CN203627064U - 一种应用于低水头的可再生能源水力发电装置 - Google Patents

Abstract

一种应用于低水头的可再生能源水力发电装置，其包括：具有多个叶片（3）的水车，各叶片（3）可与水车的中心轴（4）同步旋转；通过链条（5）连接中心轴链轮（9）、辅助链轮（13）和叶片轴链轮（7）；中心轴链轮（9）和中心轴轴承套（10）连为一体固定在基础座（16）上；可与水车的中心轴（4）同步旋转的提速齿轮箱（18）；和发电机组（19），多个叶片（3）接受流水冲击后带动水车中心轴（4）转动，动能通过提速齿轮箱（18）传递到发电机组（19），实现水力发电，其特征在于，所述多个叶片（3）以垂直于流水平面（20）的方式被安装在水车上，使得各叶片（3）在流水冲击下被驱动并且始终保持叶片（3）垂直于流水平面（20）。

Description

一种应用于低水头的可再生能源水力发电装置

技术领域

本实用新型涉及一种应用于低水头的可再生能源水力发电装置，是一种用链条来同步垂直水车叶片的水车发电装置，特别是一种叶片以始终保持垂直于流水平面的方式围绕水车中心轴旋转的水车发电装置。

背景技术

当前，开发清洁可再生能源是人类发展需求的必然趋势。水能是绿色可再生资源，将其开发利用具有重大意义。目前开发水能的方式一般是建设水电站，利用高效率的水轮机来转换水能，但它对选址有一定的要求，例如对于一些零散低水头的溪流就无法利用，如果在零散的溪流上建设水坝提高水头，则经济性较差（建设水坝存在破坏环境、投资成本较大、建设工期较长等缺点）。此外，过多的电力通常是利用抽水蓄能技术存储，即从下游水库抽水到上游水库，当电力需求大时，再从上游水库中放水发电，以满足供电需求。这种建造水库的工程的缺点是，造成了土地的损失，缺乏灵活性。同样，对于低水头的潮汐能利用，目前的方法也是采用建设水坝及高效率的水轮机，对选址也存在较大潮差的要求。而对一些分散的较低潮差的地址，其建设潮汐能电站的经济性就更差。

发明内容

如何经济性地利用这些零散溪流的流水动能和分散的低潮差的潮汐能，本实用新型提供了一种经济性地开发低水头流水发电的技术解决方案。本实用新型是一种采用基于新型水车结构的水能发电技术方案所研制出来的发电装置，它包括水车装置、提速齿轮箱、发电机组等部件。水车装置由两个架轮，多个叶片，多个叶片链轮，两个辅助链轮，一个中心轴，一个中心轴链轮和连接叶片链轮、辅助链轮与中心轴链轮的链条组成；发电机组由发电机、整流逆变模块和自动调节负载、自动对电瓶充放的电路模块组成。当流水正面冲击水车叶片时，叶片经架轮产生力矩，力矩使中心轴转动，中心轴旋转带动提速齿轮箱工作，提速齿轮输出一个适应发电机范围的转速，由发电机产生特征电压，特征电压经调控器识别后，对负载或电瓶做出调整策略，最后由发电机组输出一个稳定的电压和电流。本实用新型的水车发电装置可以克服现有技术的缺点，其不需要构造堤坝以提高水位，而且只要有水流动的地方均可建立，工程简易、投产快速，如此可以经济方便地达到利用零散溪流的流水动能和分散的低潮差的潮汐能的目的。本实用新型的水车发电装置可大可小、造价低、收益快、而且坚固、耐久和安全，适应于沿海和江河附近地区，经济效益显著。

本实用新型提供了一种用链条来同步垂直水车叶片的应用于低水头水力发电的水车轮发电装置，其包括：具有多个叶片的水车，各叶片可与水车的中心轴同步旋转；通过链条连接中心轴链轮、辅助链轮和叶片轴链轮；中心轴链轮和中心轴轴承套连为一体固定在基础座上；可与水车的中心轴同步旋转的提速齿轮箱；和发电机组，通过提速齿轮箱将动能传递到发电机组，实现水力发电，其特征在于，所述多个叶片以垂直于流水平面的方式被安装在水车上，经链条同步作用，使得各叶片始终保持垂直于流水面地带动中心轴转动，使水车叶片能承受任意大小任意方向的水流力冲击而不会自转。

此外，在各叶片中下部成一体地设置有平行于中心轴的叶片轴，所述叶片轴是沿叶片轴向分别从左和右端部向中部的每个隔间逐级增加厚度的圆管，其和每个隔间及间隔板焊接固定。所述水车左右两侧分别设置有边数与叶片的数目相同的多边形架轮，其中，所述架轮具有多个连接臂在多边形顶点处顺序连接在叶片轴的端部上，使得架轮可以所述中心轴的轴线为旋转中心旋转。所述辅助链轮安装在架轮连接臂的辅助链轮轴承套上，所述叶片轴链轮安装在叶片轴上，所述中心轴链轮安装在中心轴上，三者旋转的中心轴互相平行，并且三者链轮平面部分处于同一个平面内，以保证啮合的链条在传动的过程中不会脱落，其特征在于，所述链轮用链条连接，中心轴链轮安装在水车中心轴上，辅助链轮安装在架轮连接臂的辅助链轮轴承套上，叶片轴链轮顺序安装在架轮多边形顶点处的叶片轴上，用链条啮合中心轴链轮、辅助轴链轮和架轮多边形顶点处的叶片轴链轮，叶片轴链轮经链条约束与辅助链轮成反向转动，中心轴链轮经链条约束与辅助链轮成反向转动，叶片轴链轮与中心轴链轮经过链条的啮合传动后成同步转向，各叶片轴链轮转动的角度大小相同，与链条在中心轴链轮上转动的角度大小也相同，其中，中心轴链轮和叶片轴链轮的直径大小和相关特性参数要一致，链条啮合链轮转动要求在同一个平面内，中心轴链轮要和中心轴轴承套连为一体固定在基础座上。叶片垂直于流水平面接受流动水的冲击，多个水车叶片带动水车中心轴转动，动力从中心轴输出经提速齿轮箱传动，将动能传递到发电机组，通过发电机组将动能转换成电能，由输电线送外并网，提供电力应用。

在上述的水车发电装置中，水车叶片的数目为8至21个。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的水车发电装置的一个实施例的示意图。

图2是图1中所示的用链条来垂直水车叶片的原理图。

图3是图1中所示的水车叶片以及与叶片轴链轮相连的示意图。

图中1.架轮，2.架轮连接臂，3.叶片，4.中心轴，5.链条，6.叶片轴，7.叶片轴链轮，8.叶片轴轴承套，9.中心轴链轮，10.中心轴轴承套，11.隔板，12.隔间，13.辅助链轮，14.辅助链轮轴，15.辅助链轮轴承套，16.基础座，17.基础座支架，18.提速齿轮箱，19.发电机组，20.流水平面，21.河床底面。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细的说明。

图1所描述的为本实用新型的用链条（5）来同步垂直水车叶片（3）的水车发电装置的一个实施例。下面结合图1至图8中所示的附图标记进行说明。该水车发电装置具有多个叶片（3），各叶片（3）可与水车的中心轴（4）同步旋转，其中所述多个叶片（3）以垂直于流水平面（20）的方式被安装在水车上，所述架轮（1）具有多个连接臂（2）在多边形顶点处顺序连接在中心轴（4）的端部上，所述中心轴（4）轴向垂直于架轮（1）平面，架轮（1）可以所述中心轴（4）的轴线为旋转中心旋转。所述中心轴（4）端部各连接一个中心轴轴承套（10），该中心轴轴承套（10）安装有中心轴链轮（9），所述架轮连接臂（2）上固定安装一个辅助链轮轴承套（15），该辅助链轮轴承套（15）上安装有一个辅助链轮（13），该辅助链轮（13）通过链条（5）与中心轴链轮（9）连接，所述叶片（3）的叶片轴（6）两端安装有叶片轴链轮（7），通过链条（5）与辅助链轮（13）连接。所述链条（5）按顺序啮合叶片轴链轮（7）、中心轴链轮（9）和辅助链轮（13），所述中心轴链轮（9）、辅助链轮（13）和叶片轴链轮（7）的中心轴线互相平行，中心轴链轮（9）和叶片轴链轮（7）直径大小一致，叶片轴链轮（7）在架轮（1）的平行平面上经链条（5）的约束作用下围绕自身的轴线旋转，使得各叶片（3）在流水作用下被驱动并且始终保持叶片（3）垂直于流水平面（20）。所述中心轴轴承套（10）与中心轴链轮（9）成一体的安装于基础座（16）上，所述基础座（16）通过基础座支架（17）安装于应用实施例的河道上。所述叶片（3）垂直于流水平面（20）接受流动水的冲击，多个水车叶片（3）带动水车中心轴（4）转动，动力从中心轴（4）输出经提速齿轮箱（18）传动，将动能传递到发电机组（19），通过发电机组（19）将动能转换成电能，由输电线送外并网，提供电力应用。

图2描述了用链条（5）来垂直水车叶片（3）的原理图。在各叶片（3）中下部成一体地设置有平行于中心轴（4）的叶片轴（6），所述水车（3）左右两侧分别设置有边数与叶片（3）的数目相同的多边形框架的架轮（1），其中架轮（1）具有多个连接臂（2），在多边形顶点处顺序连接在叶片轴（6）端部的叶片轴轴承套（8）上，所述叶片（3）、叶片轴（6）与叶片轴链轮（7）成一体的安装在叶片轴轴承套（8）中的轴承中。所述中心轴轴承套（8）起到固定支撑水车安装位置的作用，所述架轮（1）的中心轴（4）从中心轴轴承套（8）中的轴承中穿过，在中心轴轴承套（8）焊接上脚撑，将其安装于基础座（16）上。所述用链条（4）来垂直水车叶片（3）的方法在于，辅助链轮（13）安装在架轮连接臂（2）上的辅助链轮轴承套（15）中，中心轴链轮（9）安装在水车中心轴（4）上，叶片轴链轮（7）顺序安装在架轮（1）多边形顶点处的叶片轴（6）上，用链条（5）啮合中心轴链轮（9）、辅助链轮（13）和架轮（1）多边形顶点处的叶片轴链轮（7），叶片轴链轮（7）用链条（5）与辅助链轮（13）约束成反向转动，中心轴链轮（9）经链条（5）约束与辅助链轮（13）成反向转动，链条（5）啮合链轮的形式成“凹”字型，中心轴链轮（9）与叶片轴链轮（7）经过链条（5）的啮合传动后成同步转向，其中，中心轴链轮（9）和叶片轴链轮（7）的直径大小和相关特性参数要一致，链条（5）啮合链轮转动要求在同一个平面内，中心轴链轮（9）要和中心轴轴承套（10）连为一体固定在基础座（16）上，如此，水车叶片（3）始终保持垂直于流水平面（20）地带动中心轴（4）转动，使水车叶片（3）能承受任意大小任意方向的水流力冲击而不会自转，从而最大效率地利用流水动能。所述链条（5）安装方法在于，先将多个叶片总成件相间顺序地安装在架轮（1）上，链条（5）按“凹”字型啮合到链轮上，而后按顺序调整每个叶片总成件的叶片（3）至垂直于流水平面的方向，接着用螺母锁紧叶片轴（6）端部的链轮（5）和叶片轴（6）。

图3描述了水车叶片（3）的构造和叶片轴链轮（7）与叶片（3）连接的示意图。所述叶片（3）采用“C”型压制，“C”型压制的弧度大小按应用实例中的流速大小确定，一般地，流速为3m/s对应的“C”型压制弧度大小为π/6，叶片（3）自左到右均分成多个隔间（12），一般地，隔间（12）横向大小为叶片（3）自上到下的宽度的110%，两个隔间（12）之间用隔板（11）分开，隔板（11）厚度为隔间（12）横向大小的1/100，特别的，叶片（3）左右两端的隔板（11）厚度为中间部分隔板（11）的2倍，叶片（3）自上到下均等地用钢筋横向加固在隔板（11）上。所述叶片轴（6）是沿叶片（3）轴向分别从左和右端部向中部的每个隔间（12）逐级增加厚度的圆管，叶片轴（6）安装的位置在叶片（3）自上到下的2/3处，如此可以避免叶片（3）吃水时的冲击力矩过大致使链条（5）脱落。所述叶片轴链轮（7）安装在叶片轴（6）的左右端部，于叶片轴轴承套（8）的外侧，叶片轴（6）左右端部加工成锥度轴头，锥度轴头外端加工有螺纹，叶片轴链轮（7）内部加工成锥度轴孔，而后安装在锥度轴头上，使用螺母紧固件于锥度轴头外端锁紧叶片轴链轮（7）和叶片轴（6），使得两者连为一体，保证叶片（3）受力矩转动时两者不打滑，叶片（3）和叶片轴（6）通过焊接也连为一体，叶片（3）、叶片轴（6）、叶片轴链轮（7）三者连为一体后通过轴承安装在架轮多边形顶点处的叶片轴轴承套（8）中，所述叶片轴轴承套（8）焊接在架轮连接臂（2）的端部上。所述水车叶片（3）的数目可以为8至21个，最佳优选的为10至14个，水车叶片（3）的宽度与长度可根据所安置的水道深度及宽度计算，叶片（3）的数目以及叶片（3）之间的距离以水车旋转时叶片（3）之间不会相碰为宜。

Claims (4)

1.一种应用于低水头的可再生能源水力发电装置，其包括：具有多个叶片（3）的水车，各叶片（3）可与水车的中心轴（4）同步旋转；通过链条（5）连接中心轴链轮（9）、辅助链轮（13）和叶片轴链轮（7）；中心轴链轮（9）和中心轴轴承套（10）连为一体固定在基础座（16）上；可与水车的中心轴（4）同步旋转的提速齿轮箱（18）；和发电机组（19），通过提速齿轮箱（18）将动能传递到发电机组（19），实现水力发电，其特征在于，所述多个叶片（3）以垂直于流水平面（20）的方式被安装在水车上，在各叶片（3）中下部成一体地设置有平行于中心轴（4）的叶片轴（6），所述水车左右两侧分别设置有边数与叶片（3）的数目相同的多边形架轮（1），其中，所述架轮（1）具有多个连接臂（2）在多边形顶点处顺序连接在叶片轴（6）的端部上，使得架轮（1）可以所述中心轴（4）的轴线为旋转中心旋转，所述叶片轴链轮（7）安装在叶片轴（6）上，所述中心轴链轮（7）安装在中心轴（4）上，所述辅助链轮（13）安装在架轮连接臂（2）的辅助链轮轴承套（15）上，三者旋转的中心轴（4）互相平行，使得各叶片（3）始终保持垂直于流水平面（20）地带动中心轴（4）转动，使水车叶片（3）能承受任意大小任意方向的水流力冲击而不会自转。 

2.根据权利要求1所述的一种应用于低水头的可再生能源水力发电装置，其特征在于，所述链轮用链条（5）连接，链条（5）按“凹”字型啮合到链轮上，中心轴链轮（9）安装在水车中心轴（4）上，叶片轴链轮（7）顺序安装在架轮（1）多边形顶点处的叶片轴（6）上，辅助链轮（13）安装在架轮连接臂（2）的辅助链轮轴承套（15）上，用链条（5）啮合中心轴链轮（9）、辅助链轮（13）和架轮（1）多边形顶点处的叶片轴链轮（7），叶片轴链轮（7）用链条（5）与辅助链轮（13）约束成反向转动，中心轴链轮（9）经链条（5）约束与辅助链轮（13）成反向转动，中心轴链轮（9）与叶片轴链轮（7）经过链条（5）的啮合传动后成同步转向，各叶片轴链轮（7）转动的角度大小相同，与链条（5）在中心轴链轮（9）上转动的角度大小也相同，其中，中心轴链轮（9）和叶片轴链轮（7）的直径大小和相关特性参数要一致，链条（5）啮合链轮转动要求在同一个平面内，中心轴链轮（9）要和中心轴轴承套（10）连为一体固定在基础座（16）上。 

3.根据权利要求1所述的一种应用于低水头的可再生能源水力发电装置，其特征在于，一架水车叶片（3）的数目为8至21个。 

4.根据权利要求1所述的一种应用于低水头的可再生能源水力发电装置，其特征在于，叶片（3）自左到右均分成多个隔间（12），两个隔间（12）之间用隔板（11）分开，叶片（3）自上到下均等地用钢筋横向加固在隔板（11）上，所述叶片轴（6）是沿叶片（3）轴向分别从左和右端部向中部的每个隔间（12）逐级增加厚度的圆管，叶片轴（6）安装的位置在叶片（3）自上到下的2/3处，所述叶片轴链轮（7）安装在叶片轴（6）的左右端部，于叶片轴轴承套（8）的外侧，叶片轴（6）左右端部加工成锥度轴头，锥度轴头外端加工有螺纹，叶片轴链 轮（7）内部加工成锥度轴孔安装在锥度轴头上，使用螺母紧固件于锥度轴头外端锁紧叶片轴链轮（7）和叶片轴（6），使得两者连为一体，叶片（3）和叶片轴（6）通过焊接也连为一体，叶片（3）、叶片轴（6）、叶片轴链轮（7）三者连为一体后通过轴承安装在架轮多边形顶点处的叶片轴轴承套（8）中，所述叶片轴轴承套（8）焊接在架轮连接臂（2）的端部上。 

Images