CN113323788B - 一种阶梯状分布式发电装置及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于水力发电领域，具体涉及一种阶梯状分布式发电装置及其运行方法。设置在溢流坝面上，包括多组阶梯状钢板，分布式发电机构和控制系统；多组阶梯状钢板沿溢流坝面高度方向分布，在每个阶梯状钢板中沿横向均匀可拆卸的设置多个分布式发电机构，随着阶梯状钢板的高度降低，每个分布式发电机构的尺寸逐渐变大；通过控制系统使得分布式发电机构处于工作状态和非工作状态，当处于非工作状态时，分布式发电机构位于阶梯状钢板与溢流坝面形成的空隙内。本装置可以作用于流速小、低水头的堤坝上或有一定流量的溢流面上；该分布式发电装置是柔性的，具有小巧便捷、可根据溢流面的宽度或者流量大小可随意组装、发电效率高等优点。

Description

一种阶梯状分布式发电装置及其运行方法

技术领域

本发明属于水力发电领域，具体涉及一种阶梯状分布式发电装置及其运行方法。

背景技术

随着低碳环保理念的深入人心，水作为一种可再生的清洁能源，其所具备的发电功能也受到人们重视。目前市面上大多数发电设备一般用于大流速，高水头的堤坝，但其体积巨大，搬运不便。而对于有一定流量的堤坝，只能固定水轮机的数量，不能根据流量的大小灵活改变组装。综上，目前市面上针对小流速、低水头的水流，缺少一种灵活便捷高效的发电装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种阶梯状分布式发电装置及其运行方法。本装置可以作用于流速小、低水头的堤坝上或有一定流量的溢流坝面上；该分布式发电装置是柔性的，具有小巧便捷、可根据溢流坝面的宽度或者流量大小可随意组装、发电效率高等优点。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种阶梯状分布式发电装置，设置在溢流坝面上，包括多组阶梯状钢板，分布式发电机构和控制系统；

多组阶梯状钢板沿溢流坝面高度方向分布，在每个阶梯状钢板中沿横向均匀可拆卸的设置多个分布式发电机构，随着阶梯状钢板的高度降低，每个分布式发电机构的尺寸逐渐变大；

通过控制系统使得分布式发电机构处于工作状态和非工作状态，当处于非工作状态时，分布式发电机构位于阶梯状钢板与溢流坝面形成的空隙内。

进一步的，上下相邻的两组阶梯状钢板上的多个分布式发电机构交错布置；相邻的两组阶梯状钢板之间的距离使得水流的动能能带动下一级阶梯状钢板上的分布式发电机构转动。

进一步的，每一组阶梯状钢板包括横向钢板和竖向钢板，横向钢板一端和溢流坝面转动连接，竖向钢板一端和溢流坝面转动连接；

分布式发电机构设置在竖向钢板靠近横向钢板的一侧面，控制系统控制竖向钢板处于竖直状态和水平状态；当竖向钢板处于竖直状态时，竖向钢板和另一端与横向钢板连接，和横向钢板以及溢流坝面形成空隙，分布式发电机构位于空隙内，处于非工作状态；当竖向钢板处于水平状态时，过流带动分布式发电机构发电，处于工作状态。

进一步的，竖向钢板远离溢流坝面一端设有转轴，控制系统通过转动且推动转轴，实现竖向钢板在竖直状态和水平状态的切换。

进一步的，竖向钢板和溢流坝面通过空心杆转动连接，空心杆上均布多个圆形小孔，通过向空心杆内充气，即通过圆形小孔向过流内掺气减少空蚀现象。

进一步的，控制系统包括导墙，摇摆马达，90°滑轨，圆柱状轮子，连接滑块，隧动杆，连杆，铰接轴承，控制杆和PLC控制器；

摇摆马达和90°滑轨设置在导墙上，连接滑块通过固定在连接滑块上的圆柱状轮子在90°滑轨中滑动，连接滑块的一端通过连接杆与摇摆马达连接，另一端依次连接隧动杆，连杆，铰接轴承和控制杆；PLC控制器设置在摇摆马达上；控制杆由与铰接轴承连接的主杆和多个平行且与主杆垂直连接的分杆组成，分杆作为竖向钢板的转轴；

PLC控制器发送指令给摇摆马达，摇摆马达驱动连接滑块沿90°滑轨运动，从而通过隧动杆，连杆，铰接轴承带动控制杆的运动，并使竖向钢板达到预想的绕转轴90°翻转。

进一步的，摇摆马达放在90°滑轨所在圆的圆心处，两者之间连接杆的距离等于滑轨所在圆的半径；

连杆的长度为连接滑块在滑轨近端时到铰接轴承的距离；

隧动杆的长度用来补充当连接滑块在90°滑轨上滑动时，连接滑块与铰接轴承之间的距离的变化；

在90°滑轨两侧各安装两个圆柱状轮子，四个圆柱状轮子分别通过转轴和活动滑块固定于连接滑块上；

还包括角度传感器，角度传感器固定在最高一组竖向钢板的内侧，当钢板翻转时，角度传感器会检测到角度的变化，并将该变化作为信号传递给PLC控制器。

进一步的，分布式发电装置通过支架固定于橡胶垫上，然后将橡胶垫通过合页固定于竖向钢板的内侧。

进一步的，分布式发电装置包括矩形水斗，水轮机转轴，弹性联轴器和防水型三相发电机；

水轮机主轴主体的横截面为六边形，两端为用于安装弹性联轴器圆柱状，六个矩形水斗固定于水轮机主轴上，每个矩形水斗包括有四个叶片，靠近水轮机主轴的叶片内部凹陷，以安装弹性联轴器，水轮机转轴通过弹性联轴器和防水型三相发电机连接。

一种上述的发电装置的运行方法，包括如下步骤：

步骤(1)：竖向钢板在初始状态时与横向钢板垂直，处于闭合状态；在控制系统中，活动滑块的初始状态为在90°滑轨中的远端；

步骤(2)：当溢流坝面上过流流速大小适中时：通过PLC控制器开启摇摆马达，带动90°滑轨上的连接滑块沿着滑轨从远端开始滑动，在连接滑块到达90°滑轨近端时，关闭摇摆马达；

连接滑块通过连杆、隧动杆将角度的改变传递给铰接轴承，铰接轴承将角度的改变传递给控制杆，由控制杆带动竖向钢板，使竖向钢板翻转90°，使分布式发电机构垂直于溢流坝面过流；

水流经过矩形水斗，并带动其转动，弹性联轴器将水流转动带来的扭矩传递给防水型三相发电机的轴承，在轴承带动下，在发电机内部转子与定子相互作用，产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流；

步骤(3)：若溢流坝面上过流突然变大，水流速度不再适宜发电，通过控制系统控制竖向钢板向上翻转90°，使分布式发电机构隐藏在两块钢板形成的空隙内。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

(1)本发明提供了一种集合消能、发电两种功能为一体的思路；阶梯状组合钢板可以消能，分布式发电装置可以用来发电。

(2)本发明中由于溢流坝面宽度对于分布式发电装置来说，比较大；因此在同一高度的一组钢板下，可根据溢流坝面宽设置分布式发电装置的组数，使得分布式发电装置在宽度上满足坝面的铺满。

(3)本发明中水流随着溢流坝面下落，其势能不断转化为动能，动能逐渐增大，速度也逐渐增大，为了充分利用其动能，其分布式发电装置的尺寸也可以随着溢流坝面高度的下降逐渐增大；将溢流坝面分为三部分，在前三分之一溢流坝面上布置尺寸较小的分布式发电装置，在中间三分之一溢流坝面上布置尺寸合适的发电装置，在后面三分之一溢流坝面上的布置尺寸较大的发电装置。

(4)本发明中因为过流经过一组阶梯状钢板时，水流经过分布式发电装置的作用，水滴飞溅，为了能使水流进入下一个发电装置中，每组阶梯状钢板需要隔一定的距离，以缓冲水流流态、流速的变化。

(5)本发明阶梯状分布式发电装置通过PLC控制器控制电流方向，以控制阶梯状竖向钢板的翻转或闭合，实现开合方便的目的。

(6)本发明中竖向阶梯状钢板通过转轴与横向阶梯状钢板相连。

(7)本发明中竖向钢板连接的转轴是空心杆，向空心杆里面通气，在空心杆面向水流的方向均匀的开圆形小孔；向空心杆内通气，使溢流坝面过流掺气，以减少对阶梯状钢板及分布式发电装置的空蚀。

附图说明

图1本发明的发电装置在溢流坝面上的布置方式Ⅰ。

图2本发明的发电装置在溢流坝面上的布置方式Ⅱ。

图3图1的A-A截面分布式发电装置不工作剖面图。

图4图2的B-B截面分布式发电装置工作的剖面图。

图5阶梯状分布式发电装置在溢流坝面上的分布示意图。

图6活动滑块在滑轨远端时，竖向钢板将要打开的示意图。

图7活动滑块在滑轨近端时，竖向钢板将要闭合的示意图。

图8本发明的90°滑轨布置图。

图9阶梯状分布式发电装置的平面俯视图。

图10单个阶梯状分布式发电装置的安装示意图。

图11单个分布式发电装置固定于钢板上的示意图。

图12信号传递示意图。

附图标记说明：

1-非溢流坝面，2-溢流坝面，3-阶梯状钢板，3-1-横向钢板，3-2-竖向钢板，4-分布式发电机构，4-1-第一发电机构，4-2-第二发电机构，4-3-第三发电机构，5-控制杆，6-铰接轴承，7-滑轨，8-摇摆马达，9-导墙，10-矩形水斗，11-水轮机转轴，12-弹性联轴器，13-防水型三相发电机，14-连接滑块，15-圆柱状轮子，16-转轴，17-活动滑块，18-橡胶垫，19-合页，20-支架，21-角度传感器，22-PLC控制器，23-连杆，24-隧动杆，25-空心杆，26-圆形小孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

分布式发电装置的布置形式1：

如图1，在一组阶梯状分布式发电装置中，将发电装置均匀排列在溢流坝面表面，以充分利用溢流坝面的水流。分布式发电装置的尺寸根据溢流坝面的高度有所不同，在溢流坝面前三分之一处，横向钢板与竖向钢板通过转轴连接，在两者形成的空腔内放置尺寸较小的发电装置；在溢流坝面中间三分之一处，在钢板形成的空腔内放置尺寸正常的发电装置；在溢流坝面后面三分之一处，放置尺寸较大的发电装置。此举是为了充分利用溢流坝面水流的动能及较缓坝面上的水深。在水流势能的不断转化下，水流动能不断增大，且由于坝面曲线逐渐变缓，水流在较缓坝面及坝面反弧段上会有一定的水深，尺寸较大的发电装置能更好、更高效的利用水流的能量。

分布式发电装置的布置形式2：

如图2，在一组阶梯状发电装置中，为了在最少数量的发电装置下拥有高效的发电效率，在第一组竖向钢板与横向钢板形成的空间内可以放置三个发电装置，而这三个发电装置可以根据溢流坝面宽均匀分布在坝面上。而第二组钢板中发电装置的水平位置可以在宽度上补充在上一组发电装置的水平位置未能作用的地方。如此一来，上下两组在宽度上满足了坝面空间上的铺满，会利用到每一个部分的水流。第三、四组的布置方式和第一、二组一样。而且，在第一组和第三组之间，由于距离隔的足够长，水流经过与钢板、发电装置的碰撞、能量交换之后，有足够的空间来缓冲水流的流态。坝面被分为三部分，来安置分布式发电装置。发电装置的尺寸安排与上一个布置方式中的尺寸安排相同。

下面结合附图和实施例，对本发明做进一步的说明，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图所示，本阶梯状发电装置包括三个部分，阶梯状组合钢板、分布式发电装置、控制系统。阶梯状组合钢板包括阶梯状钢板3、空心杆25、圆形小孔26；分布式发电装置包括矩形水斗10、水轮机转轴11、弹性联轴器12、防水型三相发电机13；控制系统包括控制钢杆5、铰接轴承6、90°滑轨7、摇摆马达8、连接滑块14、圆柱状轮子15、转轴16、活动滑块17、角度传感器21、PLC控制器22、连杆23、隧动杆24。

其中，非溢流坝面1；溢流坝面2，该阶梯状发电装置作用在其上，利用溢流坝水流的能量；阶梯状钢板3，分为竖向钢板3-2和横向钢板3-1，使之垂直组合，在坝面上形成一个空隙；分布式发电装置4，根据分布式发电装置的尺寸不同，即矩形水斗、水轮机主轴的大小不同，可在溢流坝面上布置为4-1、4-2、4-3，将过流的动能转换为电能；控制钢杆5，通过角度的变化操控竖向阶梯状钢板，使之翻转90°，使分布式发电装置4垂直于过流；铰接轴承6，连接控制钢杆及连接滑块，并且传递角度的变化；90°滑轨7，为了控制角度变化的具体范围，将其设置在90°；摇摆马达8，为连接滑块沿滑轨滑动提供动力；矩形水斗10，使过流垂直进入，并带动水轮机转轴转动；水轮机转轴11，连接固定6个矩形水斗并将水流的能量转化为扭矩，以方便传递给防水型三相发电机；弹性联轴器12，将水轮机主轴的转动传递给发电装机的轴承；防水型三相发电机13，将水轮机主轴传递来的扭矩通过定子、转子的转动转换为电能；连接滑块14，沿90°滑轨滑动，并将角度的变化传递给铰接轴承；圆柱状轮子15，卡在90°滑轨的两侧，带动连接滑块、活动滑块滑动；转轴16，将圆柱状轮子与活动滑块、连接滑块连接在一起，实现共同滑动；活动滑块17，由于圆柱状轮子在滑轨上的运动会改变方向，防止其掉落以及出现其他的碰撞；橡胶垫18，分布式发电装置通过支架固定在橡胶垫上；合页19，将橡胶垫固定在竖向阶梯状钢杆靠近坝面的一侧；支架20；将分布式发电装置固定整改支架上，方便将其固定在橡胶垫及钢板上；角度传感器21，感知竖向阶梯状钢杆角度的变化，并将其传递给PLC控制器，方便其做出下一步操作；PLC控制器22，在角度传感器将信号传来之后，通过对电流方向的改变实现对摇摆马达进而对连接滑块的控制；连杆23，将隧动杆传递的力传递给铰接轴承；隧动杆24，由于连接滑块和铰接轴承是固定的，在连接滑块沿着90°滑轨滑动时，连接滑块与铰接轴承之间的距离越来越大，以此来补偿连杆的长度；空心杆25，向空心杆内充气；圆形小孔26，竖向钢板闭合时，通过圆形小孔向过流掺气，减少空蚀。导墙9，滑轨及摇摆马达贴在导墙上。

在控制系统中，摇摆马达8连接90°滑轨7，通过90°滑轨予以控制角度。这是为了控制系统的稳定，即在将角度的变化通过滑动滑块14在90°滑轨7上的变化传递给铰接轴承6，并带动交接轴承6运动。以铰接轴承6带动控制刚杆5的运动，并使竖向阶梯状钢板3-2达到预想的绕转轴90°翻转；而且摇摆马达8摇摆的最大角度不定，以此来控制角度。

将摇摆马达8放在90°滑轨所在圆的圆心处，两者之间连接钢杆的距离等于滑轨所在圆的半径。连接滑块14的另一端连接着隧动杆24，隧动杆24连接着连杆23。将连杆23的长度确定为连接滑块14在滑轨7最近端时到铰接轴承6的距离，隧动杆24的长度比90°滑轨所在圆的半径稍大。以隧动杆24的长度来补充当连接滑块14在90°滑轨上滑动时，连接滑块14与铰接轴承6之间的距离的变化。以此来保证连接滑块14在90°滑轨7上的带动铰接轴承6转动，铰接轴承6可以将角度的变化通过控制钢杆传递给竖向钢板3-2。

如图7所示，滑轨只在高度方向上有弯曲，在宽度方向上为平面。90°滑轨右侧为平面，紧贴固定于导墙9表面，活动滑块14通过钢杆与摇摆马达8的转轴固定在一起。滑轨远端的形状高高翘起。

圆柱状轮子15在沿滑轨7运动过程中，需要在滑轨两侧各安装两个圆柱状轮子，目的是为了紧贴滑轨7；将圆柱状轮子15固定在连接滑块14上，目的使为了防止其脱落；但是由于在运动过程中，圆柱状轮子15沿滑轨7运动，其变化也会像滑轨一样，直接将圆柱状轮子15固定在连接滑块14上势必会因为连接滑块14无法转动而造成摇摆马达8烧毁，因此需要活动滑块17来进行中和。将四个圆柱状轮子15分别通过四个转轴16固定于四个活动滑块17及一个连接滑块14上。

通过控制钢杆5能使多组阶梯状组合钢板共同翻转，实现一次操作的目标。角度传感器21只固定在第一组竖向阶梯状钢板3-2的内侧，当钢板翻转时，角度传感器21会检测到该角度的变化，并将该变化作为信号传递给PLC控制器22，以方便PLC控制器做出下一步的操作。

在阶梯状组合钢板中，在阶梯状竖向钢板下部安装有空心杆25，空心杆25上按照一定距离开圆形小孔26，向空心杆25充气，当竖向钢板闭合时，过流经过钢板上，通过向过流掺气减少空蚀现象。掺气在一定程度上减少了水流流速，增加了水流的湍动强度。当水流质点的湍动强度足以克服水流表面张力时，空气与水交界面上的表面波便会破碎，把空气卷入水中，带到交界面下一定的深度，形成掺气水流，以此来减少过大水流对溢流坝面的空蚀现象。

两组阶梯状钢板之间需要隔一定的距离。水流在经过第一组阶梯状组合钢板时，其与钢板的碰撞会使水流的能量减少一部分，且会使水流迸溅，水流流态产生变化，经过一定时间和距离的缓冲之后，迸溅的水流会回到溢流坝面，经过坝面的整流作用，水流再次以平缓的流态经过下一组阶梯状组合钢板。

在分布式发电装置中，需要设置六个矩形水斗以此来充分的利用过流水流的能量，以此来带动水轮机转轴11转动。选取截面为六边形的转轴作为水轮机的主轴，以方便六个矩形水斗的安装。六边形转轴的两侧削成圆柱体，方便水轮机转轴11在两侧与防水型三相发电机13相结合。矩形水斗10的两侧需要向内凹陷，以覆盖住弹性联轴器12、防水型三相发电机13。将水轮机转轴11、防水型三相发电机13的主轴置于两个半弹性联轴器12凸缘孔中，包裹起来，通过柱销和螺栓将两个半弹性联轴器12固定起来。柱销两端设置与其有一定距离的挡板；螺栓的螺帽上设置弹性垫圈。水轮机转轴11将水流推动产生的扭矩通过弹性联轴器12传递给防水型三相发电机13的主轴。

分布式发电装置4通过支架20固定于橡胶垫18上，然后将橡胶垫18通过合页19固定于竖向阶梯状钢板3-2的内侧。

在溢流坝面上，过流的速度随着坝面高度下降而逐渐增大，且在坝面曲较缓处及坝面反弧段会有一定的水深，随着坝面高度的下降，分布式发电装置的尺寸，即矩形水斗10的尺寸、水轮机主轴11的尺寸也在逐渐变大。如此一来，便充分利用过流的动能。

水流垂直进入矩形水斗10内，带动水轮机主轴11转动，产生的扭矩通过弹性联轴器12传递给防水型三相发电机13，由发电机的轴承带动转子在定子中转动，产生感应电动势，进而产生电流。由于该发电机产生的为交流电，通过6相桥式整流电路转化为直流电可供使用。产生的电流可供路灯照明、河道景观、蓄电池储存等。

实施例：

一种阶梯状分布式发电装置可以应用于水利水电枢纽工程，作用于溢流坝面表面。

在该分布式发电装置中，竖向阶梯状钢板3-2在初始状态时与横向钢板3-1相处垂直，处于闭合状态。在控制系统中，活动滑块14的初始状态为在90°滑轨7中的远端。

在控制系统中，通过90°滑轨来控制摇摆马达8摇摆的最大角度，达到竖向阶梯状钢板3-2达到预想的90°翻转的目的。摇摆马达8过钢杆连接滑块14，另一边连接滑块14通过连杆23、隧动杆24连接铰接轴承6。在90°滑轨的两侧凹槽处分别放置两个圆柱状轮子15，此举的主要目的是为了实现活动滑块14的滑动，每侧都放置两个的目的是防止因外界扰动致使圆柱状轮子15卡住或脱落凹槽。圆柱状轮子15连接固定活动滑块17，这是为了防止将圆柱状轮子15直接与固定滑块14连接，滑轨角度的变化导致圆柱状轮子15角度变化，而固定滑块14无法转动导致要么圆柱状轮子15脱落凹槽，要么摇摆马达8被烧毁。将四个圆柱状轮子15分别通过四个转轴16固定于四个活动滑块17及一个连接滑块14上。

在分布式发电装置中，水轮机主轴11是六边形的，但其两侧被削成圆柱状，目的是为了安装弹性联轴器12。每个矩形水斗10包括有四个叶片，靠近水轮机主轴的叶片内部凹陷，以安装弹性联轴器12。其中，弹性柱销联轴器12采用夹紧螺丝固定，且有微量补偿水轮机主轴11与防水型三相发电机13轴线偏移的能力，具有减振缓冲、校正的效果。六个矩形水斗10固定于水轮机主轴11上。将水轮机主轴11、防水型三相发电机13的主轴置于两个半弹性联轴器12凸缘孔中，包裹起来，通过柱销和螺栓将两个半弹性联轴器12固定起来。柱销两端设置与其有一定距离的挡板；螺栓的螺帽上设置弹性垫圈。挡板与弹性垫圈都可以缓和冲击，吸收振动。

在阶梯状组合钢板中，竖向阶梯状钢板3-2与横向阶梯状钢板3-1通过转轴垂直连接，。在竖向阶梯状钢板3-2下部安装有空心杆25，在空心杆25接近水流一侧均匀的开有一定数量的圆形小孔26。当竖向钢板3-2闭合时，此时该阶梯状发电装置只起到消能的作用。向空心杆25内通气，过流会被掺气，可以减少空蚀现象。将两组阶梯状组合钢板隔开一定的距离，目的是为了在水流经过第一组阶梯状组合钢板后，迸溅的水流通过一定距离的缓冲以及坝面的整流作用，以稳定的流速、平稳的流态经过下一组钢板。

角度传感器21只固定在第一组竖向阶梯状钢板3-2的内侧，以此来检测竖向钢板3-2角度的变化，并将信号传递给PLC控制器22。在信号传递给PLC控制器22之后，根据需要，改变电流的方向以此来控制摇摆马达8的方向，实现连接滑块14在90°滑轨上来回滑动。分布式发电装置4通过支架20固定于橡胶垫18上，然后将橡胶垫18通过合页19固定于竖向阶梯状钢板3-2的内侧。

发电过程：

在该分布式发电装置中，竖向阶梯状钢板3-2在初始状态时与横向钢板3-1相处垂直，处于闭合状态。在控制系统中，活动滑块14的初始状态为在90°滑轨7中的远端。

当溢流坝面上过流流速大小合适的时：

1、通过PLC控制器22开启摇摆马达8，由钢杆带动90°滑轨7上的连接滑块14沿着滑轨从近端开始滑动，在连接滑块14到达90°滑轨远端时，关闭摇摆马达8。

2、连接滑块14通过连杆23、隧动杆24将角度的改变传递给铰接轴承6，铰接轴承6将角度的改变传递给控制钢杆5，由控制钢杆5带动竖向阶梯状钢板3-2，使其翻转90°，使分布式发电装置4垂直于溢流坝面过流。

3、水流经过矩形水斗10，并带动其转动，弹性联轴器12将水流转动带来的扭矩传递给防水型三相发电机13的轴承，在轴承带动下，在发电机内部转子与定子相互作用，产生感应电势。通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流。

当溢流坝面过流流速较小时，分布式发电装置的运行情况如上所述。

若溢流坝面上过流突然变大，水流速度不再适宜发电，将分布式发电装置4暴露在大流量、高水速的情况下，可能会对其造成一定的破坏。此时，就需要竖向阶梯状钢板3-2向上翻转90°，使分布式发电装置4隐藏在两块阶梯状钢板3成的空隙之内。

1、在钢板翻转90°之后，角度传感器21感知到了角度的变化，并将这个信号作为输入信号传递给PLC控制器22。通过PLC控制器22，改变电流的方向。此时，打开摇摆马达8的开关，活动滑块14在滑轨的远端，在钢杆及四个圆柱状轮子15的带动下，沿着滑轨到了近端，此时关闭摇摆马达8的开关。

2、同样的，活动滑块14通过连杆23、隧动杆24的作用，将角度的变化传递给铰接轴承6。控制钢杆5将由铰接轴承6传递来的角度变化传递给竖向阶梯状钢板3-2。使其向上翻转90°，实现竖向钢板3-2与横向钢板3-1的闭合。于是分布式发电装置4就被隐藏在两块钢板形成的空隙中。

分布式发电装置的尺寸，在溢流坝面前三分之一处，横向钢板与竖向钢板形成的空腔内放置尺寸较小的发电装置；在溢流坝面中间三分之一处，在钢板形成的空腔内放置尺寸正常的发电装置；在溢流坝面后面三分之一处，放置尺寸较大的发电装置。此举是为了充分利用溢流坝面水流的动能及较缓坝面上的水深。在水流势能的不断转化下，水流动能不断增大，且由于坝面曲线逐渐变缓，水流在较缓坝面及坝面反弧段上会有一定的水深，尺寸较大的发电装置能更好、更高效的利用水流的能量。

本发明能够利用过流坝面余水的能量，并将其转换为电能，有日常照明、河道景观、蓄电池储存等用途，符合现如今倡导的绿色环保理念；其中的钢板在一定程度上有消能的效果，而且竖向阶梯状钢板下部有圆形小孔的空心杆能通过掺气减少水流的空蚀作用，延长发电装置的寿命。

Claims (5)

1.一种阶梯状分布式发电装置，其特征在于，设置在溢流坝面上，包括多组阶梯状钢板，分布式发电机构和控制系统；

多组阶梯状钢板沿溢流坝面高度方向分布，在每个阶梯状钢板中沿横向均匀可拆卸的设置多个分布式发电机构，随着阶梯状钢板的高度降低，每个分布式发电机构的尺寸逐渐变大；

通过控制系统使得分布式发电机构处于工作状态和非工作状态，当处于非工作状态时，分布式发电机构位于阶梯状钢板与溢流坝面形成的空隙内；

上下相邻的两组阶梯状钢板上的多个分布式发电机构交错布置；相邻的两组阶梯状钢板之间的距离使得水流的动能能带动下一级阶梯状钢板上的分布式发电机构转动；

每一组阶梯状钢板包括横向钢板和竖向钢板，横向钢板一端和溢流坝面转动连接，竖向钢板一端和溢流坝面转动连接；

分布式发电机构设置在竖向钢板靠近横向钢板的一侧面，控制系统控制竖向钢板处于竖直状态和水平状态；当竖向钢板处于竖直状态时，竖向钢板和另一端与横向钢板连接，和横向钢板以及溢流坝面形成空隙，分布式发电机构位于空隙内，处于非工作状态；当竖向钢板处于水平状态时，过流带动分布式发电机构发电，处于工作状态；

竖向钢板远离溢流坝面一端设有转轴，控制系统通过转动且推动转轴，实现竖向钢板在竖直状态和水平状态的切换；

竖向钢板和溢流坝面通过空心杆转动连接，空心杆上均布多个圆形小孔，通过向空心杆内充气，即通过圆形小孔向过流内掺气减少空蚀现象；

控制系统包括导墙，摇摆马达，90°滑轨，圆柱状轮子，连接滑块，隧动杆，连杆，铰接轴承，控制杆和PLC控制器；

摇摆马达和90°滑轨设置在导墙上，连接滑块通过固定在连接滑块上的圆柱状轮子在90°滑轨中滑动，连接滑块的一端通过连接杆与摇摆马达连接，另一端依次连接隧动杆，连杆，铰接轴承和控制杆；PLC控制器设置在摇摆马达上；控制杆由与铰接轴承连接的主杆和多个平行且与主杆垂直连接的分杆组成，分杆作为竖向钢板的转轴；

PLC控制器发送指令给摇摆马达，摇摆马达驱动连接滑块沿90°滑轨运动，从而通过隧动杆，连杆，铰接轴承带动控制杆的运动，并使竖向钢板达到预想的绕转轴90°翻转。

2.根据权利要求1所述的发电装置，其特征在于，摇摆马达放在90°滑轨所在圆的圆心处，两者之间连接杆的距离等于滑轨所在圆的半径；

连杆的长度为连接滑块在滑轨近端时到铰接轴承的距离；

隧动杆的长度用来补充当连接滑块在90°滑轨上滑动时，连接滑块与铰接轴承之间的距离的变化；

在90°滑轨两侧各安装两个圆柱状轮子，四个圆柱状轮子分别通过转轴和活动滑块固定于连接滑块上；

还包括角度传感器，角度传感器固定在最高一组竖向钢板的内侧，当钢板翻转时，角度传感器会检测到角度的变化，并将该变化作为信号传递给PLC控制器。

3.根据权利要求2所述的发电装置，其特征在于，分布式发电装置通过支架固定于橡胶垫上，然后将橡胶垫通过合页固定于竖向钢板的内侧。

4.根据权利要求3所述的发电装置，其特征在于，分布式发电装置包括矩形水斗，水轮机转轴，弹性联轴器和防水型三相发电机；

水轮机主轴主体的横截面为六边形，两端为用于安装弹性联轴器圆柱状，六个矩形水斗固定于水轮机主轴上，每个矩形水斗包括有四个叶片，靠近水轮机主轴的叶片内部凹陷，以安装弹性联轴器，水轮机转轴通过弹性联轴器和防水型三相发电机连接。

5.一种权利要求4所述的发电装置的运行方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)：竖向钢板在初始状态时与横向钢板垂直，处于闭合状态；在控制系统中，活动滑块的初始状态为在90°滑轨中的远端；

步骤(2)：当溢流坝面上过流流速大小适中时：通过PLC控制器开启摇摆马达，带动90°滑轨上的连接滑块沿着滑轨从远端开始滑动，在连接滑块到达90°滑轨近端时，关闭摇摆马达；

连接滑块通过连杆、隧动杆将角度的改变传递给铰接轴承，铰接轴承将角度的改变传递给控制杆，由控制杆带动竖向钢板，使竖向钢板翻转90°，使分布式发电机构垂直于溢流坝面过流；

水流经过矩形水斗，并带动其转动，弹性联轴器将水流转动带来的扭矩传递给防水型三相发电机的轴承，在轴承带动下，在发电机内部转子与定子相互作用，产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流；

步骤(3)：若溢流坝面上过流突然变大，水流速度不再适宜发电，通过控制系统控制竖向钢板向上翻转90°，使分布式发电机构隐藏在两块钢板形成的空隙内。

Images