构，所述水轮机的叶轮安装在所述支架结构中，所述叶轮包括轮轴和沿周向均匀安装在所述轮轴侧面的叶片组件，所述叶片组件包括液压伸缩杆、A型叶片、安装于所述A型叶片前面的B型叶片和若干次级叶片，所述A型叶片和所述B型叶片均为框架结构，所述次级叶片一侧通过叶片轴同向转动安装在所述B型叶片上，所述A型叶片通过若干液压伸缩杆与所述B型叶片连接；所述A型叶片上还设有若干清理结构，所述清理结构对应于所述次级叶片与所述B型叶片的框架之间的所述叶片轴端部位置。本发明调节水轮机工作效率并不增大设备磨损同时便于对次级叶片的叶片轴进行清理，保证设备运行效率。

Description

一种无坝水流发电站

技术领域

本发明涉及一种无坝水流发电站。

背景技术

在水力发电领域，很多江河地区虽然地势相对平缓，水的落差不大，水流量极大，水流湍急，具有丰富的水体位能，再如临海地区还有大量可以利用的潮汐能和洋流能量。由于环境、地质、航道、防汛、成本、技术等因素，这些地区不能修筑水坝蓄水用常规发电设备发电，因而现在开始出现无坝水流发电技术，通过相应设备在水流中将收到的冲击力转化为电能。但是水流中水轮机叶轮各个叶片都会受到同向的水流冲击，因此出现通过叶片上设置能够只朝叶片前侧即以叶轮周向的同一方向为前侧，相反方向为后侧转动打开的次级叶片，这样受到水流冲击时两侧叶片由于次级叶片是否打开，而受到不同的冲击力，冲击力的差异令叶轮能朝同一方向连续转动，实现了将水体位能或潮汐能转化为机械能再转化为电能进行发电，而且这种设备只需直接安装在水流中，无需另外配置相应的水流导向管路，设置成本较低。然而这种结构的发电站有两个问题，第一、由于无法对流速进行调整，如果要降低或控制水轮机工作效率就必须对叶轮或传动机构进行阻滞，减慢叶轮运行，这样会大大增加设备的磨损，影响设备寿命；第二，作为控制轮轴两侧叶片受到冲力差的次级叶片，必须转动灵活才能保证该发电站运行高效可靠，但是本设备是直接设在江河中或浅海地区利用水体位能和潮汐能，水流总是携带有大量泥沙、水草、碎渔网等等垃圾杂物，这些物质很容易淤积到次级叶片两端缝隙或缠绕到转轴上，因此阻碍次级叶片转动，造成设备工作效率下降，甚至故障。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无坝水流发电站，以解决现有技术中对发电站水轮机工作效率难以在不增大设备磨损的前提下进行调节并且设备本身容易因为泥沙或水草阻滞次级叶片转动导致工作效率下降的问题。

所述的无坝水流发电站，包括舱室、水轮机和支架结构，所述水轮机的叶轮安装在所述支架结构中，所述叶轮包括轮轴和沿周向均匀安装在所述轮轴侧面的叶片组件，所述叶片组件包括液压伸缩杆、A型叶片、安装于所述A型叶片前面的B型叶片和若干次级叶片，所述A型叶片和所述B型叶片均为框架结构，所述次级叶片一侧通过叶片轴同向转动安装在所述B型叶片上，所述A型叶片通过若干液压伸缩杆与所述B型叶片连接并设有若干与所述次级叶片对应的调节窗；所述A型叶片上还设有若干清理结构，所述清理结构对应于所述次级叶片与所述B型叶片的框架之间的所述叶片轴端部位置，当所述液压伸缩杆收缩到合并状态，所述A型叶片与所述B型叶片贴合，所述次级叶片远离叶片轴一侧被所述A型叶片挡住，所述叶片轴端部进入所述清理结构中并与之间隙配合，当所述液压伸缩杆伸长时，所述次级叶片能向所述A型叶片方向转动，所述叶片轴经所述清理结构开口处脱出而被清理掉所述叶片轴端部间隙处杂物。

优选的，所述清理结构的厚度小于所述次级叶片与所述B型叶片的框架之间的间隙，所述清理结构具有弹性并设有能向外张开的半环形的清理部，所述清理部前端相对形成所述清理结构开口，所述清理部前端设有向内伸出的清理钩。

优选的，所述调节窗内固定有调节杆，所述调节杆平行于所述叶片轴，所述调节窗高度大于所述次级叶片高度，所述调节窗宽度小于所述次级叶片的宽度，当所述液压伸缩杆伸长并处于调节状态时，所述次级叶片能从所述调节窗中空部分向后转动，所述调节杆挡住所述次级叶片，所述液压伸缩杆控制所述次级叶片向后转动角度和所述叶片组件受到水流的冲力。

优选的，所述A型叶片在各个清理结构上方还设有喷水口，所述喷水口喷出方向朝着所述清理结构，所述喷水口通过设于各个所述A型叶片内的叶片水道连通到所述轮轴内的总水道，所述总水道经旋转接头、阀门连接到储水箱中的喷水水泵。

优选的，所述舱室分为上下两层，下层舱室中设有所述储水箱，上层舱室设有进水水泵，所述进水水泵通过设有阀门的进水管连接到舱室外并通过供水管连接到所述储水箱，所述储水箱中心设有供所述轮轴伸到上层舱室的中心孔。

优选的，所述轮轴上端伸到所述上层舱室中并固定连接有转盘，所述转盘上设有液压油箱，所述液压油箱中设有液压泵并通过旋转接头连接到所述轮轴汇中的总油道，各个所述A型叶片内设有连通所述总油道的叶片油道，所述叶片油道连接到所述液压伸缩杆的进油管和出油管。

优选的，所述上层舱室内设有齿轮变速箱、发电机和蓄电池，所述轮轴顶端通过联轴器连接到所述齿轮变速箱的输入轴，所述齿轮变速箱的输出轴连接到所述发动机的输入轴，所述发动机与所述蓄电池电连接。

优选的，所述支架结构包括框架结构的轮轴支架和锚体，所述轮轴支架上下边的框架与所述轮轴通过轴承连接，所述锚体通过锚索连接在所述轮轴支架底部。

本发明具有如下优点：首先本发明通过液压伸缩杆控制A型叶片与B型叶片合并和分离，进而通过控制二者之间的距离实现了对次级叶片受到冲击后可以向后转动角度的调节。这样也就实现了对叶轮两侧叶片组件所受冲击力差值的调整，进而实现了对叶轮在水中转动速度的调整，并且不会对轮轴和其他传动机构造成磨损，延长了本设备的使用寿命。而且由于这种结构在调整过程中受到冲击力改变的主要是次级叶片，即使其磨损也只需对次级叶片进行更换，维护比更换轮轴更方便。

第二，本方案中次级叶片两端到B型叶片之间的间隙较大，当叶片轴脱离清理结构时能通过其清除淤积的泥沙，增大的间隙也便于水流将泥沙冲掉。同时当叶片轴在清理结构中时，叶片轴被其护住，水草或渔网较难缠绕在叶片轴上，当叶片轴脱离时也能通过清理结构将水草或渔网等清除。本发明还能利用用于调节浮力的储水箱排水同时冲洗清理结构上的杂物，实现了最佳的清理效果。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中支架结构和其内水轮机部分的结构示意图此时叶片组件处于合并状态。

图3为本发明中在调节状态下叶片组件的结构示意图。

图4为本发明中水流将次级叶片冲开时的叶片组件的结构示意图。

图5为本发明中叶片轴在清理结构内状态下的结构示意图。

图6为图5中A区域的局部放大图。

图7为图5中清理结构所在区域的局部剖视图。

图8为本发明设置后的俯视图，图中箭头方向表示水流方向。

图9为图8所示结构中舱室在A-A方向的剖视图。

图10为本发明中上层舱室内部的结构示意图。

附图中的标记为：1、上层舱室，101、人孔进出口，102、接口组件，103、齿轮变速箱，104、发电机，105、蓄电池，106、转盘，107、进水水泵，108、液压油箱，2、下层舱室，201、储水箱，3、支架结构，301、锚索，302、锚体，303、轮轴支架，4、叶轮，401、轮轴，402、A型叶片，4021、叶片水道，4022、叶片油道，403、B型叶片，404、次级叶片，405、液压伸缩杆，406、清理结构，4061、清理钩，4062、清理部，4063、U型安装部，407、喷水口，408、叶片轴，409、调节窗，410、调节杆。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1-10所示，本发明提供了一种无坝水流发电站，包括舱室、水轮机和支架结构3。其中，所述水轮机的叶轮4安装在所述支架结构3中，所述叶轮4包括轮轴401和沿周向均匀安装在所述轮轴401侧面的叶片组件，所述叶片组件包括液压伸缩杆405、A型叶片402、安装于所述A型叶片402前面的B型叶片403和若干次级叶片404，所述A型叶片402和所述B型叶片403均为框架结构，所述次级叶片404一侧通过叶片轴408同向转动安装在所述B型叶片403上，所述A型叶片402通过若干液压伸缩杆405与所述B型叶片403连接并设有若干与所述次级叶片404对应的调节窗409；所述A型叶片402上还设有若干清理结构406，所述清理结构406对应所述叶片轴408位于所述次级叶片404与所述B型叶片403的框架之间的叶片轴408的端部位置。

当所述液压伸缩杆405收缩到合并状态，所述A型叶片402与所述B型叶片403贴合，所述次级叶片404远离叶片轴408一侧被所述A型叶片402挡住，所述叶片轴408端部进入所述清理结构406中并与之间隙配合，当所述液压伸缩杆405伸长时，所述次级叶片404能向所述A型叶片402方向转动。次级叶片404在叶片组件上一般沿径向设置多个，沿高度方向设置一层或更多。所述叶片轴408经所述清理结构406开口处脱出而被清理掉所述叶片轴408端部间隙处杂物。

叶片组件沿轮轴401周向均匀设置并且设置方向保持一致。调节窗409上下两边与次级叶片404之间间隙很小，当叶片贴在A型叶片402的框架上时，水流基本都冲击在叶片组件上。A型叶片402一般采用对水流阻力较小的材料制造，表面光滑以减少水流通过时对其造成的冲击，而次级叶片404则采用对水流阻力较大的材料制造，提高其受到的冲击力。

所述叶片轴408端部与B型叶片403转动连接，叶片轴408与所述次级叶片404固定连接。若次级叶片404上下端与B型叶片403之间间隙较大，叶片轴408端部露出较多有利于水流冲击泥沙流过，不易发生泥沙淤积阻滞次级叶片404，但水草、渔网容易缠绕在露出的叶片轴408端部，影响次级叶片404转动。而次级叶片404上下端与B型叶片403之间间隙较小，则相应能减少水草、渔网缠绕的可能性，但是泥沙则比较容易淤积在间隙中对次级叶片404造成阻滞。

因此，所述清理结构406的厚度小于所述次级叶片404与所述B型叶片403的框架之间的间隙，让次级叶片404不受其阻碍。所述清理结构406具有弹性并设有能向外张开的半环形的清理部4062，所述清理部4062前端相对形成所述清理结构406开口，所述清理部4062前端设有向内伸出的清理钩4061。

所述清理结构406的前部为所述清理部4062而后部为U型安装部4063，所述U型安装部4063的弯曲部分固定于所述A型叶片402上，而伸出部分与所述清理部4062后端连为一体而另一所述叶片轴408在所述清理结构406内与之间隙配合，能自由转动，当叶片轴408脱出时清理钩4061对叶片轴408上的泥沙和缠绕物勾下清理。

所述调节窗409内固定有调节杆410，所述调节杆410平行于所述叶片轴408，所述调节窗409高度大于所述次级叶片404高度，所述调节窗409宽度小于所述次级叶片404的宽度，当所述液压伸缩杆405伸长并处于调节状态时，所述次级叶片404能从所述调节窗409中空部分向后转动，所述调节杆410挡住所述次级叶片404，所述液压伸缩杆405控制所述次级叶片404向后转动角度和所述叶片组件受到水流的冲力。

所述A型叶片402在各个清理结构406上方还设有喷水口407，所述喷水口407喷出方向朝着所述清理结构406，所述喷水口407通过设于各个所述A型叶片402内的叶片水道4021连通到所述轮轴401内的总水道，所述总水道经旋转接头、阀门连接到储水箱201中的喷水水泵。

所述舱室分为上下两层，下层舱室2中设有所述储水箱201，上层舱室1设有进水水泵107，所述进水水泵107通过设有阀门的进水管连接到舱室外并通过供水管连接到所述储水箱201，所述储水箱201中心设有供所述轮轴401伸到上层舱室1的中心孔。

储水箱201的作用是通过调节其中的水量控制本设备在水中的浮力，让其在水中上浮或下沉又或者保持悬浮。对于清理结构406上可能留有的缠绕物，本发明还可以通过储水箱201从喷水口407喷水实现对其的清理，此外还可以将储水箱201设置多个隔板沿周向分为多个，通过隔板上的水阀控制各个隔板中的水量，进而实现对设备在水中平衡的控制。

所述轮轴401上端伸到所述上层舱室1中并固定连接有转盘106，所述转盘106上设有液压油箱108，所述液压油箱108中设有液压泵并通过旋转接头连接到所述轮轴401中的总油道，各个所述A型叶片402内设有连通所述总油道的叶片油道4022，所述叶片油道4022连接到所述液压伸缩杆405的进油管和出油管。

所述上层舱室1内设有齿轮变速箱103、发电机104和蓄电池105，所述轮轴401顶端通过联轴器连接到所述齿轮变速箱103的输入轴，所述齿轮变速箱103的输出轴连接到所述发动机的输入轴，所述发动机与所述蓄电池105电连接。

所述支架结构3包括框架结构的轮轴支架303和锚体302，所述轮轴支架303上下边的框架与所述轮轴401通过轴承连接，所述锚体302通过锚索301连接在所述轮轴支架303底部。

舱室和轮轴支架303均为矩形柱状，使用时注意将棱边对着水流方向，这样水流可以沿棱边两侧面斜向流动，减小对本设备的冲击力，方便保持本设备在水中的直立姿态。而舱室顶部还设有人孔进出口101和接口组件102。人孔进出口101方便人进入舱室进行检查和维护，接口组件102包括信号电缆接口、输电电缆接口等电缆结构。接口组件102还可设置水管接口，用于连接到水流中的管道向储水箱201进水。

本发明使用时，将其悬置于水流之中，叶片组件沿轮轴401周向均匀设置并且设置方向保持一致。这样在正常使用时，液压伸缩杆405收缩到让A型叶片402和B型叶片403合并，此时每个叶片组件中的次级叶片404由于被A型叶片402的框架部分挡住，因此只能向叶片组件的前方转动打开。以具有8个叶片组件的设备为例，叶片组件两两位置对称形成180°角，因此当水流冲击时必然有一侧叶片组件的次级叶片404无法转动，由于调节窗409上下两边与次级叶片404之间间隙很小，水流基本都冲击在叶片组件上，该叶片组件受到的冲击力很大，而与之相对的另一个叶片组件则恰恰相反，次级叶片404会被水流冲开，从而打开调节窗409，大部分水流从调节窗409冲过，受到的冲力远小于相对的另一个，两个叶片组件之间产生的冲力差令叶轮4能朝同一方向连续转动，从而带动发电机104发电。

本发明的特点在于：在需要对输出功率进行调节时，通过让液压伸缩杆405伸出使得叶片组件从合并状态变为调节状态，这时次级叶片404的侧边不再被调节窗409的侧边挡住，而转动到被调节杆410挡住，这时次级叶片404在调节窗409上留出让水流过的空隙，同时本身倾斜后收到的水流冲力也有所下降。这样通过液压伸缩杆405伸出长度的不同就能实现对水流通过空隙大小和次级叶片404所受冲击力的调整，因此能在不对轮轴401进行阻滞的情况下调整本设备的输出功率，避免对设备的损耗增加。

另一方面，为了应对水流中较多的泥沙和其他杂物，本发明通过B型叶片403与A型叶片402分离的过程还能让叶片轴408从清理结构406开口脱出。合并状态下，叶片轴408在清理结构406中与其有一定间隙，能够自由转动。当泥沙、水草等杂物进入叶片轴408端部间隙，对叶片轴408进行缠绕阻滞时，通过让叶片轴408从清理结构406开口脱出，清理钩4061能勾下扯断缠绕在叶片轴408上的水草等缠绕物，同时由于叶片轴408脱出后轴端的间隙增大，阻滞在此处的泥沙等杂物也会在清理钩4061和水流的作用下被去除，这样通过定期或运行不良时将液压伸缩杆405伸出就能实现对叶片轴408端部杂物的清理，保证次级叶片404转动自由。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的发明构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种无坝水流发电站，包括舱室、水轮机和支架结构（3），其特征在于：所述水轮机的叶轮（4）安装在所述支架结构（3）中，所述叶轮（4）包括轮轴（401）和沿周向均匀安装在所述轮轴（401）侧面的叶片组件，所述叶片组件包括液压伸缩杆（405）、A型叶片（402）、安装于所述A型叶片（402）前面的B型叶片（403）和若干次级叶片（404），所述A型叶片（402）和所述B型叶片（403）均为框架结构，所述次级叶片（404）一侧通过叶片轴（408）同向转动安装在所述B型叶片（403）上，所述A型叶片（402）通过若干液压伸缩杆（405）与所述B型叶片（403）连接并设有若干与所述次级叶片（404）对应的调节窗（409）；所述A型叶片（402）上还设有若干清理结构（406），所述清理结构（406）对应于所述次级叶片（404）与所述B型叶片（403）的框架之间的所述叶片轴（408）端部位置；

所述调节窗（409）内固定有调节杆（410），所述调节杆（410）平行于所述叶片轴（408），所述调节窗（409）高度大于所述次级叶片（404）高度，所述调节窗（409）宽度小于所述次级叶片（404）的宽度，当所述液压伸缩杆（405）伸长并处于调节状态时，所述次级叶片（404）能从所述调节窗（409）中空部分向后转动，所述调节杆（410）挡住所述次级叶片（404），所述液压伸缩杆（405）控制所述次级叶片（404）向后转动角度和所述叶片组件受到水流的冲力。

2.根据权利要求1所述的一种无坝水流发电站，其特征在于：所述清理结构（406）的厚度小于所述次级叶片（404）与所述B型叶片（403）的框架之间的间隙，所述清理结构（406）具有弹性并设有能向外张开的半环形的清理部（4062），所述清理部（4062）前端相对形成所述清理结构（406）开口，所述清理部（4062）前端设有向内伸出的清理钩（4061）。

3.根据权利要求2所述的一种无坝水流发电站，其特征在于：所述A型叶片（402）在各个清理结构（406）上方还设有喷水口（407），所述喷水口（407）喷出方向朝着所述清理结构（406），所述喷水口（407）通过设于各个所述A型叶片（402）内的叶片水道（4021）连通到所述轮轴（401）内的总水道，所述总水道经旋转接头、阀门连接到储水箱（201）中的喷水水泵。

4.根据权利要求3所述的一种无坝水流发电站，其特征在于：所述舱室分为上下两层，下层舱室（2）中设有所述储水箱（201），上层舱室（1）设有进水水泵（107），所述进水水泵（107）通过设有阀门的进水管连接到舱室外并通过供水管连接到所述储水箱（201），所述储水箱（201）中心设有供所述轮轴（401）伸到上层舱室（1）的中心孔。

5.根据权利要求4所述的一种无坝水流发电站，其特征在于：所述轮轴（401）上端伸到所述上层舱室（1）中并固定连接有转盘（106），所述转盘（106）上设有液压油箱（108），所述液压油箱（108）中设有液压泵并通过旋转接头连接到所述轮轴（401）中的总油道，各个所述A型叶片（402）内设有连通所述总油道的叶片油道（4022），所述叶片油道（4022）连接到所述液压伸缩杆（405）的进油管和出油管。

6.根据权利要求5所述的一种无坝水流发电站，其特征在于：所述上层舱室（1）内设有齿轮变速箱（103）、发电机（104）和蓄电池（105），所述轮轴（401）顶端通过联轴器连接到所述齿轮变速箱（103）的输入轴，所述齿轮变速箱（103）的输出轴连接到所述发电机（104）的输入轴，所述发电机（104）与所述蓄电池（105）电连接。

7.根据权利要求6所述的一种无坝水流发电站，其特征在于：所述支架结构（3）包括框架结构的轮轴支架（303）和锚体（302），所述轮轴支架（303）上下边的框架与所述轮轴（401）通过轴承连接，所述锚体（302）通过锚索（301）连接在所述轮轴支架（303）底部。

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