CN113757024A - 一种小、微水流恒压水力发电站 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种小、微水流恒压水力发电站，包括发电机、水塔和水轮机组，水塔顶部设置进水孔，水塔底部设置有出水孔，水塔内设置有水位控制阀，水位控制阀能够根据水塔内水位的高度打开或者关闭进水孔；水轮机组包括壳体和转动轴，所述转动轴转动设置于壳体内，转动轴上连接有多块叶片，壳体上设置有第一进水孔和第一出水孔，第一进水孔通过第一进水管与出水孔连接，第一进水管上设置有水阀；转动轴与发电机的转轴连接；本发电站能够针对小型或者微型水流进行使用，由于可以建设成规模较小的水电站，因此建造成本低，建设周期短，而且不会受到太多地质条件的限制，由于对水流的流速和流量要求不高，因此受天气的影响较小。

Description

一种小、微水流恒压水力发电站
技术领域
本发明涉及发电站技术领域，具体涉及一种小、微水流恒压水力发电站。
背景技术
目前国内外小、微水流恒压水力发电设备普遍使用冲击式水轮发动机，冲击式同比其他水轮模式优势明显，其结构简单，水力利用率高，建造成本及维护成本低等优点。大中小型水电站规模建设一般多用途，集发电、饮用、灌溉、防洪一体。
我国南北水资源不平衡，南多雨，北干旱少水，地域缺点明显，符合满足以上条件的河流少，建站水电站时需要先考察筛选河流，统计一年甚至几年水流量，枯水期、丰水期流量及天数等，流量是否满足水力发电要求，地质条件是否适合建造大坝等，对于小型、微型水流无法进行应用。
地质条件限制明显，对于水源丰富，但是地质疏松，地质灾害频发的地域，也不适合建造水电站。
地质缺点解决后再设计确定发电功率，根据设计库容再满足库容，地理适合建造打崩修建引流涵道，人为制造高度落差，安装水轮发电机组，利用水流落差产生冲击力带动水轮发电机组工作转化为电能，库容补充只能靠季节性天气雨水补充库容来维持水力发电机运转，季节、天气环境等限制了水力发电效率。
并网发电后通过配套设施高压或特高压升压站升压经高压输送线路给用电地区变压器降压，如果输送给用电地区距离远，输送线路中间还要建设补偿升压站，补偿输送线路中产生的损耗，使用电地区电压器输入端电压达到设计额定电压，用电地区变压器通过降压把电压降压到设计额定电压输送给终端用户变压器，降压到交流380V和220V用户用电设施所需要的交流电压，建造成本高、建设周期长。
综上，目前的小、微水流恒压水力发电设备具有以下问题：1、无法对小型、微型水流进行发电利用；2、由于地质限制，水流合适的地方可能无法建库；3、受季节天气影响较大；4、建造成本高；5、建设周期长。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种小、微水流恒压水力发电站，以解决上述技术问题。
一种小、微水流恒压水力发电站，包括发电机、水塔和水轮机组，水塔顶部设置进水孔，水塔底部设置有出水孔，水塔内设置有水位控制阀，水位控制阀能够根据水塔内水位的高度打开或者关闭进水孔，进水孔的孔径大于或者等于出水孔的孔径；
水轮机组包括壳体和转动轴，所述转动轴转动设置于壳体内，转动轴上连接有多块叶片，多块叶片绕转动轴的周向设置，壳体上设置有第一进水孔和第一出水孔，第一进水孔通过第一进水管与出水孔连接，第一进水管上设置有水阀，第一出水孔的孔径大于或者等于出水孔的孔径；
转动轴与发电机的转轴连接，从第一进水孔进入的水流能够冲击叶片旋转进而带动转动轴旋转，进而带动发电机的转轴转动。
优选地，所述第一出水孔上连接有出水管，出水管上设置有节流水阀。
优选地，所述发电机的转轴上连接有铜盘，所述转动轴的两端分别穿过壳体的前壁和后壁，转动轴与壳体的前壁和后壁均滑动密封连接，转动轴的前端连接有磁盘，磁盘和铜盘相对设置，磁盘位于壳体外部，第一进水孔位于壳体的左上部，第一出水孔位于壳体的右下部，转动轴上套设有弹簧，壳体的前内壁设置有环形凹槽，环形凹槽与转动轴同轴设置，滑块滑动设置在环形凹槽内，弹簧的前端与滑块连接，弹簧的后端与转动轴连接，弹簧的后端与转动轴连接，弹簧位于叶片的前侧，叶片位于第一进水孔下方且处于水平状态时，叶片的顶壁从前侧指向后侧的方向整体向上倾斜。
优选地，所述转动轴的后端连接有阻挡块，阻挡块与壳体后外壁之间的距离小于磁盘与铜盘之间的距离。
优选地，进水孔的孔径大于出水孔的孔径，第一出水孔的孔径大于出水孔的孔径。
优选地，多块叶片绕转动轴的周向均匀分布。
优选地，所述进水孔处连接有进水管。
优选地，所述水塔通过多根承重柱进行固定。
本发明的有益效果体现在：本技术方案中设置水塔、水轮机组和发电机，使用水塔利用水流自重蓄能后冲击水轮机组内的叶片转动，进而带动发电机的转轴转动实现稳定的发电，利用水塔进行蓄能，因此能够针对小型或者微型水流进行使用，由于可以建设成规模较小的水电站，因此建造成本低，建设周期短，而且不会受到太多地质条件的限制，由于对水流的流速和流量要求不高，因此受天气的影响较小。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明的主视剖面图；
图2为本发明中水轮机组与发电机的爆炸结构示意图。
附图中，1-发电机，2-承重柱，3-水塔，4-进水管，5-水位控制阀，6-水阀，7-水轮机组，8-节流水阀，9-出水管，10-转动轴，11-叶片，12-第一进水管，13-壳体，14-铜盘，15-磁盘，16-弹簧。
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。
实施例
如图1-图2所示，本实施例中提供了一种小、微水流恒压水力发电站，包括发电机1、水塔3和水轮机组7，水塔3顶部设置进水孔，水塔3底部设置有出水孔，水塔3内设置有水位控制阀5，水位控制阀5能够根据水塔3内水位的高度打开或者关闭进水孔，进水孔的孔径大于或者等于出水孔的孔径；
水轮机组7包括壳体13和转动轴10，所述转动轴10转动设置于壳体13内，转动轴10上连接有多块叶片11，多块叶片11绕转动轴10的周向设置，壳体13上设置有第一进水孔和第一出水孔，第一进水孔通过第一进水管12与出水孔连接，第一进水管12上设置有水阀6，第一出水孔的孔径大于或者等于出水孔的孔径；
转动轴10与发电机1的转轴连接，从第一进水孔进入的水流能够冲击叶片11旋转进而带动转动轴10旋转，进而带动发电机1的转轴转动。
具体使用的时候，首先调查小型、微型水流枯水和丰水季节水流量，计算好水塔3的库容及发电功率等数据，根据地形选择好位置，在河流旁地质安全的地方，开始建造水塔3等基础设施，水塔等基础设施建设好后，在上游距离河流不远处建造一个集水处，集水处不破坏河道，安装管道将集水处与水塔3的进水孔连接，将水流引入水塔3内，当水流在水塔3内到达设定的上限水位后，此时水位控制阀5将进水孔封闭，进入集水处的水能够正常流入其下游河道；发电时，打开水阀6，水流进入水轮机组7内冲击叶片11，带动转动轴10旋转进而带动发电机1的转轴旋转实现发电，待电流稳定后，发电机1再将电流输送给用电设施，水塔3内的水位下降到设定的下限水位时，水位控制阀5打开进水孔补水，直到水塔3内的水位到达设定的上限水位时关闭，这样将水塔3内的水位控制在设定的上限水位和设定的下限水位之间，使用水塔3利用水流自重蓄能，这里将设定的下限水位时底部的水压为发电水压，由于水位控制在设定的上限水位和设定的下限水位之间，保持水压始终在设定的最低值以上，实现稳定的发电，本装置先利用水塔3进行蓄能，因此能够针对小型或者微型水流进行使用，由于可以建设成规模较小的水电站，因此建造成本低，建设周期短，而且不会受到太多地质条件的限制，由于对水流的流速和流量要求不高，因此受天气的影响较小，在一些电力缺乏的地区，修建之后可以用于生活，烧水，炒菜，煮饭等，经济实惠，使用方便，减少污染排放。
本实施例中水位控制阀5采用现有技术，可以是机械式浮球阀，也可以是电子式水位控制阀，在此不做多余赘述。
本实施例中进水孔的孔径大于或者等于出水孔的孔径，其作用是保证水位控制阀5打开时，水塔3内的水位上升或者至少不会下降，这样保证水塔3的水压始终在设定的最低值以上。
本实施例中第一出水孔的孔径大于或者等于出水孔的孔径，保证进入壳体13内的水能够全部排出。
本实施例中所述第一出水孔上连接有出水管9，出水管9上设置有节流水阀8。调控节流水阀8的开启度能够控制转动轴10的转速，进而匹配不同功率和转速的发电机1。具体工作过程如下，当节流水阀8完全开启时，此时进入壳体13内的水能够全部排出，这时叶片11不会受到水的阻力，叶片11的转速最大，当需要降低叶片11的转速时，此时首先控制节流水阀8的开启度小于水阀6的开启度，这时水流会在壳体13内积累储水，壳体13内储水到达一定量后，调节节流水阀8和水阀6的开启度一致，保持壳体13内的水量恒定，此时由于叶片11与壳体13内的水接触，水对叶片11的运动产生阻力，这样降低叶片11的转速，通过节流水阀8调整开启度，实现叶片11的转速调整，使得装置能够针对不同转速不同功率的发电机1进行使用，转速调整固定后，根据转速留一定余量选择对应的发电机。
本实施例中所述发电机1的转轴上连接有铜盘14，所述转动轴10的两端分别穿过壳体13的前壁和后壁，转动轴10与壳体13的前壁和后壁均滑动密封连接，转动轴10的前端连接有磁盘15，磁盘15和铜盘14相对设置，磁盘15位于壳体13外部，第一进水孔位于壳体13的左上部，第一出水孔位于壳体13的右下部，转动轴10上套设有弹簧16，壳体13的前内壁设置有环形凹槽，环形凹槽与转动轴10同轴设置，滑块滑动设置在环形凹槽内，弹簧16的前端与滑块连接，弹簧16的后端与转动轴10连接，弹簧16位于叶片11的前侧，叶片11位于第一进水孔下方且处于水平状态时，叶片11的顶壁从前侧指向后侧的方向整体向上倾斜。
水力发电的过程中，水流的速度对叶片11冲击会造成影响，水流的速度越快，则冲击力越强，叶片11的旋转速度更快，发电机发电量更大，但是发电机的功率和转速都有限定值，当设定好了稳定值后，转速过快，则会造成发电机的损耗过多，并且产生的电压大，也会造成用电设备的老化，减短仪器用电设备的寿命，转速过慢影响发电机的效率，导致供电不足，并且在对供电设备的供电过程中，需要维护电压的稳定，否则用电设备极易损坏，例如灯泡烧坏等。
传统的转动轴10与发电机1转轴的连接，无法降低水流速度拨动造成的电压波动，本实施例中在发电机1的转轴上连接铜盘，在转动轴10上连接磁盘，并且设置转动轴10能够前后运动，转动轴10上套设弹簧16，弹簧16的前端与壳体13的前内壁连接，弹簧16的后端与转动轴10连接，弹簧16位于叶片11的前侧，叶片11位于第一进水孔下方且处于水平状态时，叶片11的顶壁从前侧指向后侧的方向整体向上倾斜。
使用时，初始状态，弹簧16处于自然伸展状态，发电时，假设一个水流流速恒定值，此时水流对叶片11的冲击力恒定，水流对叶片11还有向后侧的推力，直到弹簧16的回复力与水流推力平衡时，则转动轴10不会前后运动，且转动轴10的转速恒定，此时磁盘15与铜盘14的距离相同，转动轴10转动，磁盘15转动驱动铜盘14转动进行发电。
磁盘15转动对铜盘14转动的驱动过程中，磁盘15的转速越快，则铜盘14的转速越快；磁盘15与铜盘14的距离越近，则铜盘14的转速越快。
在真实的环境中，水流的流速不可能恒定，会存在波动，当水流的流速过快时，则水流对叶片11的冲击力更强，叶片11的转速更快，磁盘15的转速增加，此时叶片11带动转动轴10和磁盘15向后侧运动，这样使用磁盘15和铜盘14的距离增加，抵抗磁盘15增快的转速，保证发电机1的转速稳定；
同理，当水流流速过慢时，则水流对叶片11的冲击力降低，叶片11的转速变慢，磁盘15的转速变慢，此时由于弹簧16的弹性回复力，叶片11向前侧运动，磁盘15与铜盘14之间的距离减小，抵抗磁盘15降低的转速，保证发电机1的转速稳定。
如此在转动轴10和发电机1的转轴之间采用新的连接方式，并通过弹簧16等各组件的配合，能够降低水流流速对发电电压造成的不稳定性，使得发电机1发出的电压更加稳定。
转动轴10上套设有弹簧16，壳体13的前内壁设置有环形凹槽，环形凹槽与转动轴10同轴设置，滑块滑动设置在环形凹槽内，弹簧16的前端与滑块连接，弹簧16的后端与转动轴10连接的作用时保证弹簧16与转动轴10的同步转动，同时又要对转动轴10产生前后方向的拉力。
本实施例中所述转动轴10的后端连接有阻挡块，阻挡块与壳体13后外壁之间的距离小于磁盘15与铜盘14之间的距离。本实施例中设置阻挡块控制磁盘15与铜盘14之间的最小距离。
本实施例中进水孔的孔径大于出水孔的孔径，第一出水孔的孔径大于出水孔的孔径。
本实施例中多块叶片11绕转动轴10的周向均匀分布。
本实施例中所述进水孔处连接有进水管4。
本实施例中所述水塔3通过多根承重柱2进行固定。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (8)

1.一种小、微水流恒压水力发电站，其特征在于，包括发电机(1)、水塔(3)和水轮机组(7)，水塔(3)顶部设置进水孔，水塔(3)底部设置有出水孔，水塔(3)内设置有水位控制阀(5)，水位控制阀(5)能够根据水塔(3)内水位的高度打开或者关闭进水孔，进水孔的孔径大于或者等于出水孔的孔径；
水轮机组(7)包括壳体(13)和转动轴(10)，所述转动轴(10)转动设置于壳体(13)内，转动轴(10)上连接有多块叶片(11)，多块叶片(11)绕转动轴(10)的周向设置，壳体(13)上设置有第一进水孔和第一出水孔，第一进水孔通过第一进水管(12)与出水孔连接，第一进水管(12)上设置有水阀(6)，第一出水孔的孔径大于或者等于出水孔的孔径；
转动轴(10)与发电机(1)的转轴连接，从第一进水孔进入的水流能够冲击叶片(11)旋转进而带动转动轴(10)旋转，进而带动发电机(1)的转轴转动。
2.根据权利要求1所述的一种小、微水流恒压水力发电站，其特征在于，所述第一出水孔上连接有出水管(9)，出水管(9)上设置有节流水阀(8)。
3.根据权利要求1所述的一种小、微水流恒压水力发电站，其特征在于，所述发电机(1)的转轴上连接有铜盘(14)，所述转动轴(10)的两端分别穿过壳体(13)的前壁和后壁，转动轴(10)与壳体(13)的前壁和后壁均滑动密封连接，转动轴(10)的前端连接有磁盘(15)，磁盘(15)和铜盘(14)相对设置，磁盘(15)位于壳体(13)外部，第一进水孔位于壳体(13)的左上部，第一出水孔位于壳体(13)的右下部，转动轴(10)上套设有弹簧(16)，壳体(13)的前内壁设置有环形凹槽，环形凹槽与转动轴(10)同轴设置，滑块滑动设置在环形凹槽内，弹簧(16)的前端与滑块连接，弹簧(16)的后端与转动轴(10)连接，弹簧(16)位于叶片(11)的前侧，叶片(11)位于第一进水孔下方且处于水平状态时，叶片(11)的顶壁从前侧指向后侧的方向整体向上倾斜。
4.根据权利要求1所述的一种小、微水流恒压水力发电站，其特征在于，所述转动轴(10)的后端连接有阻挡块，阻挡块与壳体(13)后外壁之间的距离小于磁盘(15)与铜盘(14)之间的距离。
5.根据权利要求1所述的一种小、微水流恒压水力发电站，其特征在于，进水孔的孔径大于出水孔的孔径，第一出水孔的孔径大于出水孔的孔径。
6.根据权利要求1所述的一种小、微水流恒压水力发电站，其特征在于，多块叶片(11)绕转动轴(10)的周向均匀分布。
7.根据权利要求1所述的一种小、微水流恒压水力发电站，其特征在于，所述进水孔处连接有进水管(4)。
8.根据权利要求1所述的一种小、微水流恒压水力发电站，其特征在于，所述水塔(3)通过多根承重柱(2)进行固定。
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