CN114856889B - 一种势能发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种势能发电装置，包括供水单元、传动单元、发电单元；供水单元中水罐与水源连接，水罐的出水口设置于所述储水梁的上方，将水源的水注入到储水梁内，储水梁由水梁支架支撑；储水梁的下部两侧分别设有多个放水管；传送单元水桶包括至少一组水桶、至少一组滑轮组，一组水桶包括左侧水桶、右侧水桶；左侧水桶、右侧水桶分别与放水管对应；左侧水桶、右侧水桶通过滑轮组连接；水桶底部设置有排水机构；发电单元包括发电机，用于将传动单元生成的机械动能传递到发电机，从而驱动发电机发电。本发明利用水桶的自身重量，分别作为滑轮组两侧的一次性配重，自由下落从而产生势能，通过滑轮组将重力势能转化成机械动能进行发电。

Description

一种势能发电装置

技术领域

本发明涉及电力设备领域，尤其涉及一种势能发电装置。

背景技术

清洁电能除了核能发电、水力发电、海洋潮流潮汐发电、风力发电、太阳能光伏发电、生物能发电等各种各样的新方式、新形势，依然满足不了各地用电量。

发展水力发电，需要有足够的水量或流速，对于一些微小河流或溪流，只有较少的流量和较低的流速，还存在因雨季洪水，河流上涨，河床有大量的流沙、流石，其水力资源根本无法进行直接发电，甚至在用电单位附近无河流、溪流的情况，就更无法进行水力发电。

本发明提出了一种特别适合村庄、学校、养老院等小型用电单位，利用小流量的河流、溪流或者利用循环水，进行水力势能发电，而且还可利用其尾水再进行发一次或二次发电并结合风力发电、光伏发电的装置，二次尾水如果不用于本装置系统的循环水，则可用于农作物灌溉等应用。

发明内容

针对上述技术问题，本发明针提供了一种势能发电装置。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种势能发电装置，包括供水单元、多个传动单元、发电单元；

所述供水单元包括储水梁、水罐、水梁支架、水源，所述水罐与水源连接，所述水罐的出水口设置于所述储水梁的上方，将水源的水注入到所述储水梁内，所述储水梁由水梁支架支撑；储水梁的下部设有多个放水管，所述放水管上设置电磁阀；

所述传送单元包括至少一组水桶、一组滑轮组，所述一组水桶包括左侧水桶、右侧水桶；所述左侧水桶、右侧水桶分别与放水管对应；所述左侧水桶、右侧水桶通过滑轮组连接；所述水桶底部设置有排水机构；

所述发电单元包括发电机，用于将传动单元生成的机械动能传递到发电机，从而驱动发电机发电。

进一步地，水罐的材质包括但不限于碳钢、不锈钢、玻璃钢、碳纤维材质；所述水源包括但不限于河流、溪流的流水。

进一步地，所述传动单元包括一组水桶，其中，所述一组滑轮组包括：动滑轮、多个定滑轮、连接绳一、连接绳二；数个定滑轮分别为定滑轮一、定滑轮二、定滑轮三；定滑轮一上缠绕连接绳一与动滑轮传动连接，定滑轮二和定滑轮三通过连接绳二悬吊动滑轮，连接绳二的两个自由端分别与左侧水桶右侧水桶连接；其中，定滑轮二、定滑轮三分别固定安装在储水梁下方，定滑轮一通过安装座固定在基础上。

进一步地，传送单元包括多个左侧水桶或多个右侧水桶的两侧，分别焊接了固定杆，形成左侧水桶组和右侧水桶组。

进一步地，所述滑轮组包括：多组定滑轮组和通轴，所述定滑轮组包括定滑轮二、定滑轮三、通轴中间皮带轮，每一所述定滑轮组中定滑轮一上缠绕连接绳一与通轴中间皮带轮传动连接，定滑轮二和定滑轮三通过连接绳二悬吊通轴中间皮带轮，连接绳二的两个自由端分别与左侧水桶、右侧水桶连接；每组中的通轴中间皮带轮分别与通轴传动连接，所述通轴与通轴端头皮带轮传动连接，其中，定滑轮二、定滑轮三分别固定安装在储水梁下方，通轴中间皮带轮通过安装座固定在基础上。

进一步地，所述排水机构包括内法兰、泄水阀机构总成、密封圈；所述泄水阀机构总成包括泄水阀、多个圆钢列管和泄水阀顶盖，所述泄水阀顶盖设置于所述圆钢列管顶部；所述内法兰设置于水桶底部，所述泄水阀机构总成设置于所述内法兰内孔，所述泄水阀顶盖的直径大于所述内法兰内孔的直径；所述内法兰上设置有密封圈，所述密封圈与泄水阀顶盖抵接。

进一步地，所述左侧水桶、右侧水桶侧壁底部设置有桶体支架，所述泄水阀机构总成的高度大于所述桶体支架的高度。

更进一步地，所述发电单元还包括发电机皮带轮、发电机、三角皮带；

发电机皮带轮固定于发电机的输入轴，发电机皮带轮通过三角皮带与所述传动单元传动连接，从而带动发电机发电。

进一步地，基础下设成斜坡地面，斜坡地面高的一侧设有挡水墙，斜坡地面低的一侧设有汇水槽，汇水槽末端设有汇水槽调流闸板，将二次尾水汇聚到蓄水池。

更进一步地，所述蓄水池上设有水泵，给水管与所述水泵连接，通过给水管为水罐打水。

更进一步地，所述储水梁上平面还装有风力发电机组和光伏板，风力发电机组和光伏板分别与水泵电连接。

与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

将河流、溪流的自流水或者循环水，先蓄水再往水桶里间歇的自动灌水，利用水桶的自身重量，分别作为滑轮组两侧的一次性配重，自由下落从而产生势能，通过滑轮组将重力势能转化成机械动能进行发电，还可利用其尾水的流动势能，采用涡轮发电机再进行一次或两次发电并结合风力发电、光伏发电的装置系统。

附图说明

图1为本发明的主示意图；

图2为本发明的图1中B处放大示意图；

图3为本发明的多组滑轮组示意图；

图4为本发明的图3中A处放大示意图；

图5为本发明的多组滑轮组俯视示意图；

图6为本发明的水桶示意图；

图7为本发明的图6中C处放大示意图；

图8为本发明的水桶落地后泄水示意图；

图9为本发明的水桶落地后底部向上示意图。

在附图中，各标号所表示的部件名称列表如下：

1、储水横梁；2、水罐；3、水梁支架；4、右侧电磁阀；5-1、定滑轮二； 5-2、定滑轮三；5-4、定滑轮一；6、右侧放水管；7、左侧电磁阀；8、左侧放水管；9、皮带；10、左侧水桶；11、右侧拉绳；12、右侧水桶；13、挡水墙； 14、斜坡地面；15、基础；16、汇水槽；17、左侧拉绳；18、给水管；19、储水总梁；20、固定杆；21、通轴；22、轴承座；23、通轴端头皮带轮；24、发电机皮带轮；25、发电机；26、三角皮带；27、通轴中间皮带轮；28、挂钩； 29、流水槽；30、地基；31、涡轮发动机组；32、线卡子；33、泄水阀；34、圆钢列管；35、桶体支架；36、密封胶圈；37、泄水通道；38、内法兰；39、水桶壁；40、泄水阀顶盖；41、汇水槽调流闸板；42、蓄水池；43、水泵；44、风力发电机组；45、光伏板。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

参照图1、图2、图6、图7、图8、图9，一种势能发电装置，包括供水单元、传动单元、发电单元。

供水单元包括储水横梁1、水罐2、水梁支架3、水源，水罐2与水源连接，水罐2的出水口设置于储水梁的上方，将水源的水注入到所述储水横梁1内，储水横梁1由水梁支架3支撑架在空中；储水横梁1的下部两侧分别设有左侧放水管8、右侧放水管6，所述左侧放水管8、右侧放水管6上分别设置左侧电磁阀7和右侧电磁阀4，可定时间歇式分别为其对应的左侧水桶10和右侧水桶 12进行间歇定量放水，这其中水源可以是河流、溪流的流水，经给水管18流入水罐2；也可以是蓄水池42的二次尾水，经水泵43和给水管18，被提升到水罐2的循环水。

传动单元包括左侧水桶10、右侧水桶12、滑轮组；左侧水桶10与左侧放水管8对应，右侧水桶12与右侧放水管6对应；左侧水桶10、右侧水桶12通过滑轮组连接；所述左侧水桶10、右侧水桶12底部设置有排水机构。

其中，滑轮组包括动滑轮5-3、定滑轮一5-4、定滑轮二5-1、定滑轮三5-2、连接绳一、连接绳二；定滑轮一5-4上缠绕连接绳一与皮带轮23传动连接，定滑轮二5-1和定滑轮三5-2通过连接绳二悬吊动滑轮5-3，连接绳二的两个自由端分别与左侧水桶10、右侧水桶12连接分别为左侧拉绳17和右侧拉绳11；其中，定滑轮二5-1、定滑轮三5-2分别固定安装在储水梁下方，定滑轮一5-4通过安装座固定在基础15上。

在一些实施例中，动滑轮5-3与定滑轮三5-2通过皮带9连接，动滑轮5-3 绕过定滑轮二5-1与左侧水桶10之间通过左侧拉绳17连接，定滑轮三5-2与右侧水桶之间通过右侧拉绳11连接，具体的，左侧水桶10上的挂钩28与左侧拉绳17由线卡子32连接，穿过储水横梁1下面的定滑轮二5-1，再由线卡子 32皮带9连接，皮带9向下绕过动滑轮5-3，皮带9再向上由线卡子32与右侧拉绳11连接，绕过定滑轮三5-2，由挂钩28与右侧水桶12连接。

水桶底部设置有排水机构，排水机构包括内法兰38、泄水阀机构总成、密封圈36；泄水阀机构总成包括泄水阀33、多个圆钢列管34和泄水阀顶盖40，泄水阀顶盖40设置于所述圆钢列管34顶部；内法兰38设置于水桶底部，泄水阀机构总成33设置于内法兰38内孔，泄水阀顶盖40的直径大于内法兰38内孔的直径；内法兰38上设置有密封圈36，密封圈36与泄水阀顶盖40抵接。左侧水桶10、右侧水桶12侧壁底部设置有桶体支架35，泄水阀机构总成33的高度大于所述桶体支架35的高度。

发电单元包括发电机，用于将传动单元生成的机械动能传递到发电机25，从而驱动发电机25发电。具体的，发电单元还包括发电机皮带轮24、发电机 25、三角皮带26；动滑轮5-3通过三角皮带26驱动发电机皮带轮24，发电机皮带轮24固定于发电机25的输入轴，进而三角皮带26带动发电机皮带轮24 和发电机25进行间歇式正反转动。

基础15下为设成斜坡地面14，斜坡地面高的一侧设有挡水墙13，斜坡地面低的一面的地基30上设有汇水槽16，尾水汇聚到汇水槽16，汇水槽16也是有斜度的，使其流水的流速达到2～3m/s以上，汇水槽16末端设有汇水槽调流闸板41，以控制水量，再设有一组或两组小型涡轮发动机组31进行尾水水力发电，二次尾水再流进蓄水池42，蓄水池42上设有水泵43，可通过给水管18 为水罐2打水，进行循环使用。

由于左侧放水管8和右侧放水管6的规格一样，流量也较大，空的左侧水桶10或右侧水桶12升至顶部前的一瞬间，左侧电磁阀7或右侧电磁阀4立刻自动打开，左侧放水管8或右侧放水管6迅速开闸放水，受水的水桶迅速开始自由下落，在下落3～5s过程中即可灌满水桶，并自动关闭左侧电磁阀7或右侧电磁阀4，满水桶的自由下落速度为300～500mm/min，下落或上升的一个周期为30～60min；

左侧水桶10或右侧水桶12作为一次性的配重，通过滑轮组分别由左侧拉绳17或右侧拉绳11往复带动或拉动皮带9，从而带动滑轮5-3进行旋转运动；左侧水桶10或右侧水桶12分别即将落地前的一瞬间，水桶的泄水阀顶盖40 与密封胶圈36开启，水桶开始自动泄水(放水)；在水桶落地后，泄水阀33 与桶体支架35下平面呈水平状态，泄水阀顶盖40上升了120～150mm的高度，达到最大的开口距离，直到左侧水桶10或右侧水桶12再上升120～150mm的高度后，泄水阀顶盖40与密封胶圈36重新关闭，完成泄水，水桶泄水过程的时间一共为3～5s；

左侧水桶10和右侧水桶12的结构、大小、重量等均相同，泄水阀33下部高度大于桶体支架35的高度，左侧水桶10或右侧水桶12分别下落到水平的基础15上前的一瞬间，泄水阀33与桶体支架35下平面呈水平状态，泄水阀顶盖 40已经上升了120～150mm的距离，离开了密封胶圈36，使泄水阀顶盖40与密封胶圈36之间形成一个泄水通道37，而圆钢列管34之间形成了120～150mm 的缝隙，泄水阀33的直径也很大，因此，左侧水桶10或右侧水桶12分别即将落地前的一瞬间，水桶开始自动泄水(放水)，在水桶落地前到开始上升的3～ 5s过程中，水桶内的水全部泄空；

左侧水桶10或右侧水桶12作为一次性配重，间歇升降，一个上升时另一个就降落，落地的一个水桶同时将其作为配重的水全部泄出，上升的那个水桶就同时再次自动装水，下落过程的3～5s内装满水，作为配重继续向下降落，如此做循环往复运动；

动滑轮5-3带动三角皮带26，再通过三角皮带26带动发电机皮带轮24和发电机25是进行间歇式正反转动的，左侧水桶10或右侧水桶12每下落或上升一个周期，发电机25的转动方向就要变更一次，也就是发电机25会先左转30～ 60min(一个周期)，再开始右转30～60min(一个周期)，但不会影响发电的效果。

左侧水桶10或右侧水桶12采用水的重量，作为一次性配重，水桶每次落地，均要水桶内的水全部泄出，长此以往，会有一定量的水，洒落斜坡地面14，可将其汇聚到汇水槽16，并由汇水槽调流闸板41控制其流量，再汇水槽16再安装上一套或二套无角度、无阻力水力涡轮发动机组31，利用水桶中作为配重的水，泄出的尾水(汇聚的尾水)进行二次发电，最后，将二次尾水再汇聚到蓄水池42，蓄水池42上设有水泵43，可通过给水管18为水罐2打水，进行循环使用。

实施例2

参照图2、图3、图4、图5，一种势能发电装置，与实施例1的区别在于，储水总梁19的下部两侧分别设有多个放水管，储水总梁19由支架3支设在空中，高度可以是十几米或者几十米，二者既是装置系统的支撑大梁，也是储水罐体，上表面与水罐2密闭连接，水罐2最高端设有放散溢流口46。

储水总梁19的下部设有多组放水管，与之对应设置多组水桶，为了保证多组水桶下落速度保持一致，使其形成一个共同体，多个左侧水桶10或多个右侧水桶12的两侧，分别焊接了固定杆20，将多个水桶连接一起，形成左侧水桶组和右侧水桶组，每侧水桶组成为一个主体，同速升降。

所述滑轮组包括：多组定滑轮组和通轴21，所述定滑轮组包括定滑轮二 5-1、定滑轮三5-2、通轴中间皮带轮27，每一所述定滑轮组中定滑轮一5-4上缠绕连接绳一与通轴中间皮带轮27传动连接，定滑轮二5-1和定滑轮三5-2通过连接绳二悬吊通轴中间皮带轮27，连接绳二的两个自由端分别与左侧水桶 10、右侧水桶12连接；每组中的通轴中间皮带轮27分别与通轴21传动连接，所述通轴21与通轴端头皮带轮23传动连接，其中，定滑轮二5-1、定滑轮三 5-2分别固定安装在储水梁下方，通轴中间皮带轮27通过安装座固定在基础15 上。

所述通轴中间皮带轮27与通轴21传动连接，所述通轴21的末端与皮带轮 23传动连接。通轴21是由多个轴承座22支撑的，通轴端头皮带轮23由三角皮带26与发电机皮带轮24连接，势能动力通过通轴21上的通轴中间皮带轮 27和通轴端头皮带轮23，再通过三角皮带26带动发电机皮带轮24，以满足和驱动发电机25发电。

实施例3

一种势能发电装置，与实施例2的区别在于，参照图3，储水总梁19上有一定平坦面积的地方，位置较高，比地平面高出十几米甚至几十米，可安装上风力发电机组44和光伏板45，与水力涡轮发动机组一起的发电，风力发电机组44和光伏板45可以与水泵电连接，在满足本发明装置自身应用的同时，再进行输出外用。

本发明的水源可以是河流、溪流自流的水，通过给水管18输入水罐2的流水，也可以是水泵43在蓄水池42抽出的循环水，通过给水管18打入水罐2。如果是河流、溪流自流的水，通过给水管18输入水罐2的流水，则蓄水池42 的二次尾水，可再用于土地浇灌或其它应用。

一个工程可由几个发电装置进行并联，以尽量控制发电装置系统的电流、电压的总体尽量均衡和稳定。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种势能发电装置，其特征在于，包括供水单元、多个传动单元、发电单元；

所述供水单元包括储水梁、水罐(2)、水梁支架(3)、水源，所述水罐(2)与水源连接，所述水罐(2)的出水口设置于所述储水梁的上方，将水源的水注入到所述储水梁内，所述储水梁由水梁支架(3)支撑，所述储水梁的下部设有多个放水管，所述放水管上设置电磁阀；

所述传动单元包括至少一组水桶、滑轮组，所述一组水桶包括左侧水桶(10)、右侧水桶(12)；所述左侧水桶(10)、右侧水桶(12)分别与放水管对应；所述左侧水桶(10)、右侧水桶(12)通过滑轮组连接；所述水桶底部设置有排水机构；

所述发电单元包括发电机，用于将传动单元生成的机械动能传递到发电机(25)，从而驱动发电机(25)发电；

所述排水机构包括内法兰(38)、泄水阀机构总成、密封圈(36)；所述泄水阀机构总成包括泄水阀(33)、多个圆钢列管(34)和泄水阀顶盖(40)，所述泄水阀顶盖(40)设置于所述圆钢列管(34)顶部；所述内法兰(38)设置于水桶底部，所述泄水阀机构总成设置于所述内法兰(38)内孔，所述泄水阀顶盖(40)的直径大于所述内法兰(38)内孔的直径；所述内法兰(38)上设置有密封圈(36)，所述密封圈(36)与泄水阀顶盖(40)抵接；所述左侧水桶(10)、右侧水桶(12)侧壁底部设置有桶体支架(35)，所述泄水阀机构总成(33)的高度大于所述桶体支架(35)的高度。

2.根据权利要求1所述的一种势能发电装置，其特征在于，水罐(2)的材质包括但不限于碳钢、不锈钢、玻璃钢、碳纤维材质；所述水源包括但不限于河流、溪流的流水。

3.根据权利要求1所述的一种势能发电装置，其特征在于，所述传动单元包括一组水桶，其中，所述滑轮组包括：动滑轮(5-3)、多个定滑轮、连接绳一、连接绳二；多个定滑轮分别为定滑轮一(5-4)、定滑轮二(5-1)、定滑轮三(5-2)；定滑轮一(5-4)上缠绕连接绳一与皮带轮(23)传动连接，定滑轮二(5-1)和定滑轮三(5-2)通过连接绳二悬吊动滑轮(5-3)，连接绳二的两个自由端分别与左侧水桶(10)、右侧水桶(12)连接；其中，定滑轮二(5-1)、定滑轮三(5-2)分别固定安装在储水梁下方，定滑轮一(5-4)通过安装座固定在基础(15)上。

4.根据权利要求1所述的一种势能发电装置，其特征在于，传送单元包括多个左侧水桶(10)或多个右侧水桶(12)的两侧，分别焊接了固定杆(20)，形成左侧水桶组和右侧水桶组。

5.根据权利要求4所述的一种势能发电装置，其特征在于，所述滑轮组包括：多组定滑轮组和通轴(21)，所述定滑轮组包括定滑轮二(5-1)、定滑轮三(5-2)、通轴中间皮带轮(27)，每一所述定滑轮组中定滑轮一(5-4)上缠绕连接绳一与通轴中间皮带轮(27)传动连接，定滑轮二(5-1)和定滑轮三(5-2)通过连接绳二悬吊通轴中间皮带轮(27)，连接绳二的两个自由端分别与左侧水桶(10)、右侧水桶(12)连接；每组中的通轴中间皮带轮(27)分别与通轴(21)传动连接，所述通轴(21)与通轴端头皮带轮(23)传动连接，其中，定滑轮二(5-1)、定滑轮三(5-2)分别固定安装在储水梁下方，通轴中间皮带轮(27)通过安装座固定在基础(15)上。

6.根据权利要求1所述的一种势能发电装置，其特征在于，所述发电单元还包括发电机皮带轮(24)、发电机(25)、三角皮带(26)；

发电机皮带轮(24)固定于发电机(25)的输入轴，发电机皮带轮(24)通过三角皮带(26)与所述传动单元传动连接，从而带动发电机(25)发电。

7.根据权利要求3或5所述的一种势能发电装置，其特征在于，基础(15)下设成斜坡地面(14)，斜坡地面高的一侧设有挡水墙(13)，斜坡地面(14)低的一侧设有汇水槽(16)，汇水槽(16)末端设有汇水槽调流闸板(41)，将二次尾水汇聚到蓄水池(42)。

8.根据权利要求7所述的一种势能发电装置，其特征在于，所述蓄水池(42)上设有水泵(43)，给水管(18)与所述水泵(43)连接，通过给水管(18)为水罐(2)打水。

9.根据权利要求8所述的一种势能发电装置，其特征在于，所述储水梁上平面还装有风力发电机组(44)和光伏板(45)，风力发电机组(44)和光伏板(45)分别与水泵(43)电连接。