CN1687582A - 可调双叶片斗传动链式水轮机 - Google Patents

Abstract

一种可调双叶片斗传动链式水轮机，包括有两组以上并联的若干链轮组，链轮组安装在三角铁支撑托(8)上，相邻链轮组之间以串联轴(2)联轴联动，运转轴(9)经链条(13)联动动力输出轴(18)，串联轴(2)上同轴分别套轴安装有大斗叶片(5)和小斗叶片(4)，大斗叶片(5)和小斗叶片(4)可围绕串联轴(2)相对链条(13)的沿线方向调节开合形成活叶斗式水腔。它的压力式锥体容积腔，可提高水头作用于斗链体，使水轮机获得更大的动能。本发明适用于不建坝的低水头潮汐发电和河流发电。也可用于高水头坝式水流发电。

Description

可调双叶片斗传动链式水轮机

技术领域

本发明属液力发动机，具体涉及一种可调双叶片斗传动链式水轮机。

在目前水力发电中，通常需要相当高的水头落差，往往需要建造堤坝水闸等大型建筑物。而在低水头发电中，根据不同水位、流量、流速，调节性使用聚积性水流，使聚积性水流建立起来的水头压力，作用在装置容积腔内的整个叶片上，获得更多的水流能量利用效率，并可用于双向水流利用，也可用于高势能水流应用，但其效果不佳，以至到目前低水头的江流、河流、海流在不建坝的情况下，对水能资源开发利用上，没有有效措施或水轮机装置。

申请号为98101697的中国专利申请，公开了一种“低水头发电水轮机”的技术方案。其采用堵截性使用做功水流截面的形式，其装配有压力水管，当水流从水平面进入进水口到压力水管中，形成档水板受质运动，带动链轮运转，并带动转轴转动发电机做功。该方案受力挡水板少，水流功能利用上效果不佳。中国专利申请95119306.6还公开了一种“单履式叶轮机”的技术方案，采用了履带式结构，其附图公开的不够充分，从说明书文字描述看，单片活叶结构依靠“绳或接链”形成一固定“三角形结构”，不便于根据水流大小调整水斗大小。

发明内容

本发明的目的是提供一种可调双叶片斗传动链式水轮机，它的斗和压力式锥体容积腔可调，在低水头的水流利用上，根据不同的水位、流量、流速，调节性使用聚积性水流，以致低水头势能得到提高，以使聚积性水流建立起来的水头压力，全部作用于容积腔内的整个叶片斗上，使之全部处于有功工作状态，提高水能利用效率。并且在潮汐双向水流利用上，相对于同一侧斗链来说，正向很好吸收水能，反向阻力减少，这样可以使低水头的江流、海流、河流在建堤坝水闸的情况下，得到有效开发利用。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种可调双叶片斗传动链式水轮机，包括有两组以上并联的若干链轮组，链轮组安装在三角铁支撑托上，相邻链轮组之间以串联轴联轴联动，运转轴经链条联动动力输出轴，其特征是串联轴上同轴分别套轴按装有大斗叶片和小斗叶片，大斗叶片和小斗叶片可围绕串联轴相对链条的沿线方向开合形成斗式水腔。大斗叶片为斗式形状，在斗式侧面设置定位装置和穿入串联调节轴，大斗叶片调节与链条沿线方向的开度为β角。小斗叶片为平板状，小斗叶片背面设置带有多个孔的调节鼻，串联调节轴穿入调节鼻内，小斗叶片调节与链条沿线方向的开度为α角。大斗叶片与链条沿线方向的调节开度β角为0°≤β＜180°，小斗叶片与链条沿线方向的调节开度α角为0°≤α＜90°。链轮组经三角铁支撑托与下档板联接，其围绕扭转轴与水平面的夹角θ为0°≤θ≤90°。β角、α角、θ角三者之间的最佳配合角度为β＝90°、α＝0°、θ＝45°。

水轮机工作时，大，小斗叶片在正向水流的作用下，自行张开形成水斗，吸收水能，反向水流作用下，则两个斗叶片则保持浸在水中的倒伏状，使水流通过，阻力减少。大斗叶片、小斗叶片、链条、滚子、双链串联轴、串联调节轴构成一个斗链体。斗链体安装在链轮上，并经滚子在轨道上滑行，链轮又分别固定在运转轴和输出轴上。运转轴和输出轴又经过装在其上的轴承和轴承座安装在三角铁连接支撑托架上，这样又构成一个主体工作部。上挡板、下挡板、u形底槽，链滚动支撑轨道，通过与主体工作部的三角铁连接支撑托架直接或间接联结，这样就构成了一个带有一个锥体定容积腔和一个锥体开合容积腔的水轮机。主体工作部可以绕运转轴或者扭转轴旋转一定角度，以致来改变斗链体与水流方向的夹角，也同时改变连着的锥体开合容积腔的大小，带有前、后八字引入板的二个锥体容积腔，可以汇集水流，使低水头势能得到提高，从而使斗链体达到适用不同流量而聚积性使用做功水流的单向运转，很好地吸收水流的位能、压力能，动能。本发明可通过三角铁连接支撑托架，安装在流水区域或浮体上，也可平装。它是由水流冲其大小叶片在水中形成的水斗，带动链条运动。链条又带动链轮运转，从而带动与链轮联接的运转轴和输出轴运转，经输出轴输出动能供给增速器或低速发电机置换成电能。

本发明相比现有技术，具有明显的技术效果。第一，由于本发明大、小斗叶片和斗链体的倾角可调，可以改变与水流方向的夹角以使叶片在正向水流作用下，形成水斗，最大地吸收水能，而反向水流则形成复合叶片，使水流通过阻力减到最小。同时在工作中可以使小斗叶片在链向形成一个类带式整体，从而使斗链体形成类带斗式，使整个叶片全部处于有功工作中，以聚积各斗吸收的水能，吸收能量与斗链体所对应的水流方向截面面积成正比。第二。本发明构成的二个锥体容积腔，可便于使正反方向水流分别通过，产生压力水流作用于斗链体，使斗链体单向运转，而达到双向水流利用的潮汐发电。第三、本发明装置多个联接组合形成一排，可由引入板组成类堤坝式，汇聚水流能量，经多排、多形式的连续组合利用，而经传动部件集于单一输出轴，输入动能，减小间息性和扩大发电利用功效。第四，本发明的应用还在于高水头势能、低水头势能的有坝或无坝都可利用的河流上，可折去一个锥体定容积腔而只保留一个开合利用的锥体开合容积腔，也可以实现把主体工作部的上部结构与U形底槽分离，安装在一个上部结构能在上下活动并可旋转一定角度的竖向活动可控轨道架上，以防洪水和杂物。第五、本发明还可以把主体工作部安装在一个筒形的容积腔内，或者单独置于水中，通过输出轴与外部的传动部件联结可实现海下利用。

该装置也可用于高水头势能的有坝的流水环境，并且能适应不同发电容量，不同自然流水环境，使流水发电的技术经济性得到提高。

附图说明

附图1为水轮机的主视图(A-A剖视)及水流工作功效状态图视图

附图2为水轮机的A-A局部剖视图的旋转放大视图

附图3为水轮机的H-H向局部剖视图的旋转放大视图

附图4为调节鼻的G向旋转放大视图

附图5为水轮机链轮组的C向视图及D-D向剖视图

附图6为水轮机链轮组的E-E向旋转剖面视图

附图7为水轮机链轮组的C向视图的F-F旋转视图

附图8为潮汐发电工作状态图

附图9为水轮机的M-M旋转剖面视图

附图10为附图9的S-S局部剖面旋转视图

附图11为水轮机输出轴和传动联结杆件的P-P和O-O旋转阶梯联合剖面图

附图12为附图8的Q向视图。

图中，1-串联调节轴，2-串联轴，3-连接筋，4-小斗叶片，5-大斗叶片，6-调节鼻，7-扭转轴，8-三角铁支撑托，9-运转轴，10-插板，11-后八字引入铁皮板，12-链滚动支撑轨道，13-链条，14-上挡板，15-链轮，16-轴承，17-轴套，18-动力输出轴，19-连接板，20-轴承座，21-下档板，22-前角八字引入铁皮板，23-U形底槽，24-弧形八字引入铁皮，25-滚子，26-大斗叶片定位孔，27-活动连杆，28-锥形齿轮联接托，29-推力球轴承，30-轴向锥形齿轮，31-连接锥形齿轮，32-联接轴承。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施例作进详细描述。实施例是用来说明本发明的，而不是对本发明作任何限制。

实施例1：

附图1-7为本实施例的结构图。

本实施例主要用于低水头发电。图中可调双叶片斗传动链式水轮机，包括有两组以上并联的若干链轮组，链轮组安装在三角铁支撑托8上，相邻链轮组之间以双链串联轴2联轴联动，运转轴9经链条13联动动力输出轴18，大斗叶片5和小斗叶片4，用扭套一并穿在串联轴2上转动，并经串联调节轴1、由小斗叶片4背面的代有15°孔、30°孔的圆弧形调节鼻6，调节小斗叶片4与链向的开度α角，0°≤α≤45°；大斗叶片5侧面的2个30°、2个45°的调节孔26及圆弧槽，调节大斗叶片5与链向的开度β角，0°≤β≤90°。大斗叶片5侧面有一个连接筋3。大斗叶片5，小斗叶片4，在正向水流作用下，自行张开形成水斗，吸收水能，而反向水流则仍保持浸在水中的叶片状，使水流通过阻力减小。大斗叶片5、小斗叶片4、链条13、滚子25、双链串联轴2及串联调节轴1，构成一个斗链体。斗链体安装在链轮15上，并经滚子25在链滚动支撑轨道12或下挡板21上滑行。链轮15又分别固定在运转轴9和输出轴18上，运转轴9和动力输出轴18，又经装在其上的轴套17、轴承16、轴承座20、安装在三角铁连接支撑托8上，构成一个主体工作部。三角铁连接支撑托8是通过下挡板21来连接的，下挡板21较厚兼有轨道和支撑连接的作用，下挡板21经连接板19与上挡板14连接在一起，并附属有后八字引入铁皮板11和前角八字引入铁皮板22及链滚动支撑轨道12及插板10，这样又构成一个上部构造体部，上部构造体部可以经扭转轴7与带有弧形八字引入铁皮板24的U形底槽23结合构成一个带有锥体定容积上腔和一个锥体开合容积下腔的水轮机。上部构造体部可以绕扭转轴7，旋转一定角度，以致来改变斗链体与水流方向的倾角θ，0°≤θ≤45°，同时也开合锥体容积腔。带有前角八字引入铁皮板22、弧形八字引入铁皮24及后八字引入铁皮板11的上、下两个锥体容积腔，可以汇集水流，使低水头势能得到提高，从而使斗链体达到适用不同流量而聚积性使用做功水流的顺时针方向运转，很能好地吸收水流位能、压力能、动能。本装置可通过三角铁连接支撑托8安装在流水区域或浮体上，也可将有主体工作部的上部构造体部与U形底槽23分离，安装在一个上部结构能在上下活动，并可旋转一定角度的竖向活动可控轨道架上，以实现不同水位，防洪防杂物的要求。本装置并且可以平装。本装置由安装在链条13上的大斗叶片5和小斗叶片4在水流中自行张开形成水斗，水流冲其水斗，顺时针运转，带动链条13运动.链条13又带动链轮15运转，从而带动与链轮联接的运转轴9和动力输出轴18运转，经动力输出轴18输出动能供给增速器和低速发电机置换成电能。

图1为水流断面最佳功效状态图，(α∝0°，β＝90°，θ＝45°)。对于潮汐发电的利用，可使斗链体倾斜一定θ角，也可以加大上挡板14，使上挡板14与斗链体组成的锥体定容积腔用于涨潮水流通过，由斗链体、下挡板21、U形底槽23组成锥体开合容积腔用于落潮水流通过。

实施例2：

附图8-10为本实施例的结构图。

大斗叶片5和小斗叶片4，用扭套一并穿在双链串联轴2上转动，并通过串在链条13上的串联调节轴1，由小斗叶片4背面的调节鼻6，调节小斗叶片4与链向的开度α角；由大斗叶片5侧面的圆弧活动槽，调节大斗叶片5与链向的开度β角。大斗叶片5的侧面还有一个连接筋3，大斗叶片5、小斗叶片4在正向水流作用下，自行张开形成水斗，吸收水能，而向反水流则可形成复合叶片，使水流通过阻力减小。大斗叶片5、小斗叶片4、链条13、滚子25、双链串联轴2、串联调节轴1构成一个斗链体，斗链体安装在链轮15上，并经滚子25可分别在链滚动支撑轨道12或上挡板14及U形底槽23上滑行，链轮15又分别固定在运转轴9和动力输出轴18上，运转轴9和输出轴动力18，又通过轴承16和轴承座20安装在三角铁连接支撑托架8上，又构成一个主体工作部。上挡板14可以连接在有主体工作部的上部三角铁连接支撑托架8上，组成上部活动体构造部。上部活动构造体部可以绕运转轴9旋转，以改变其上的斗链体与水流方向的倾角θ，并开合锥体容积腔。下挡板21和U形底槽23，链滚动支撑轨道12可以连接在有主体工作部的下部三角铁连接支撑把托架8上，组成下部固定体构造部。上挡板14和下挡板21和斗链体组成一个上部开合的容积腔；U形底槽与斗链体又组成一个下部锥体定容积腔。主体工作部又通过装在动力输出轴18上的联接轴承32、锥形齿轮联接托28、轴向锥形齿轮30、连接锥形齿轮31、推力球轴承29、活动连杆27，实现二个主体工作部传动联动。上部活动体构造部与下部固定体构造部通过其上的三角铁连接支撑托架8，组合安装在流水区域或浮体上，也可以安装在竖向活动并可旋转一定角度的可控轨道架上，以满足不同潮位或水位的需要，其装置并且可以平装。本装置由安装在链条13上的大斗叶片5和小斗片4，在水中由水流作用，自行张开形成水斗，水流冲其水斗单向运转，带动链条13运动，链条13又带动链轮15运转，链轮15又分别固定在运转轴9和动力输出轴18上，以上动力输出轴18为输出轴。从而带动动力输出轴运转，输出动能供给增速器或低速发电机置换成电能。

本实施例用在潮汐双向水流工作。上腔用于涨潮水流，下腔用于落潮水流，从图中可看出下部构造体部是置于水下的，可用于海下利用上、下两个主体工作部是联动的。它表示出多个主体工作部组合利用，扩大聚能效果。本装置在河流区域利用时，可以拆去下部固定体构造部，把带有喇叭口的U形底槽23与上部活动体构造部联接在一起用于不同河流断面。它也可把主体工作部单独作为一种水轮机装置，本装置的功能与例一基本相同。

本发明装置主要用于不建坝的低水头潮汐发电和河流发电。也可用于高水头坝式水流发电，这种装置的大小斗叶片的长、宽可选择，叶片斗的多少及链条的长短也可选择。它所输出的容量随斗及斗链体有效迎水截面面积、水流速度增加而增加，因而选择容量宽。可适应大容量发电系统的水轮机装置，它可适用于各种流体和河流断面，及海水、海浪工作。它可在容积腔出口处加装单向瓣膜，防止反向水流外泄损失能量，调节鼻及大斗叶片圆弧活动槽侧面可多打些孔，用销钉插入调节，也可装带螺钉卡片调节，开合容积腔挡板可用多片。本发明装置的应用可大幅度降低发电成本，它将会给水电事业带来大的技术经济进步。也是环保再生能源利用的有利装置。

大斗叶片侧面的圆弧形，在绕过链轮运转时，要注意由于绕性线长变化引起挤压现象，也就是弦弧差。并且大斗叶片也可用软绳索联接代替侧面圆弧活动槽实现调节斗的大小开度，其前缘可做成圆弧形以配合圆弧形U形底槽或筒形外壳。大小斗叶片边缘可粘贴胶条，用于解决密封泄漏问题。

Claims (8)

1、一种可调双叶片斗传动链式水轮机，包括有两组以上并联的若干链轮组，链轮组安装在三角铁支撑托(8)上，相邻链轮组之间以串联轴(2)联轴联动，运转轴(9)经链条(13)联动动力输出轴(18)，其特征是串联轴(2)上同轴分别套轴按装有大斗叶片(5)和小斗叶片(4)，大斗叶片(5)和小斗叶片(4)可围绕串联轴(2)相对链条(13)的沿线方向调节开合形成活叶斗式水腔。

2、根据权利要求1所述的可调双叶片斗传动链式水轮机，其特征是大斗叶片(5)为斗式形状，在斗式弧形侧面设置定位装置(26)和串联调节轴(1)，大斗叶片(5)与链条(13)沿线方向的开度为β角。

3、根据权利要求1所述的可调双叶片斗传动链式水轮机，其特征是小斗叶片(4)为平板状，小斗叶片背面设置带有多个孔的调节鼻(6)，串联调节轴(1)穿入调节鼻(6)内，小斗叶片(4)与链条(13)沿线方向的开度为α角。

4、根据权利要求2和或3所述的可调双叶片斗传动链式水轮机，其特征是大斗叶片(5)与链条(13)沿线方向的开度β角为0°≤β＜180°，小斗叶片(4)与链条(13)沿线方向的开度α角为0°≤α＜90°。

5、根据权利要求1所述的可调双叶片斗传动链式水轮机，其特征是链轮组经三角铁支撑托(8)与下档板(21)联接，其围绕扭转轴(7)或运转轴(9)旋转调节斗链体与水平面的夹角θ为0°≤θ≤90°。

6、根据权利要求1或2或3所述的可调双叶片斗传动链式水轮机，其特征是β角、α角、θ角三者之间的配合角度为β＝90°、α＝0°、θ＝45°。

7、根据权利要求1所述的可调双叶片斗传动链式水轮机，其特征是连接在三角铁支撑托(8)上的上挡板(14)和下挡板(21)和斗链体组成一个上部开合的锥体容积腔；U形底槽与斗链体又组成一个下部锥体定容积腔，并设置有前角八字引入铁皮板(22)、弧形八字引入铁皮(24)、后八字引入铁皮板(11)，主体工作部又通过装在动力输出轴(18)上的联接轴承(34)、锥形齿轮联接托(30)、轴向锥形齿轮(32)、连接锥形齿轮(33)、推力球轴承(31)、活动连杆(29)，实现二个主体工作部传动联动。

8、根据权利要求1所述的可调双叶片斗传动链式水轮机，其特征是大斗叶片5、小斗叶片4、链条13、滚子25、双链串联轴2、串联调节轴1构成的斗链体安装在链轮15上，并经滚子25可分别在链滚动支撑轨道12或上挡板14及U形底槽23上滑行。

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