CN117231410A - 一种河流发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水力发电领域，具体公开了一种河流发电装置，包括拦水装置和发电装置；所述发电装置包括发电机架、发电悬浮架和发电模块；所述发电模块包括支架、发电机和发电驱动机构；所述发电驱动机构包括发电轮组和动力传递机构；所述动力传递机构包括驱动齿轮、变速调节齿轮和选择驱动机构；所述发电轮组通过发电转轴转动连接在支架上；所述驱动齿轮安装在发电转轴上；所述变速调节齿轮上设有多个齿轮驱动部，该变速调节齿轮与发电机的发电主轴之间通过传动机构连接；所述选择驱动机构可选择不同外径的齿轮驱动部与驱动齿轮啮合。本发明的河流发电装置可根据河水的流速，自适应对发电机的主轴转速进行调整，使得发电机的转速维持在合适的范围内。

Description

一种河流发电装置

技术领域

本发明涉及水力发电领域，具体为一种河流发电装置。

背景技术

可再生能源虽然在自然界中长期存在，但它们并不是稳定存在的，要实现对可再生能源的利用，是有很多限制条件的；就以水能为例，为了实现对水能的利用，人们通过建造水坝，抬升水面高度，利用势能差来借以发电。但建立水坝也会带来很多社会问题，而且在很多地势平缓的水流流域，势能差较小，不可能为利用水能而专门建立水坝，因此，如何利用相对平缓地域的水流就成了一个探索的目标，目前现有的河流发电装置中一般设置有拦水装置（功能类似水利大坝），通过该拦水装置横跨在河流的两岸，该拦水装置中通过改变流经其自身的水流的横截面积（主要是通过改变进水口的大小），从而改变水流的流速，使得其下游的发电装置中的发电轮组获得足够的动力，以驱动发电机发电。

然而，目前的河流发电装置在使用过程中，会出现因为某些因素（例如洪涝、河床升高等）导致水流速度增快，从而导致发电机的主轴转速升高，进而导致发电机的输出电压升高，而过高的输出电压则容易对发电机以及与其连接的供电线路(供电设备)造成损坏。

发明内容

本发明在于克服现有技术的不足，提供一种河流发电装置，所述河流发电装置可以根据河水的流速，自适应对发电机的主轴转速进行调整，使得发电机的转速维持在合适的范围内，以此来防止发电机的输出电压过高而损坏发电机自身和和供电线路或供电设备。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

一种河流发电装置，包括拦水装置和发电装置，其中，所述拦水装置设置在上流位置，用于改变上游和下游之间的水流的流速；所述发电装置设置在下游位置，包括横跨在河流两岸的发电机架、设置在发电机架下方的发电悬浮架以及设置在发电悬浮架上的发电模块，其中，所述发电悬浮架通过转动板转动连接在所述发电机架上；所述发电模块包括设置在发电悬浮架上的支架、设置在支架上的发电机以及用于带动发电机中的发电主轴转动的发电驱动机构，其中，所述发电驱动机构包括设置支架上的发电轮组以及用于将所述发电轮组的动力传递给所述发电机的发电主轴的动力传递机构；所述动力传递机构包括驱动齿轮、变速调节齿轮和选择驱动机构，其中，所述发电轮组通过发电转轴转动连接在所述支架上；所述驱动齿轮安装在所述发电转轴上；所述变速调节齿轮上设置有不同外径的齿轮驱动部，该变速调节齿轮与所述发电机的发电主轴之间通过传动机构连接；所述选择驱动机构用于根据河水的流速，选择不同外径的齿轮驱动部与所述驱动齿轮进行啮合。

本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：

1、本发明的河流发电装置中的选择驱动机构根据河水的流速，驱动变速调节齿轮中的不同外径的齿轮驱动部与驱动齿轮啮合，从而更改发电转轴与发电机的发电主轴之间的传动比，例如河水的流速加快时，选择驱动机构驱动外径较大的齿轮驱动部与驱动齿轮啮合，这样可以降低与所述变速调节齿轮连接的传动轴的转速，以此来降低发电机的发电主轴的转速；反之亦然；这样可以通过更改传动比的方式，将发电机的发电主轴的转速控制在合适范围内，以此来防止发电机的输出电压过高而损坏发电机自身和和供电线路或供电设备。

2、本发明的河流发电装置中的拦水装置可以通过更改其进水口的大小，从而调节水流速度，也可以起到将发电机的发电主轴的转速控制在合适范围内的目的。

附图说明

图1为本发明的河流发电装置的立体结构示意图。

图2-图3为拦水装置的两个不同视角的立体结构示意图。

图4为拦水装置的主视图。

图5为助力辅助装置的局部示意图。

图6为竖向驱动机构的局部示意图。

图7和图8为动力传递装置的局部示意图。

图9为档位选择机构的局部示意图。

图10为发电装置的立体结构示意图。

图11-图15为发电驱动机构的五个不同视角的立体结构示意图。

图16为变速调节齿轮与驱动齿轮配合的结构示意图。

图17为驱动齿轮的受力分析图。

图18为驱动组件的结构示意图。

图19为驱动件的内部结构示意图。

图20-图23为垃圾清理装置的四个不同视角的立体结构示意图。

图24为垃圾引导过滤装置的工作示意图（箭头方向为垃圾的运动方向）。

图25为螺旋提升装置的工作示意图（箭头方向为垃圾的运动方向）。

图中：

Ⅰ-垃圾清理装置；Ⅱ-拦水装置；Ⅲ-发电装置；1-拦水机架；2-拦水悬浮架；3-拦水机构；301-第一拦水板；302-第二拦水板；4-竖向导向机构；5-丝杆传动机构；501-丝杆；502-丝杆螺母；6-助力辅助装置；601-叶轮；602-第一旋转轴；603-支座；604-第二旋转轴；605-连接座；606-连接套筒；607-第一锥齿轮传动机构；608-同步带传动机构；609-齿轮传动机构；610-第一转动套筒；611-第二转动套筒；7-档位选择机构；701-转动盘；702-定位柱；703-驱动座；704-连杆；705-滑杆；706-偏心轮；707-转动座；708-驱动杆；709-拨杆；710-偏心座；8-转轮；9-第一带传动机构；10-发电机架；11-转动板；12-发电轮组；13-发电悬浮架；14-发电转轴；15-第二锥齿轮传动机构；16-支架；17-发电机；18-第二带传动机构；19-驱动齿轮；20-变速调节齿轮；2001-齿轮驱动部；2002-空转部；21-驱动组件；2101-轴套；2102-固定套管；2103-滑动套管；2104-压缩弹簧；2105-驱动部；22-拉伸弹簧；23-连接板；24-传动轴；25-驱动块；26-复位弹簧；27-导向杆；28-清理悬浮架；29-动力轮组；30-清理机架；31-支撑杆；32-第三带传动机构；33-连接杆；34-过滤件；35-连接转轴；36-偏心驱动轮；37-垃圾提升装置。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

在下面对垃圾清理装置Ⅰ、拦水装置Ⅱ和发电装置Ⅲ中的结构进行介绍时，由于带传动机构和锥齿轮传动机构为常规的传动机构，且在垃圾清理装置Ⅰ、拦水装置Ⅱ和发电装置Ⅲ中均多处使用了“带传动机构”和“锥齿轮传动机构”，因为为了方便区分，特地将垃圾清理装置Ⅰ中的“带传动机构”统一为“第三带传动机构32”，将发电装置Ⅲ中的“带传动机构”统一为“第二带传动机构18”，将拦水装置Ⅱ中的“带传动机构”统一为“第一带传动机构9”；同时，将发电装置Ⅲ中的“锥齿轮传动机构”统一为“第二锥齿轮传动机构15”，将拦水装置Ⅱ中的“锥齿轮传动机构”统一为“第一锥齿轮传动机构607”。

实施例1

参见图1，本发明的河流发电装置包括拦水装置Ⅱ和发电装置Ⅲ。

参见图2-图9，所述拦水装置Ⅱ设置在上流位置，用于改变上游和下游之间的水流流速，该拦水装置Ⅱ包括横跨在河流中的拦水机架1、设置在拦水机架1上的拦水悬浮架2以及设置在拦水悬浮架2上的拦水机构3，其中，所述拦水机构3包括第一拦水板301、第二拦水板302和拦水驱动机构。

参见图2-图9，所述拦水悬浮架2通过竖向导向机构4安装在所述拦水机架1上，该拦水悬浮架2上设置有进水口；所述拦水驱动机构用于驱动第一拦水板301和第二拦水板302做相向运动或反向运动以实现打开或关闭所述进水口，该拦水驱动机构包括丝杆传动机构5以及用于驱动所述丝杆传动机构5中的丝杆501转动的旋转驱动机构，其中，所述丝杆传动机构5为两组，分别设置在第一拦水板301和第二拦水板302的上端和下端；每组丝杆传动机构5包括丝杆501以及与丝杆501配合的丝杆螺母502，其中，所述丝杆501安装在拦水悬浮架2上；所述丝杆螺母502为两组，两组丝杆螺母502的螺旋方向相反，且分别安装在所述第一拦水板301和第二拦水板302上；

本实施例中通过设置所述竖向导向机构4，可以对拦水悬浮架2的竖向运动进行导向；所述拦水悬浮架2上设置有悬浮块，所述悬浮块由泡沫材料制成。这样，所述拦水悬浮架2就可以随着水面的升高而向上浮动，而水面升高时，拦水装置Ⅱ也随着升高，这样，在河面水位升高时，拦水装置Ⅱ仍然可以工作，即拦水装置Ⅱ仍然可以控制其上下游的水流的流速差，从而保证发电装置Ⅲ正常发电。

参见图2-图9，所述拦水装置Ⅱ还包括利用河水的动力来辅助丝杆501转动的助力辅助装置6，所述助力辅助装置6为两组，每组助力辅助装置6包括设置在第一拦水板301和第二拦水板302上的叶轮601以及动力传递装置，其中，所述叶轮601通过第一旋转轴602竖向转动连接在第一拦水板301和第二拦水板302上，该叶轮601的叶片延伸至第一拦水板301或第二拦水板302外。由于受到河水的阻力，需要通过施加较大的驱动力才能带动第一拦水板301和第二拦水板302做横向运动，而通过设置上述助力辅助装置6，使得河水在流动时可以带动第一拦水板301和第二拦水板302上的叶轮601转动，而叶轮601转动的同时通过动力传递装置将驱动力传递给丝杆501，使得所述旋转驱动机构可以通过较小的驱动力即可驱动丝杆501转动，从而带动第一拦水板301和第二拦水板302做横向运动，以此来控制进水口的大小。

参见图2-图9，所述动力传递装置用于将叶轮601转动的动力传递给丝杆501以辅助旋转驱动机构驱动丝杆501转动，该动力传动装置包括设置在所述第一拦水板301和第二拦水板302上的支座603、设置在支座603上的第二旋转轴604以及用于将第一旋转轴602的动力传递给所述第二旋转轴604的动力传动机构，其中，

所述支座603通过连接件安装在所述丝杆501上，该连接件包括连接座605以及转动连接在所述连接座605上的连接套筒606，其中，所述连接座605安装在所述支座603上；所述连接套筒606内设置有与所述丝杆501配合的内螺纹，该连接套筒606与所述第二旋转轴604之间通过第一锥齿轮传动机构607连接；

所述动力传动机构包括同步带传动机构608、齿轮传动机构609以及用于选择同步带传动机构608或齿轮传动机构609来驱动第二旋转轴604转动的档位选择机构7，其中，

所述同步带传动机构608位于所述齿轮传动机构609的上端，该同步带传动机构608包括设置在所述第一旋转轴602上的主动同步轮、设置在支座603上端的第一转动套筒610、设置在第一转动套筒610上的从动同步轮以及设置在主动同步轮和从动同步轮上的同步带，其中，所述第一转动套筒610内设置有用于避让所述第二旋转轴604的第一避让孔；

所述齿轮传动机构609包括设置在所述第一旋转轴602上的主动齿轮、设置在支座603下端的第二转动套筒611以及设置在第二转动套筒611上的从动齿轮，其中，所述第二转动套筒611内设置有用于避让所述第二旋转轴604的第二避让孔；

在本实施例中，所述第一转动套筒610和所述第二转动套筒611均转动连接在所述支座603上，且与所述第二旋转轴604不发生配合；

所述档位选择机构7包括设置在第二旋转轴604上且与该第二旋转轴604同步转动的转动盘701以及用于驱动所述转动盘701竖向运动的档位选择驱动机构，其中，所述转动盘701设置在所述第二旋转轴604上，该转动盘701的上端和下端均设置有定位柱702，所述定位柱702为多个；所述第一转动套筒610和第二转动套筒611在与所述定位柱702的对应位置处设置有定位孔，所述定位孔为多个，多个定位孔沿着所述定位柱702的转动轨迹均匀排列；所述档位选择驱动机构用于驱动所述转动盘701竖向运动，实现所述转动盘701上端的定位柱702与所述第一转动套筒610上的定位孔配合，或者该转动盘701下端的定位柱702与所述第二转动套筒611上的定位孔配合。

通过上述设置，当需要打开或关闭进水口时，通过档位选择驱动机构带动转动盘701竖向运动，使得转动盘701上端或下端的定位柱702与第一转动套筒610或第二转动套筒611上的定位孔配合，其中，由于所述第一转动套筒610和第一旋转轴602之间设置有同步带传动机构608，而第二转动套筒611与第一旋转轴602之间设置有齿轮传动机构609，因为第一拦水板301和第二拦水板302做相向运动或反向运动时，所述丝杆501的转动方向也不同，因此，所述同步带传动机构608可以保证第二旋转轴604的旋转方向与第一旋转轴602的旋转方向相同，而齿轮传动机构609则可以保证第二旋转轴604的旋转方向与第一旋转轴602的旋转方向相反，这样，可以根据实际情况通过档位选择驱动机构选择所述第一转动套筒610上的定位孔与所述转动盘701上端的定位柱702配合，或者选择所述第二转动套筒611上的定位孔与所述转动盘701下端的定位柱702配合，从而保证叶轮601施加给丝杆501的作用力与旋转驱动机构施加给丝杆501的作用力的方向保持一致，具体为：

所述同步带传动机构608或齿轮传动机构609将第一旋转轴602的动力传递给第二旋转轴604，所述第二旋转轴604通过第一锥齿轮传动机构607将动力传递给连接套筒606，以促使所述连接套筒606具有转动的趋势，由于所述连接套筒606内部设置有与丝杆501配合的内螺纹，因此，连接套筒606带动支座603以及对应的第一拦水板301或第二拦水板302具有运动的趋势；以连接套筒606为参照物，所述丝杆501则会受到连接套筒606对其施加的作用力，以促使所述丝杆501具有转动的趋势，这样，所述旋转驱动机构只需要施加较小的作用力即可以带动丝杆501转动，以此来带动丝杆螺母502（以及连接套筒606）做直线运动，从而带动第一拦水板301和第二拦水板302做相向运动或反向运动。

参见图2-图9，所述档位选择驱动机构包括驱动座703以及用于驱动所述驱动座703竖向运动的竖向驱动机构，其中，

所述驱动座703上设置有安装孔，所述转动盘701转动连接在所述安装孔内，且所述转动盘701的外侧面与所述安装孔的内侧面滑动连接（类似轴承结构，所述转动盘701相当于轴承的内圈），这样，所述竖向驱动机构带动驱动座703竖向运动时，所述驱动座703也可以带动所述转动盘701竖向运动，且所述转动盘701可以在所述安装孔内转动；为了保证转动盘701转动时可以带动第二旋转轴604转动，因此，所述第二旋转轴604上设置有花键，所述花键沿着所述第二旋转轴604的轴线方向延伸，所述转动盘701上设置有安装槽，这样在所述转动盘701竖向运动的过程中，所述转动盘701上的安装槽始终与所述第二旋转轴604上的花键配合，即所述转动盘701转动时则可以带动第二旋转轴604转动；

所述竖向驱动机构包括连杆704、偏心轮机构以及用于驱动所述偏心轮机构工作的偏心驱动机构，其中，所述偏心轮机构为两组，分别位于所述拦水悬浮架2的两侧，每组偏心轮机构包括偏心座710、设置在偏心座710上的滑杆705以及位于所述滑杆705下端的偏心轮706，其中，所述连杆704的两端分别与所述滑杆705的上端连接，所述滑杆705的下端与所述偏心轮706接触；所述偏心驱动机构用于驱动所述偏心轮706转动；所述驱动座703上端与所述连杆704连接，下端与所述转动盘701转动连接，该偏心驱动机构包括设置在拦水机架1上的转动座707、设置在转动座707上的驱动杆708以及设置在所述驱动杆708上的拨杆709，其中，所述驱动杆708转动连接在所述转动座707上，该驱动杆708与所述偏心轮706之间通过第一带传动机构9连接；所述拨杆709安装在所述驱动杆708上，所述转动座707上在与所述拨杆709的对应位置处设置有定位卡位，其中，所述定位卡位为三个。

当需要选择所述转动盘701上的定位柱702和第一转动套筒610或第二转动套筒611配合时，工作人员可以手动拨动拨杆709，以此通过第一带传动机构9来带动所述偏心轮706转动，从而带动滑杆705竖向运动，进而带动连杆704以及与所述连杆704连接的驱动座703竖向运动，而驱动座703运动的同时则带动转动盘701竖向运动，使得转动盘701上端的定位柱702和第一转动套筒610上的定位孔配合，或者转动盘701下端的定位孔与第二转动套筒611配合。其中，所述连接座605上设置有三个定位卡位，对应转动盘701的三个位置，例如拨杆709的转动角度为180度，那么，每个定位卡位对应角度分别是0度、90度和180度，即当拨杆709拨到0度和180度时，所述转动盘701上端的定位柱702和第一转动套筒610配合，或者转动盘701下端的定位柱702与第二转动套筒611配合；当拨杆709拨到90度时，所述转动盘701上的定位柱702与第一转动套筒610和第二转动套筒611分离，即此时助力辅助装置6不工作。

参见图2-图9，所述定位柱702与所述转动盘701之间还设置有弹簧，所述弹簧上端作用在所述定位柱702上，下端作用在所述转动盘701上。通过设置所述弹簧，可以对定位柱702起到缓冲作用，使其弹性与第一转动套筒610或第二转动套筒611接触，这样可以避免定位柱702直接与第一转动套筒610或第二转动套筒611刚性接触而损坏第一转动套筒610或第二转动套筒611和转动盘701。

参见图1-图19，所述旋转驱动机构包括设置在所述拦水机架1上的转轮8，所述转轮8通过转动轴转动连接在所述拦水机架1上；其中一组第一带传动机构9用于连接所述转动轴与其中一组丝杆传动机构5中的丝杆501；另一组第一带传动机构9用于连接两组丝杆传动机构5的丝杆501。

通过上述设置，当需要控制水速时，转动转轮8，从而带动两组第一带传动机构9转动，进而带动两组丝杆传动机构5中的丝杆501转动，以此带动设置在每组丝杆传动机构5中的丝杆501上的两组丝杆螺母502同向或反向运动，从而可以带动第一拦水板301和第二拦水板302做相向运动或反向运动，进而打开或关闭进水口以此控制进水口的大小；这样就可以通过控制进水口的大小，从而控制拦水装置Ⅱ上游和下游中的水流的流速差，这不仅可以给予发电轮组12足够的驱动力，驱动发电轮组12转动，以此来带动发电机17发电；而且也起到限制发电轮组12的转速的目的，从而防止发电轮组12的转读过快，保证发电机17机的输出电压在限定范围内。

参见图2-图9，所述拦水驱动机构还包括设置在所述拦水悬浮架2上的用于对第一拦水板301和第二拦水板302的运动进行导向的横向导向机构，所述横向导向机构为两组，分别位于所述第一拦水板301和第二拦水板302的上端和下端；其中，每组横向导向机构包括设置在所述第二拦水悬浮架2上的滑槽以及设置在所述第一拦水板301和第二拦水板302上的滑轮，其中，所述滑槽沿着所述丝杆501的长度方向延伸；所述第一拦水板301和第二拦水板302中的滑轮安装在所述滑槽内。通过设置所述横向导向机构，可以实现对第一拦水板301和第二拦水板302的运动进行导向，这样不仅方便第一拦水板301和第二拦水板302移动，而且使得操作人员可以更加省力地打开或关闭进水口。

参见图1、图10-图19，所述发电装置Ⅲ设置在下游位置，包括横跨在河流两岸的发电机架10、设置在发电机架10下方的发电悬浮架13以及设置在发电悬浮架13上的发电模块，其中，

所述发电悬浮架13通过转动板11转动连接在所述发电机架10上，在本实施例中，所述发电悬浮架13由泡沫材料制成，该发电悬浮架13由两块悬浮块构成，两块悬浮块位于所述发电轮组12的两侧；所述转动板11为两块，分别位于所述发电轮组12的两侧；每块转动板11上端与所述发电机架10铰接，下端与所述发电悬浮架13铰接；当河面高度上升或下降时时，在发电悬浮架13的浮力下，安装在所述发电悬浮架13上的发电模块的高度也会随之升高或降低，从而避免所述发电模块被河水淹没；

所述发电模块包括设置在发电悬浮架13上的支架16、设置在支架16上的发电机17以及用于带动发电机17中的发电主轴转动的发电驱动机构，其中，所述发电驱动机构包括设置支架16上的发电轮组12以及用于将所述发电轮组12的动力传递给所述发电机17的发电主轴的动力传递机构；所述动力传递机构包括驱动齿轮19、变速调节齿轮20和选择驱动机构，其中，所述发电轮组12通过发电转轴14转动连接在所述支架16上；所述驱动齿轮19安装在所述发电转轴14上；所述变速调节齿轮20上设置有不同外径的齿轮驱动部2001，该变速调节齿轮20与所述发电机17的发电主轴之间通过第二带传动机构18或齿轮传动机构连接；所述选择驱动机构可以根据河水的流速，选择不同外径的齿轮驱动部2001与所述驱动齿轮19啮合，以调节所述发电转轴14与所述发电机17的发电主轴之间的传动比。

通过上述设置，本发明的河流发电装置在发电过程中，若是因为河水的流速加快或减慢，所述选择驱动机构可以根据河水的流速，驱动变速调节齿轮20中的不同外径的齿轮驱动部2001与驱动齿轮19啮合，从而更改发电转轴14与发电机17的发电主轴之间的传动比，例如河水的流速加快时，选择驱动机构驱动外径较大的齿轮驱动部2001与驱动齿轮19啮合，这样可以降低与所述变速调节齿轮20连接的传动轴24的转速，以此降低所述发电机17的发电主轴的转速；反之亦然；这样可以通过更改传动比的方式，将所述发电机17的发电主轴的转速控制在合适范围内，以此来防止发电机17的输出电压过高而损坏发电机17自身和和供电线路或供电设备。

参见图10-图19，所述变速调节齿轮20安装在传动轴24上，所述传动轴24的轴线方向与所述发电转轴14的轴线方向平行，该传动轴24与所述支架16之间通过第一导向机构连接；所述第一导向机构包括设置在所述支架16上的导向座，所述导向座上设置有与所述传动轴24配合的通孔，用于实现对传动轴24的轴向运动进行导向；所述传动轴24的一端与所述发电机17的发电主轴之间通过第二带传动机构18或齿轮传动机构连接（本实施例中采用第二带传动机构18，在所述第二带传动机构18中，安装在所述传动轴24上的带轮为主动轮，所述传动轴24上设置有沿着其轴线方向延伸的连接部，所述主动轮上设置有与所述连接部配合的连接槽；这样，当传动轴24做轴向运动时，所述主动轮可以不随之运动，且同样可以保证将动力传递给所述主动轮上，以此来带动安装在发电机17的发电主轴上的从动轮转动），该传动轴24的另一端则与驱动块25连接；所述驱动块25与所述支架16之间设置有第二导向机构，所述第二导向机构包括设置在支架16上的导向孔以及设置在所述导向孔上的导向杆27，其中，所述导向杆27一端与所述驱动块25连接，另一端则穿过所述导向孔后与限位块连接，所述限位块的直径大于所述导向孔的直径，以此来避免所述导向杆27从所述导向孔中脱出；所述导向杆27上设置有复位弹簧26，所述复位弹簧26的一端作用在所述支架16上，另一端则作用在所述驱动块25上，所述复位弹簧26的弹力促使所述变速调节齿轮20中的外径最小的齿轮驱动部2001与所述驱动齿轮19啮合。

通过上述设置，当需要调节发电机17的发电主轴的转速时，通过选择驱动机构驱动所述驱动块25运动，从而带动传动轴24以及设置在传动轴24上的变速调节齿轮20做轴向运动，使得所述变速调节齿轮20上的各个齿轮驱动部2001与所述驱动齿轮19啮合，以此来调节所述传动轴24的转速，进而调节发电机17的发电主轴的转速；当河水的流速变慢时，所述复位弹簧26会驱动所述驱动块25反向运动，从而使得所述驱动齿轮19与外径较小的齿轮驱动部2001啮合，以此来保证所述传动轴24的转速在合适范围内。

为了保证所述驱动齿轮19始终能与所述变速调节齿轮20中的各个齿轮驱动部2001啮合，因此，所述驱动齿轮19与所述发电转轴14之间还设置有弹性压紧机构，所述弹性压紧机构包括连接板23以及设置在所述连接板23与所述支架16之间的拉伸弹簧22，其中，所述连接板23的一端转动连接在所述发电转轴14上，另一端为自由端；所述驱动齿轮19通过齿轮轴转动连接在所述连接板23的自由端上；所述齿轮轴与所述发电转轴14之间通过第二带传动机构18连接；所述拉伸弹簧22的上端作用在所述连接板23的自由端上，下断则作用在所述支架16的底部，所述拉伸弹簧22的弹力促使所述连接板23向下摆动以促使所述驱动齿轮19与所述变速调节齿轮20的各个齿轮驱动部2001啮合。

通过上述设置，当河水的流速增大时，为了保证驱动齿轮19能从变速调节齿轮20中的外径较小的齿轮驱动部2001运动到外径较大的齿轮驱动部2001（此时将齿轮驱动部2001视为参照物），因此，所述驱动齿轮19中靠近所述变速调节齿轮20的侧面设置有倾斜设置的导向面1901，通过所述导向面1901可以促使所述驱动齿轮19从外径较小的齿轮驱动部2001运动到外径较大的齿轮驱动部2001。具体原因为：由于所述变速调节齿轮20由多组不同外径的齿轮驱动部2001构成，如图16和图17所示，即从左到右的齿轮驱动部2001的外径逐渐较小,理论上来说，所述齿轮驱动部2001的数量越多，且相邻两组齿轮驱动部2001之间的半径差越小，且所述齿轮驱动部2001和所述驱动齿轮19的厚度越小，自适应调节的精度则越高。当所述驱动块25带动传动轴24以及设置在所述传动轴24上的变速调节齿轮20向右运动时，由于所述驱动齿轮19的导向面1901的高度大于相邻两组齿轮驱动部2001的半径差，因此，所述齿轮驱动部2001则会对所述驱动齿轮19的导向面产生一个作用力F，将该作用力F分解成竖向分力F1和水平分力F2，其中的竖向分力F1则可以促使所述驱动齿轮19向上运动，即使得所述连接板23向上摆动，并结合所述变速调节齿轮20的向右运动，从而使得所述驱动齿轮19通过“爬台阶”的方式爬上外径较大的齿轮驱动部2001，并与其进行配合；反之，当河水的流速减小时，在复位弹簧26的弹力下，所述驱动块25会向左运动，从而驱动传动轴24以及设置在所述传动轴24上的变速调节齿轮20向左运动，使得驱动齿轮19顺利到达外径较小的齿轮驱动部2001的上方，同时在拉伸弹簧22的作用下，所述驱动齿轮19与该外径较小的齿轮驱动部2001配合。

作为一个优选方案，所述变速调节齿轮20中位于所述外径最大的齿轮驱动部2001的左侧设置有空转部2002，所述空转部2002的外径可以与外径最大的齿轮驱动部2001相等，但是所述空转部2002上并不设置有凸齿，当河水的流速远超设定值时，所述驱动齿轮19与所述空转部2002配合，但是由于所述空转部2002上并未设置有凸齿，因此，所述驱动齿轮19处于空转状态，即不能带动所述变速调节齿轮20转动，此时，所述发电机17也将停止工作，这样可以在极端情况下实现对发电机17及供电电路或供电设备进行保护。

参见图10-图19，所述选择驱动机构包括连接轴以及设置在所述连接轴上的驱动组件21，其中，所述连接轴的轴线方向与所述传动轴24的轴线方向垂直，该连接轴的一端与所述驱动组件21连接，另一端则穿过所述支架16后通过第二锥齿轮传动机构15与所述发电转轴14连接；所述驱动组件21包括轴套2101以及设置在轴套2101上的多组驱动件；所述轴套2101安装在所述连接轴上；多组驱动件沿着所述轴套2101的轴线方向排列，且每组驱动件为多个，多个驱动件沿着所述轴套2101的圆周方向排列；多组驱动件中的各个驱动件在竖直面上的投影不重叠，即任意两组驱动件中的各个驱动件均交错设置；每组驱动件包括固定套管2102和滑动套管2103，其中，所述固定套管2102与所述轴套2101连接，所述滑动套管2103嵌套在所述固定套管2102外，所述固定套管2102与所述滑动套管2103之间设置有压缩弹簧2104，所述压缩弹簧2104的弹力促使所述滑动套管2103朝着所述轴套2101的方向运动；所述滑动套管2103中远离所述轴套2101的端部设置有驱动部2105。

通过上述设置，在发电过程中，河水驱动发电轮组12转动，所述发电轮组12转动的同时带动发电转轴14转动，发电转轴14转动时则通过第二锥齿轮传动机构15带动连接轴转动，以此来带动驱动组件21转动，在驱动组件21转动的过程中，在离心力的作用下，所述滑动套管2103会克服压缩弹簧2104的弹力向外运动，这样可以改变所述驱动组件21的外径，从而驱动所述驱动块25运动；例如当河水的流速增大时，所述驱动组件21的转速也随之增大，产生的离心力也随之增大，故而所述滑动套管2103会克服压缩弹簧2104的弹力向外运动，从而进一步增大所述驱动组件21的外径，这样可以驱动所述驱动块25向右运动一定距离，从而使得变速调节齿轮20中外径较大的齿轮驱动部2001与所述驱动齿轮19啮合，进而减小传动比，使得所述发电机17的发电主轴的转速保持在合适范围内；相当于说，所述选择驱动机构是通过以河水中的流速作为参考依据，通过流速的大小，来改变所述驱动组件21中的滑动套管2103所受到的离心力，从而更改滑动套管2103的位移量，进而改变驱动组件21的外径，以此来改变驱动块25的位移量，从而选择所述变速调节齿轮20中的合适外径的齿轮驱动部2001与驱动齿轮19啮合，实现传动比的更改，以此来达到保持发电机17的发电主轴的转速在合适范围内的目的。

在上述过程中，所述选择驱动机构对河水流速的检测以及用于对驱动块25的横向驱动均是采用机械结构实现，并未采用任何电气零件（例如直线电机和传感器），其原因在于：由于本发明的河流发电装置是安装在河面上的，即在使用过程中不可避免地会与河水接触；若是采用电气元件，则需要做好密封防水的工作，这样不仅使得结构更加复杂，制造成本更高；而且若是因为电气元件进水则容易导致电气元件的精度降低，从而使得本发明的河流发电装置不能正常自适应调速；因此，本发明则采用纯机械结构，对水密性要求不高，不仅可以降低制造成本，而且长时间使用也能保证其自适应调速的精度。

此外，在驱动组件21带动驱动块25横向运动的过程中，由于所述驱动组件21是不断自转的，即只有当驱动件与所述驱动块25的驱动面垂直时，所述驱动块25与所述驱动组件21的转动轴心的距离是最远的，当距离减小时，所述驱动块25会发生横向往复移动（即左右跳动），这样容易导致调速误差增大，故而为了减小驱动块25的横向往复移动，需要在驱动组件21自转过程中，始终需要保证有一个驱动件与所述驱动块25的驱动面垂直，这样才可以减少所述驱动块25的横向往复移动。为此，本发明中的多组驱动件中的各个驱动件在竖直面上的投影不重叠，即任意两组驱动件中的各个驱动件均交错设置，这样可以保证多组驱动件的驱动部2105在竖直面上的投影相连接形成完整的圆环（在驱动组件21中的驱动件足够多的情况下），这样可以将本发明中的驱动组件21近似看成是外径可以改变的圆形驱动件，从而减少或避免所述驱动块25发生横向往复运动的几率，使得所述变速调节齿轮20不会发生横向往复运动，以此来提高自适应调速的精度。

参见图10-图19，所述发电轮组12包括轮体以及设置在轮体上的多块浆板，其中，多块浆板沿着所述轮体的圆周方向均匀排列在该轮体上；通过浆板可以增大与水流的接触面积，从而使得所述发电轮组12获得足够的动力来带动发电机17转动。

实施例2

参见图1、图20-图25，本实施例与实施例1的不同之处在于：

本发明的河流发电装置还包括设置在所述拦水装置Ⅱ的上游位置的用于对河水中的垃圾进行清理的垃圾清理装置Ⅰ，所述垃圾清理装置Ⅰ包括设置在河流两岸的垃圾提升装置37以及设置在两侧的垃圾提升装置37中间的用于将河水中的垃圾引导进河岸两侧的垃圾提升装置37处的垃圾引导过滤装置，其中，

所述垃圾引导过滤装置包括清理机架30以及设置在清理机架30上的垃圾导向机构；所述垃圾导向机构包括过滤件34以及用于驱动所述过滤件34竖向摆动的过滤驱动机构，其中，所述过滤件34的两侧通过支撑杆31转动连接在所述清理机架30的连接转轴35上，该过滤件34下部的中间位置与连接杆33的下端铰接，连接杆33的上端则与偏心驱动轮36铰接；所述偏心驱动轮36通过偏心转轴转动连接在所述清理机架30上；所述过滤件34的两侧设置有沿着河流的流动方向倾斜的导向部，所述导向部上设置有多组过滤孔；所述过滤驱动机构包括设置在所述清理机架30上的清理悬浮架28、设置在清理悬浮架28上的动力轮组29以及用于将动力轮组29的动力传输给所述偏心驱动轮36以驱动该偏心驱动轮36转动的动力传输机构，所述动力轮组29通过动力转轴安装在所述清理悬浮架28上，所述动力转轴与所连接转轴35之间，所述连接转轴35与所述偏心转轴之间均通过第三带传动机构32连接；

两侧的河岸在所述过滤件34对应的位置处设置有收集槽，所述垃圾提升装置37设置在所述收集槽内；所述垃圾提升装置37为螺旋提升机，所述螺旋提升机上方的出口处设置有导向漏斗，该螺旋提升机将进入收集槽内的垃圾进行提升至其上方的出口处，并通过位于出口处的导向漏斗将垃圾转移至河岸上。

通过上述设置，由于河流中存在垃圾、水草以及其他杂质，为了避免这些杂质对下游的拦水装置Ⅱ和发电装置Ⅲ产生干扰，例如水草缠绕在发电轮组上，或者垃圾堵塞拦水装置Ⅱ的进水口，因此特地设置所述垃圾清理装置Ⅰ，通过所述垃圾清理装置Ⅰ可以对河水中的垃圾进行清理；除上述效果外，所述垃圾清理装置Ⅰ还可以起到保护环境的作用。

参见图1、图20-图25，所述垃圾清理装置Ⅰ的具体工作原理为：

河水流动时带动所述动力轮组29转动，动力轮组29转动的同时通过第三带传动机构32带动所述连接转轴35和所述偏心转轴转动，所述偏心转轴转动时可以带动所述偏心驱动轮36转动，从而带动所述过滤件34的下端竖向往复摆动，这样可以将位于河水中下部的垃圾拨至河水的中上部，然后通过所述过滤件34上的导向部的导向（如图24中的箭头方向），使得被过滤孔所阻拦的垃圾运动至所述过滤件34两侧的收集槽内，通过设置在所述收集槽内的螺旋提升机将垃圾进行提升至河面上，并通过其上方的出口处的导向漏斗将垃圾转移至河岸上（如图25中的箭头方向）。

在本实施例中，所述螺旋提升机的动力可以直接采用河水的动力，例如通过锥齿轮传动机构和带传动机构将所述连接转轴35的动力传递至所述螺旋提升机的螺杆上，在河水流动的过程中，所述螺旋提升机即可以持续工作。

上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、块合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种河流发电装置，包括拦水装置和发电装置，其中，所述拦水装置设置在上流位置，用于改变上游和下游之间的水流的流速；所述发电装置设置在下游位置，包括横跨在河流两岸的发电机架、设置在发电机架下方的发电悬浮架以及设置在发电悬浮架上的发电模块，其中，所述发电悬浮架通过转动板转动连接在所述发电机架上；所述发电模块包括设置在发电悬浮架上的支架、设置在支架上的发电机以及用于带动发电机中的发电主轴转动的发电驱动机构，其特征在于，

所述发电驱动机构包括设置支架上的发电轮组以及用于将所述发电轮组的动力传递给所述发电机的发电主轴的动力传递机构；所述动力传递机构包括驱动齿轮、变速调节齿轮和选择驱动机构，其中，所述发电轮组通过发电转轴转动连接在所述支架上；所述驱动齿轮安装在所述发电转轴上；所述变速调节齿轮上设置有不同外径的齿轮驱动部，该变速调节齿轮与所述发电机的发电主轴之间通过传动机构连接；所述选择驱动机构用于根据河水的流速，选择不同外径的齿轮驱动部与所述驱动齿轮进行啮合。

2.根据权利要求1所述的河流发电装置，其特征在于，所述变速调节齿轮安装在传动轴上，所述传动轴的轴线方向与所述发电转轴的轴线方向平行，该传动轴与所述支架之间通过第一导向机构连接；所述第一导向机构包括设置在所述支架上的导向座，所述导向座上设置有与所述传动轴配合的通孔；所述传动轴的一端与所述发电机的发电主轴之间通过带传动机构或齿轮传动机构连接，另一端则与驱动块连接；所述驱动块与所述支架之间设置有第二导向机构，所述第二导向机构包括设置在所述支架上的导向孔以及设置在所述导向孔上的导向杆，其中，所述导向杆一端与所述驱动块连接，另一端则穿过所述导向孔后与限位块连接，所述限位块的直径大于所述导向孔的直径；所述导向杆上还设置有复位弹簧，所述复位弹簧的一端作用在所述支架上，另一端则作用在所述驱动块上，所述复位弹簧的弹力促使所述变速调节齿轮中外径最小的齿轮驱动部与所述驱动齿轮啮合。

3.根据权利要求2所述的河流发电装置，其特征在于，所述选择驱动机构包括连接轴以及设置在所述连接轴上的驱动组件，其中，所述连接轴的轴线方向与所述传动轴的轴线方向垂直，该连接轴的一端与所述驱动组件连接，另一端则穿过所述支架后通过锥齿轮传动机构与所述发电转轴连接；所述驱动组件包括轴套以及设置在轴套上的多组驱动件，其中，所述轴套安装在所述连接轴上；多组驱动件沿着所述轴套的轴线方向排列，且每组驱动件为多个，多个驱动件沿着所述轴套的圆周方向排列；多组驱动件中的各个驱动件在竖直面上的投影不重叠；每组驱动件包括固定套管和滑动套管；所述固定套管与所述轴套连接，所述滑动套管嵌套在所述固定套管外，所述固定套管与所述滑动套管之间设置有压缩弹簧，所述压缩弹簧的弹力促使所述滑动套管朝着所述轴套的方向运动；所述滑动套管中远离所述轴套的端部则设置有驱动部。

4.根据权利要求3所述的河流发电装置，其特征在于，所述驱动齿轮与所述发电转轴之间还设置有弹性压紧机构，所述弹性压紧机构包括连接板以及设置在所述连接板与所述支架之间的拉伸弹簧，其中，所述连接板的一端转动连接在所述发电转轴上，另一端为自由端；所述驱动齿轮通过齿轮轴转动连接在所述连接板的自由端上；所述齿轮轴与所述发电转轴之间通过带传动机构连接；所述拉伸弹簧的上端作用在所述连接板的自由端上，下断则作用在所述支架的底部，所述拉伸弹簧的弹力促使所述连接板向下摆动以促使所述驱动齿轮与所述变速调节齿轮中的齿轮驱动部啮合。

5.根据权利要求4所述的河流发电装置，其特征在于，所述驱动齿轮中靠近所述变速调节齿轮的侧面设置有倾斜的导向面。

6.根据权利要求1所述的河流发电装置，其特征在于，所述拦水装置包括横跨在河流两岸的拦水机架、设置在拦水机架上的拦水悬浮架以及设置在拦水悬浮架上的拦水机构，其中，所述拦水机构包括第一拦水板、第二拦水板和拦水驱动机构；其中，所述拦水悬浮架通过竖向导向机构安装在所述拦水机架上，该拦水悬浮架上设置有进水口；所述拦水驱动机构用于驱动所述第一拦水板和第二拦水板做相向运动或反向运动以打开或关闭所述进水口，该拦水驱动机构包括丝杆传动机构以及用于驱动所述丝杆传动机构中的丝杆转动的旋转驱动机构，其中，所述丝杆传动机构为两组，两组丝杆传动机构分别设置在所述第一拦水板和第二拦水板的上端和下端；每组丝杆传动机构包括丝杆以及与丝杆配合的丝杆螺母，其中，所述丝杆安装在拦水悬浮架上；所述丝杆螺母为两组，两组丝杆螺母的螺旋方向相反，且分别安装在第一拦水板和第二拦水板上。

7.根据权利要求6所述的河流发电装置，其特征在于，所述拦水装置还包括利用河水的动力来辅助丝杆转动的助力辅助装置，所述助力辅助装置为两组，每组助力辅助装置包括设置在第一拦水板和第二拦水板上的叶轮以及用于将叶轮的动力传递给丝杆的动力传递装置，其中，

所述叶轮通过第一旋转轴竖向转动连接在第一拦水板和第二拦水板上，该叶轮的叶片延伸至所述第一拦水板和所述第二拦水板外；

所述动力传递装置包括设置在所述第一拦水板和所述第二拦水板上的支座、设置在支座上的第二旋转轴以及用于将第一旋转轴的动力传递给第二旋转轴的动力传动机构，其中，所述支座通过连接件安装在位于上端的丝杆传动机构中的丝杆上，该连接件包括连接座以及转动连接在所述连接座上的连接套筒，其中，所述连接套筒内设置有与所述丝杆配合的内螺纹，该连接套筒与所述第二旋转轴之间通过锥齿轮传动机构连接。

8.根据权利要求7所述的河流发电装置，其特征在于，所述动力传动机构包括同步带传动机构、齿轮传动机构以及用于选择同步带传动机构或齿轮传动机构来驱动第二旋转轴转动的档位选择机构，其中，

所述同步带传动机构位于所述齿轮传动机构的上端，该同步带传动机构包括设置在所述第一旋转轴上的主动同步轮、设置在支座上端的第一转动套筒、设置在第一转动套筒上的从动同步轮以及设置在主动同步轮和从动同步轮上的同步带，其中，所述第一转动套筒内设置有用于避让所述第二旋转轴的第一避让孔；

所述齿轮传动机构包括设置在第一旋转轴上的主动齿轮、设置在支座下端的第二转动套筒以及设置在第二转动套筒上的从动齿轮，其中，所述第二转动套筒内设置有用于避让所述第二旋转轴的第二避让孔；

所述档位选择机构包括设置在第二旋转轴上且与该第二旋转轴同步转动的转动盘以及用于驱动所述转动盘竖向运动的档位选择驱动机构，其中，所述转动盘设置在所述第二旋转轴上，该转动盘的上端和下端均设置有定位柱，所述定位柱为多个；所述第一转动套筒和所述第二转动套筒在与所述定位柱的对应位置处设置有定位孔，所述定位孔为多个，多个定位孔沿着所述定位柱的转动轨迹均匀排列；所述档位选择驱动机构用于驱动所述转动盘竖向运动，促使转动盘上端的定位柱与所述第一转动套筒上的定位孔配合，或者该转动盘下端的定位柱与所述第二转动套筒上的定位孔配合。

9.根据权利要求8所述的河流发电装置，其特征在于，所述档位选择驱动机构包括驱动座以及用于驱动所述驱动座竖向运动的竖向驱动机构；所述竖向驱动机构包括连杆、偏心轮机构以及用于驱动所述偏心轮机构工作的偏心驱动机构；其中，

所述偏心轮机构为两组，两组偏心轮机构分别位于所述拦水悬浮架的两侧；每组偏心轮机构包括偏心座、设置在偏心座上的滑杆以及位于所述滑杆下端的偏心轮；所述连杆的两端分别与所述滑杆的上端连接，所述滑杆的下端与所述偏心轮接触；所述偏心驱动机构用于驱动所述偏心轮转动；所述驱动座上端与所述连杆连接，下端与所述转动盘转动连接；

所述偏心驱动机构包括设置在拦水机架上的转动座、设置在转动座上的驱动杆以及设置在所述驱动杆上的拨杆，其中，所述驱动杆转动连接在所述转动座上，该驱动杆与所述偏心轮之间通过带传动机构连接；所述拨杆安装在所述驱动杆上，所述转动座上在与所述拨杆的对应位置处设置有定位卡位。

10.根据权利要求1所述的河流发电装置，其特征在于，还包括设置在所述拦水装置的上游位置处的用于对河水中的垃圾进行清理的垃圾清理装置，所述垃圾清理装置包括设置在河流两岸的垃圾提升装置以及设置在两侧的垃圾提升装置中间的用于将河水中的垃圾引导至河流两岸的垃圾提升装置处的垃圾引导过滤装置，其中，

所述垃圾引导过滤装置包括清理机架以及设置在清理机架上的垃圾导向机构；所述垃圾导向机构包括过滤件以及用于驱动所述过滤件竖向摆动的过滤驱动机构，其中，所述过滤件的两侧通过支撑杆转动连接在所述清理机架的连接转轴上，该过滤件下部的中间位置与连接杆的下端铰接，连接杆的上端则与偏心驱动轮铰接；所述偏心驱动轮通过偏心转轴转动连接在所述清理机架上；所述过滤件的两侧设置有沿着河水的流动方向倾斜设置的导向部，所述导向部上设置有多组过滤孔；所述过滤驱动机构包括设置在所述清理机架上的清理悬浮架、设置在清理悬浮架上的动力轮组以及用于将动力轮组的动力传输给所述偏心驱动轮以驱动该偏心驱动轮转动的动力传输机构，其中，所述动力轮组通过动力转轴安装在所述清理悬浮架上，所述动力转轴与所连接转轴之间，所述连接转轴与所述偏心转轴之间均通过带传动机构连接；

两侧的河岸在与所述过滤件对应的位置处设置有收集槽，所述垃圾提升装置设置在所述收集槽内；所述垃圾提升装置为螺旋提升机，所述螺旋提升机上方的出口处设置有导向漏斗，该螺旋提升机将进入所述收集槽内的垃圾提升至该螺旋提升机上方的出口处，并通过位于出口处的导向漏斗将垃圾转移至河岸上。