CN113622287A - 一种桥梁悬挂式涡轮水力发电基站 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水力发电技术领域，特别涉及了一种桥梁悬挂式涡轮水力发电基站方案，包括承重桥，发电元升降装置，流量监测装置，发电元，水下固定装置，发电元保护外壳，电能收集装置。承重桥修建在河水两岸，发电元保护外壳焊接在桥面中央，水下固定装置安装在桥面空洞内与焊接在桥面中央的防水密闭外壳相连，发电元升降装置固定在保护外壳的内部上方，发电机被保护在防水密闭外壳中固定在承重结构两侧，承重结构与升降系统通过绳索相连，流量监测装置固定在发电机保护外壳两侧。本发明提供了一种便于维修的可充分利用河水水头发电的发电系统，具有应用范围广，方便维护，保证强度，成本低，发电效率高，环保的优良特点。

Description

一种桥梁悬挂式涡轮水力发电基站

技术领域

本发明属于水力发电设备领域，特别提供一种桥梁悬挂式涡轮水力发电基站。

背景技术

水力发电技术是利用河流、湖泊等位于高处而具有势能的水流至低处将其中所含势能转换成水的动能继而转化为水轮机的动能，再借水轮机为动力，推动发电机产生电能的技术。

虽然传统水力发电具有不燃烧化石燃料，可持续等优秀的特点，且相关的发电设备业已趋于完善。但是，建造大型水电站的成本高昂，除了需要天然的地理优势之外，还需要建立庞大的基础建筑，例如防洪等级很高的堤坝，稳定的泄洪闸门等。除此以外，水坝对上游和下游的生态影响极大，在获得电力的同时，也付出较多的自然代价。然而，本发明以通行所用的桥为基座，用悬挂的方式控制发电机的深度，在充分利用水头的情况下减少了对于其他水利设施的需求，最大限度地减少了自然代价，因此一种桥梁悬挂式涡轮水力发电基站成为本领域的迫切需求之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在现有水力发电设备的基础上便于维护，更换以及拥有环境友好特性的桥梁悬挂式涡轮水力发电基站。

本发明技术方案如下：

一种桥梁悬挂式涡轮水力发电基站，其特征在于：包括承重桥1，螺栓固定装置2，柱形挡板3，水下固定装置4，承重柱5，流量监测装置6，发电元保护外壳7，可翻盖8，发电元升降装置9，承重杆a10、承重杆b11，方孔12，发电元13，桥洞14，电能收集装置15，固定绳索16；所述承重桥1修建在河水两岸，起到支撑整个发电系统的作用与此同时便利行人通行以及检测人员检查；所述发电元保护外壳7为处于承重桥1正中央的立方体有厚度空壳，其上半部位于桥面上，下半部位于桥面空洞中；所述发电元升降装置9固定在发电元保护外壳7内部的上方，包含电动机902，牵引绳索901，承重杆a10和承重杆b11；所述发电元13包含与发电元升降装置9相连的承重结构1301，发电机1305相连的涡轮叶片1302，保护外壳1303中的发电机1305，保护外壳1303固定在发电元承重结构1301两侧；所述流量监测装置6固定在保护外壳1303的侧面，且比水下固定装置4更靠近保护外壳1303的迎水面；所述水下固定装置4用于限制在水下的发电元13因为水的撞击而导致的前后摆动，其固定在桥洞14中。

所述的承重桥1，其特征在于：承重桥1的桥面下存在桥洞14；所述桥洞14内存在承重柱5；桥台为阶梯形；某一层阶梯存在金属柱形挡板3；所述柱形挡板3由螺栓结构2固定在某一层阶梯侧面，所述桥洞14的下底面分别开有可供发电元13通过的方孔1202和水下固定装置4通过的方孔1201，1203。

所述的发电元保护外壳7，其特征在于：其为立方体有厚度空壳，可以在河流水位季节性下降时将发电元13收纳于其中；内部为立方体形与发电元13外形相近且预留了一定的空间；处于承重桥1正中央，其上半部位于桥面上，下半部位于桥面下；其上表面为可翻盖8；其下底面为开口，便于发电元13收纳。

所述的发电元升降装置9，其特征在于：其包含承重杆a10、承重杆b11，牵引绳索901，电动机902；所述电动机902与发电元承重结构1301通过牵引绳索901；承重杆a10、承重杆b11通过牵引绳索901与发电元13相连。

所述的发电元13，其特征在于：其包含发电元承重结构1301；所述发电元承重结构1301通过牵引绳索901与电动机902相连；发电机1305固定在发电元承重结构1301两侧；电动机902保存在发电元保护外壳7内，并与电线1501相连；所述发电元承重结构1301的迎水面固定有一格网1304。

所述的流量监测装置6，其特征在于：其固定在两侧发电机保护外壳1303上，位于水下固定装置4前，不受遮挡。

所述的水下固定装置4，其特征在于：其一端固定在桥洞14内侧，另一端与发电元13的保护外壳1303相连；其为嵌套钢管结构；所述嵌套钢管结构包含两节正常长度钢管，在每一节钢管的每一端都有运动限制结构。

所述的电能收集装置15，其特征在于：其包含与发电元升降装置的牵引绳索902固定在一起以及镶嵌在承重桥1内的电线1501；所述电线1501与发电机1305。

本发明的有益效果为：

整个发电系统以承重桥1为基座，承重桥1作为基座本身十分稳固与其他设计一起保证了系统的长期使用能力和一定的强度。本系统主要以河流为主要发电场景，因此应用在较为偏僻的地方的情况较多，可以方便行人利用承重桥通行。而承重桥1本身悬挂着发电元13的设计也轻松的保证了发电元13可以在河流流速最快的位置工作，提高了发电的效率。与此同时因为可以让维修人员上桥打开发电元保护外壳7的可翻面8进行维修，也让维修工作变得更加简单，桥的某一阶梯存在金属柱形挡板3，当把螺栓固定装置2打开后，金属柱形挡板3可以旋转，可由维修人员在将发电元13升起后打开并旋转180度再向桥洞方向推，在两侧的圆柱都推进去后可暂时将发电元13放下，由两根圆柱承重，此时可对发电元13进行大型更换、维护的同时保证发电元13稳定位于桥洞14内，保证了发电的连续性同时减少了维修人员的工作量和运营维修费用，因此本系统也具有维修简单的优点。桥洞14本身会降低桥的强度，因此在桥洞14内添加了承重柱5结构，增加桥的强度。发电元保护外壳7下半部分在桥面下的设计使得固定装置也移动到了桥洞14内大大节省了桥面上的空间，避免了行人通过困难问题。发电元保护外壳7没有下底面的设计使得发电元在维护以及枯水期保护时的升降变得更加简单。可翻盖8的设计便于维修人员从上面观察牵引绳索901的磨损情况，同时发电元保护外壳7的预留空间方便维修人员进入内部进行更换。发电元升降装置9受到维修人员以及流量检测装置6的控制，在需要时可以及时调整发电元13的位置，在仅仅更换牵引绳索901或电线1501的小型维修中可以使用承重杆a10、承重杆b11和固定绳索16暂时代替牵引绳索901，而维修人员不需进入保护外壳内部即可更换牵引绳索901或电线1501，方便快捷。发电元13使用由一个发电元承重结构1301连接两个发电机1305的结构。这样使得作为主要工作部位的发电机1305避免因为长期升降而可能带来的发电元保护外壳7变形问题进而避免了频繁更换发电元保护外壳7以及发电机1305的问题。发电元承重结构1301可以使用造价便宜的钢柱，大大减少费用。发电元承重结构1301在迎水面还安装有格网1304，避免杂物影响螺旋叶片工作。多个流量监测装置6成条形固定在发电元13的保护外壳1303侧面，且位于水下固定装置4前，可以在一定的水深范围内监测水的流速进而向升降系统9发送升降信号，避免了因为监测装置较少导致的不能及时将发电元13调整到最合适位置的问题。位于水下固定装置4前也避免了用于固定的钢管对于监测准确度的影响。水下固定装置4用钢管套合结构，分立桥洞14两侧，通过桥洞14下底面的方孔可跟随发电元13进入水下，其包含三个接口，分别是钢管与桥洞14，钢管与钢管以及钢管与保护外壳1303，它们均可限制所连接得结构的运动维度。钢管结构本身造价便宜，而强度也较高。

优选的，本发明采用承重桥1为基座，可以广泛实施在河水溪流较深的地方。

优选的，本发明采用承重杆a10和承重杆b11结构，可以用固定绳索16暂时固定发电元13，对磨损较大的牵引绳索901进行更换，维修人员只需要在桥面上操作，方便快捷；大型维修时也可以使用柱形挡板3将发电元13收纳在发电元保护外壳7内，维修人员可以进入发电元保护外壳7进行更换。

优选的，所述发电元升降系统9固定在发电元保护外壳7内部，所述发电元保护外壳7的下半部分位于桥洞14内，节省了桥面空间，便于行人通行。

优选的，所述发电元13包含发电元承重结构1301，发电元承重结构1301减少了发电机1305的保护外壳1303的承重情况，延长了保护外壳1303以及发电机1305的使用寿命。

优选的，所述发电元升降装置9受到流量监测装置6产生的信号的控制，可以保证发电机1305在水头最大处工作，增大发电效率；所述发电元升降装置9升降发电元13使用的是钢制绳索，造价便宜，强度大，可以频繁更换，保证了系统的使用寿命。

优选的，所述承重桥1的桥台为阶梯形，且和桥洞14下底面平齐的桥台阶梯存在金属柱形挡板3；所述金属柱形挡板3用螺栓固定装置2固定在阶梯上，节省了桥台空间。

优选的，所述承重桥1桥面下有桥洞14，桥洞14的下底面存在大小不同的方孔12，保证水下固定装置4以及发电元13的正常工作的同时，也方便了维修。

优选的，所述水下固定装置4中的大钢管40102一端为球端40101被包在桥洞下底面的四分之一球结构中，另一端为逐渐缩小的半球形；所述水下固定装置4的小钢管40202从所述半球形中伸出，小钢管40202两端均为球形，一端为略小于钢管40202直径的球体40201，另一端为被包在发电组保护外壳7的侧面的球体40203。

附图说明

图1为本发明一种桥梁悬挂式涡轮水力发电基站的总体结构图；

图2为本发明一种桥梁悬挂式涡轮水力发电基站的系统总体结构的仰视图；

图3为本发明一种桥梁悬挂式涡轮水力发电基站的发电元升降系统的俯视图；

图4为本发明一种桥梁悬挂式涡轮水力发电基站的发电元与发电元升降系统的连接图；

图5为本发明一种桥梁悬挂式涡轮水力发电基站的固定装置的剖视图；

图6为本发明一种桥梁悬挂式涡轮水力发电基站的固定装置的仰视图；

图7为本发明一种桥梁悬挂式涡轮水力发电基站的柱形挡板的剖视图；

图8为本发明一种桥梁悬挂式涡轮水力发电基站的柱形挡板的螺钉结构剖视图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

如图1所示，承重桥1建在河岸两侧，承重桥1的桥台为阶梯形，桥台台阶的某一层存在柱形挡板3，柱形挡板3由螺栓固定装置2固定在桥台上，水下固定装置4安装在桥洞14内，另一端与保护外壳1303相连，桥洞14内的承重柱5安装在水下固定装置4的两侧，流量监测装置6固定在发电机保护外壳1303侧面同时位于水下固定装置4前，发电元保护外壳7上半部分在桥面以上，下半部分在桥面以下，发电元保护外壳7的上面为可翻盖8，发电元升降装置9的承重杆a10，承重杆b11与电动机901安装在发电元保护外壳7内部的上部，当只需要更换磨损的牵引绳索902时，即可将承重杆a10，承重杆b11的四根固定绳索16勾上发电元承重结构1301再更换牵引绳索902，方便操作。电动机901通过牵引绳索902与发电元承重结构1301相连，控制发电元13起落，方孔1201、1203，1202分别供水下固定装置4和发电元13升降活动。

如图2所示，水下固定装置4通过方孔1201、1203跟随发电元13运动，流量监测装置6位于水下固定装置4的前面，发电元13通过方孔1202进入河水中以及回收到发电元保护外壳7内，发电机保护外壳1303分别固定在发电元承重结构1301两侧，格网1304固定在发电元承重结构1301前。

如图3所示，发电元保护外壳7位于桥面上，电动机901在接收到流量监测装置6或工作人员信号后将发电元13放下升起，承重杆a10，承重杆b11通过固定绳索16在临时检修时固定发电元13。

如图4所示，发电机1305并未画出，实际工程中选用适当发电机1305即可，牵引绳索902与电线1501密封固定在一起，牵引绳索902起到承重牵引作用，电线1501通过发电元承重结构1301与发电机1305适当相连进而将电能输出到岸边的整流器中，完成电能传输的任务。

如图5所示，水下固定装置4的球体40101的直径略小于四分之一个球体403的半径，保证球体40101旋转自由，球体40101与大钢管40102接合而球体40201在发电元未被放下时与球体40101相切，球体40201位于大钢管40102的内部也略小于大钢管40102，小钢管40202与球体40201接合，40102的右端定义为40103，40103逐渐闭合至恰好与小钢管40202的直径相同，保证小钢管40202只能沿大钢管40102的方向运动，小钢管40202的右端接球体40203，球体40203的直径同样略小于四分之一个球体404的半径，而四分之一个球体404与发电机保护外壳1303接合。其中四分之一个球体403与四分之一个球体404在弧面上开有仅允许大钢管40102和小钢管40202通过的口，如图2所示，如此当发电元13被放下时，四分之一个球体404向下运动带动球体40203向下继而小钢管40202沿着40103所形成的口运动，而球体40101也会沿着四分之一个球体403上的开口上下旋转继而保证了发电元13只能上下运动而不能前后摆动，起到了固定的作用。

如图6所示，固定装置的仰视图可以清楚的看到上述关于图5的描述中四分之一个球体403的弧面的开口。

如图7所示，将螺栓固定装置2打开后可将柱形挡板3旋转180度再向桥洞14方向推，当两边的柱形挡板3都推进去后，即可将发电元承重结构1301暂时放置在两个柱形挡板3上，对设备进行较大的维修。

如图8所示为螺栓固定装置2剖面图。

Claims (9)

1.一种桥梁悬挂式涡轮水力发电基站，其特征在于：包括承重桥(1)，螺栓固定装置(2)，柱形挡板(3)，水下固定装置(4)，承重柱(5)，流量监测装置(6)，发电元保护外壳(7)，可翻盖(8)，发电元升降装置(9)，承重杆a(10)，承重杆b(11)，方孔(12)，发电元(13)，桥洞(14)，电能收集装置(15)，固定绳索(16)；所述螺栓固定装置(2)包含螺孔(201)，螺钉(202)；所述发电元(13)包含承重结构(1301)，涡轮叶片(1302)，发电机保护外壳(1303)，格网(1304)；所述水下固定装置(4)包含安装在桥洞(14)内的左固定结构(403)，第一钢管结构(401)，第二钢管结构(402)，固定在发电机保护外壳(1303)的右固定结构(404)；所述第一钢管结构包含球体(40101)，钢管(40102)，限制结构(40103)；所述第二钢管结构包含球体(40201)，钢管(40202)，球体(40203)；所述发电元升降装置(9)包含电动机(901)，牵引绳索(902)；所述方孔(12)包含右方孔(1201)，中间方孔(1202)，左方孔(1203)；所述承重桥(1)修建在河面上，柱形挡板(3)被螺栓固定装置(2)固定在承重桥(1)的桥台上，发电元保护外壳(7)固定在桥面中央，发电元升降装置(9)固定在发电元保护外壳(7)内部的上方，水下固定装置(4)一端固定在桥洞(14)内，一端固定在发电机保护外壳(1303)侧面，电能收集装置(15)镶嵌在桥台内，电能收集装置(15)的电线(1501)与发电元升降装置的牵引绳索(902)并接在一起。

2.根据权利要求1所述的一种桥梁悬挂式涡轮水力发电基站，其特征在于：所述承重桥(1)的桥面下存在桥洞(14)；所述桥洞(14)内修筑承重柱(5)；所述承重桥(1)的桥台为阶梯形；与桥洞(14)的下底面齐平的桥台用螺栓固定装置(2)固定有金属柱形挡板(3)；所述桥洞(14)的下底面开有方孔(12)其中方孔(1203)与方孔(1201)的开口范围小于水下固定装置(4)的宽度，方孔(1202)的开口范围大于发电元(13)的宽度。

3.根据权利要求1所述的一种桥梁悬挂式涡轮水力发电基站，其特征在于：所述发电元保护外壳(7)为立方体形空壳，与发电元(13)外形相近并且预留了一定的空间，发电元保护外壳(7)上半部位于承重桥(1)桥面上，下半部位于桥洞(14)中，立方体底面为开口，为发电元(13)的下降预留空间。

4.根据权利要求1所述的一种桥梁悬挂式涡轮水力发电基站，其特征在于：所述发电元升降装置(9)包含承重杆a(10)、承重杆b(11)，固定绳索(16)，牵引绳索(902)和电动机(901)；所述电动机(901)与发电元(13)的承重结构(1301)通过牵引绳索(902)相连；承重杆a(10)，承重杆b(11)通过固定绳索(16)与发电元(13)相连；所述两根承重杆a(10)、承重杆b(11)分立于电动机(901)两侧。

5.根据权利要求1所述的一种桥梁悬挂式涡轮水力发电基站，其特征在于：所述的发电元(13)包含实心承重结构(1301)、涡轮叶片(1302)、保护外壳(1303)格网(1304)和发电机(1305)；实心承重结构(1301)通过牵引绳索(902)与电动机(901)相连；发电机保护外壳(1303)固定在承重结构(1301)两侧；电动机(901)保存在发电机保护外壳(1303)内，并与电线(1501)相连；所述实心结构(1301)的迎水面固定有一格网(1304)。

6.根据权利要求1所述的一种桥梁悬挂式涡轮水力发电基站，其特征在于：所述的流量监测装置(6)，固定在两侧发电机保护外壳(1303)上；所述流量监测装置(6)成排的安装在发电机保护外壳(1303)两侧，即位于水下固定装置(4)与格网(1304)之间。

7.根据权利要求1所述的一种桥梁悬挂式涡轮水力发电基站，其特征在于：所述的水下固定装置(4)的一端固定在桥洞(14)内，另一端与发电机保护外壳(1303)的侧面相连；其为嵌套钢管结构只能在竖直平面内伸缩运动；所述嵌套钢管结构包含两节正常长度钢管(40102)、(40202)。

8.根据权利要求1所述的一种桥梁悬挂式涡轮水力发电基站，其特征在于：所述的电能收集装置(15)包含与牵引绳索(902)固定在一起的部分以及镶嵌在桥内的电线(1501)。

9.根据权利要求1所述的一种桥梁悬挂式涡轮水力发电基站，其特征在于：所述承重桥(1)修建在河面上，柱形挡板(3)被螺栓(202)固定在承重桥(1)的桥台上的螺孔(201)中，发电元保护外壳(7)为一个整体，其下半部焊接在桥洞下底面，上半部露出桥面中央，发电元升降装置(9)固定在发电元保护外壳(7)内部的上方，水下固定装置(4)一端焊接在桥洞(14)内，一端焊接在发电机保护外壳(1303)侧面，电能收集装置(15)镶嵌在桥台内，电能收集装置(15)的电线(1501)与发电元升降装置的牵引绳索(902)并接在一起，电动机(901)缠绕着牵引绳索(902)勾连发电元(13)，承重杆a(10)，承重杆b(11)焊接在发电元保护外壳(7)内部，位于电动机(901)上方。

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