CN114412689B - 长转轴水力发电系统 - Google Patents

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Abstract

长转轴水力发电系统，包括基座、外壳、中心转轴、发电机、若干个分段加速机体单元；外壳设在基座上，外壳的顶端为进水口，底端为出水口；中心转轴设于外壳的中心部，其顶部连接发电机；中心转轴上等距固定安装有分段加速机体单元；分段加速机体单元包括单向飞轮组件、外螺旋叶体和自动啮合齿轮，单向飞轮组件套接于中心转轴上，自动啮合齿轮设于单向飞轮组件与外螺旋叶体之间，外螺旋叶体包括外圆体和连接在外圆体上的旋转叶片，外圆体的内周设有与自动啮合齿轮适配的内齿；外壳呈圆锥形状，自动啮合齿轮和外螺旋叶体的尺寸随外壳的尺寸逐渐减小。充分利用水流动能和重力势能，发电效率高，可灵活设置中心转轴的长度及分段加速机体的个数。

Description

长转轴水力发电系统
技术领域
本发明涉及水力发电领域，尤其涉及长转轴水力发电系统。
背景技术
传统水力发电机通常在河流上先建拦河坝，使河水从高处流向低处，带动水轮机发电。但是有很多河流的水流湍急，不宜建拦河坝，河水白白的流去，流水的动能没有被利用，浪费了宝贵的水力资源。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供长转轴水力发电系统，充分利用水流的冲击力和自身重力，将水流动能、重力势能转化为机械能，再由机械能转化为电能。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
长转轴水力发电系统，包括基座、外壳、中心转轴、发电机、若干个分段加速机体单元；
所述外壳设在基座上，外壳的顶端为进水口，外壳的底端为出水口；
所述中心转轴设于外壳的中心部，中心转轴的顶部连接发电机；
所述中心转轴上等距固定安装有所述若干个分段加速机体单元；
所述分段加速机体单元包括单向飞轮组件、外螺旋叶体和自动啮合齿轮，所述单向飞轮组件套接于中心转轴上，所述自动啮合齿轮设于单向飞轮组件与外螺旋叶体之间，所述外螺旋叶体包括外圆体和连接在外圆体上的旋转叶片，所述外圆体的内周设有与自动啮合齿轮适配的内齿；
所述外壳呈圆锥形状，从上至下直径逐渐变小，相应地，所述自动啮合齿轮和外螺旋叶体的尺寸随外壳的尺寸逐渐减小。
所述单向飞轮组件包括单向飞轮、弹簧传递杆和内加速齿轮，所述单向飞轮的外周设有供弹簧传递杆一端嵌入的凹齿，所述内加速齿轮的内周设有供弹簧传递杆的另一端顶抵的内齿，内加速齿轮的外周设有与自动啮合齿轮适配的外齿。
本发明还包括若干固定支架，所述固定支架包括支杆和托盘，所述支杆的一端与外壳的内壁固定连接，支杆的另一端与托盘连接，所述托盘的中央为空心结构用于安装中心转轴，所述托盘的上方用于支撑分段加速机体单元。
所述中心转轴设有多段，相邻的中心转轴之间通过连接套筒连接，所述连接套筒套设于上段中心转轴和下段中心转轴的连接处，并通过螺栓将连接套筒和中心转轴固定连接。
所述中心转轴的底部通过滚轴连接在固定支架或者基座上。
所述自动啮合齿轮设有若干个，均匀分布于单向飞轮组件与外螺旋叶体之间。
所述自动啮合齿轮的个数与弹簧传递杆的个数和位置相对应设置。
所述旋转叶片设有若干个，呈旋向一致的螺旋状设置。
相对于现有技术，本发明技术方案取得的有益效果是：
本发明充分利用水流动能和水流重力势能，区别于传统水轮发电机，不是一次发电，而是多重叠发电体的组合，发电效率高。
本发明可以设置在具有水位落差较小的水域也可在落差较大的水域，可以根据河流宽度、瀑布高度等灵活设置中心转轴的长度以及分段加速机体单元的个数；同时可排列组合成大型发电站，适用范围广。
本发明特别适合利用大海潮汐发电，大海潮汐的涨落高差近4米，同时海水的体量特别大，本发明可充分利用大海的重力势能转化为电能。
本发明结构安装简单，实用性高。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为分段加速机体单元的结构示意图之一；
图3为分段加速机体单元的结构示意图之二；
图4为相邻中心转轴的连接结构示意图。
附图标记：基座1，外壳2，中心转轴3，固定支架4，发电机5，分段加速机体单元6，外圆体61，旋转叶片62，自动啮合齿轮63，内加速齿轮64，弹簧传递杆65，单向飞轮66，连接套筒31，螺栓32。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明做进一步详细说明。
如图1～3所示，本实施例长转轴水力发电系统，包括发电机组的外部支架或者承台、基座1、外壳2、中心转轴3、发电机5、若干个分段加速机体单元6、若干个固定支架4。
所述外部支架或者承台，其构造做法可由钢筋砼或者钢构制作。由单个或者多个承台组合的发电机组构成发电站。
所述外壳2设在基座1上，固定在外部支架或者承台内，外壳2的顶端为进水口，外壳2的底端为出水口；外壳2呈圆锥状，从上至下直径逐渐变小；外壳2的内壁分段采用螺栓连接安装有分段加速机体单元6的固定支架4。
所述固定支架4包括支杆和托盘，所述支杆的一端与外壳2的内壁通过螺栓固定连接，支杆的另一端与托盘连接，所述托盘的中央为空心结构用于安装中心转轴3，所述托盘的上方用于支撑分段加速机体单元6。固定支架4的构件整体细小而刚韧性好，尽量减少水流的阻力。
所述中心转轴3设于外壳2的中心部，中心转轴3的顶部连接发电机5，所述中心转轴3上等距固定安装有所述若干个分段加速机体单元6。
所述分段加速机体单元6包括单向飞轮组件、外螺旋叶体和自动啮合齿轮63，所述外螺旋叶体包括外圆体61和连接在外圆体61上的旋转叶片62，所述单向飞轮组件包括单向飞轮66、弹簧传递杆65和内加速齿轮64；
所述单向飞轮66套接于中心转轴3上，单向飞轮66的外周设有供弹簧传递杆65一端嵌入的凹齿，所述内加速齿轮64的内周设有供弹簧传递杆65的另一端顶抵的内齿，内加速齿轮64的外周设有与自动啮合齿轮63适配的外齿；所述自动啮合齿轮63设于内加速齿轮64与外圆体61之间，主要起着传递旋转作用；所述外圆体61的内周设有与自动啮合齿轮63适配的内齿。
由于外壳2呈圆锥形状，从上至下直径逐渐变小，相应地，所述自动啮合齿轮63和外螺旋叶体的尺寸随外壳2的尺寸逐渐减小。
本实施例中，所述自动啮合齿轮63设有6个，均匀分布于内加速齿轮64与外圆体61之间。所述自动啮合齿轮63的个数与弹簧传递杆65的个数和位置相对应设置。所述旋转叶片62设有6个，呈旋向一致的螺旋状设置。
其中，流水由高处往低处流动，带动分段加速机体单元6的旋转叶片62旋转，旋转叶片62旋转带动外圆体61旋转，外圆体61的内齿带动6个自动啮合齿轮63旋转，6个自动啮合齿轮63通过单向飞轮组件带动垂直且同心的中心转轴3；由中心转轴3旋转带动发电机5发电。具体地，自动啮合齿轮63旋转通过弹簧传递杆65带动单向飞轮66旋转，再由单向飞轮66带动中心转轴3旋转。当其产生的转速大于中心转轴3转速时，弹簧传递杆65弹起单向飞轮66动作相应加速中心转轴3旋转；当其产生的转速小于中心转轴3转速时，弹簧传递杆65不弹起单向飞轮66不动作相应不对中心转轴3旋转加速。中心转轴3是发电转轴，由分段加速机体单元6按照不同转速对中心转轴3单向加速。
以下为本实施例的使用方法：
本发明整体结构可安装在有水位落差大于2.0米以上的坝体上，也可直接用钢构安装在水位落差处。水路从进水口A进入外壳2后落下，通过外螺旋叶体转动带动中心转轴3旋转，中心转轴3旋转带动发电机5发电。其间由于水流速度上慢下快，由分段加速机体单元6分段对中心转轴3起加速作用，充分利用水的动能和势能。
以下给出本发明的工作原理：
本发明充分利用自然水资源自高处往下流动的动能和重力势能来发电，特别是重力势能；当水自上向下进入圆锥的外壳2内，由于重力自由落体运动，推动螺旋的旋转叶片旋转而带动转轴转动并发电；水自高向低处流时，流速由慢变快，采用分段旋转体，产生不同段叶片转速，再通过自动咬合加速装置对中心转轴加速且加大力矩；中心转轴带动发电机组，主要由最低段旋转叶轮通过加速装置对中心转轴旋转，其余上方旋转叶体仅为加速。加速主轴的旋转叶体在水重力及动能冲击下旋转，通过自动加速装置，自动啮合齿轮63过渡带动，再通过单向飞轮66带动中心转轴3加速旋转。由于水流速度上慢下快，若相同截面秒流量也会相应变化，故设计流水外壳2采用圆锥体，上大下小，分段旋转叶片62内的6个自动啮合齿轮63也是上大下小，再通过单向飞轮66的作用，这样虽然上层段旋转叶体水速度慢，但对单向飞轮66的作用速度上快下慢，这样对中心转轴起加速作用。同时使分段旋转叶片62也依圆锥内径全充满流水做旋转，避免圆锥体中间有阻碍水流的空气阻力。
本实施例以A1为主带转轴，V1为初速，其余V2～V7均为加速器，以V1为基准转速，仅单向加速，不可逆向产生阻力。通过加速器对主轴产生扭矩，由于从上到下外螺旋叶体内径由大变小，自动啮合齿轮63也由大变小，相应对主轴产生扭转速度由快到慢，这样抵消水流的速度慢快。当然也可经过专业精准计算确定A1～A7的外螺旋叶体内径和自动啮合齿轮63内径，以到达对中心转轴3的加速最佳效果，或者通过计算机芯片测定每段外螺旋叶体的转速，再微调对中心转轴3的精准加速作用。
当水位落差不大时(小于9.0米)中心转轴3可一根贯通，A1～A7的分段加速机体与中心转轴3连接采用串接。分次一层一层套接安装。当水位落差较大时(不小于9.0米)中心转轴3可与A1～A7的分段加速机体单元6采用分段串接。每段为完整的转体，中心转轴3再通过联轴器或者鲁班钉将中心转轴3相串接。
如图4所示，本实施例中所述中心转轴3设有多段，相邻的中心转轴3之间通过连接套筒31连接，所述连接套筒31套设于上段中心转轴3和下段中心转轴3的连接处，并通过螺栓32将连接套筒31和中心转轴3固定连接。具体地，所述中心转轴3的底部通过滚轴连接在固定支架或者基座上。基座依照高度可固定在水域的下游的柱础上，当中心转轴3与下游水位悬空较大时中心转轴3也可通过滚轴连接在固定支架上。

Claims (6)

1.长转轴水力发电系统，其特征在于：包括基座、外壳、中心转轴、发电机、若干个分段加速机体单元；
所述外壳设在基座上，外壳的顶端为进水口，外壳的底端为出水口；
所述中心转轴设于外壳的中心部，中心转轴的顶部连接发电机；
所述中心转轴上等距固定安装有所述若干个分段加速机体单元；
所述分段加速机体单元包括单向飞轮组件、外螺旋叶体和自动啮合齿轮，所述单向飞轮组件套接于中心转轴上，所述自动啮合齿轮设于单向飞轮组件与外螺旋叶体之间，所述外螺旋叶体包括外圆体和连接在外圆体上的旋转叶片，所述外圆体的内周设有与自动啮合齿轮适配的内齿，所述旋转叶片设有若干个，呈旋向一致的螺旋状设置；
所述外壳呈圆锥形状，从上至下直径逐渐变小，相应地，所述自动啮合齿轮和外螺旋叶体的尺寸随外壳的尺寸逐渐减小；
所述单向飞轮组件包括单向飞轮、弹簧传递杆和内加速齿轮，所述单向飞轮的外周设有供弹簧传递杆一端嵌入的凹齿，所述内加速齿轮的内周设有供弹簧传递杆的另一端顶抵的内齿，内加速齿轮的外周设有与自动啮合齿轮适配的外齿。
2.如权利要求1所述的长转轴水力发电系统，其特征在于：还包括若干固定支架，所述固定支架包括支杆和托盘，所述支杆的一端与外壳的内壁固定连接，支杆的另一端与托盘连接，所述托盘的中央为空心结构用于安装中心转轴，所述托盘的上方用于支撑分段加速机体单元。
3.如权利要求1所述的长转轴水力发电系统，其特征在于：所述中心转轴设有多段，相邻的中心转轴之间通过连接套筒连接，所述连接套筒套设于上段中心转轴和下段中心转轴的连接处，并通过螺栓将连接套筒和中心转轴固定连接。
4.如权利要求1所述的长转轴水力发电系统，其特征在于：所述中心转轴的底部通过滚轴连接在固定支架或者基座上。
5.如权利要求1所述的长转轴水力发电系统，其特征在于：所述自动啮合齿轮设有若干个，均匀分布于单向飞轮组件与外螺旋叶体之间。
6.如权利要求5所述的长转轴水力发电系统，其特征在于：所述自动啮合齿轮的个数与弹簧传递杆的个数和位置相对应设置。
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