CN205689351U - 一种斜沟式聚能叶轮发电机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种斜沟式聚能叶轮发电机组，发电机组设置在河道坝体上一侧的斜沟坝上，斜沟坝的上方设有出水阀门，出水阀门的一侧为出水槽，将发电机组中的叶轮设置在斜沟坝的斜沟内，且叶轮的下部浸入到出水槽内，叶轮中的叶片、叶片支架、叶轮轴均与叶轮固定架连接，叶轮固定架上设有设有发电机支架，发电机支架上设有发电机以及与其连接的配电控制柜，在叶轮固定架设有滑轮，叶轮轴的输出端与增速机的输入轴连接，增速机的输出轴与发电机的转子轴连接；在斜沟坝上出水槽的两侧设有工字钢立柱，在利用工字钢本身的开口钢槽作为发电机组升降的轨道槽，行车上吊装有升降机。发电机组在讯水期和枯水期时都处在正常的发电状态。

Description

一种斜沟式聚能叶轮发电机组

技术领域

本实用新型涉及水力发电技术领域，具体涉及一种斜沟式聚能叶轮发电机组。

背景技术

目前传统的水利发电站都需要建高坝(15～200m以上)，建设周期长(2～3年)投资费用大(1KW建站成本约1万元以上)；传统高坝发电对环境的影响比较大，要对上游农田、文物、居民搬迁等后补工程成本较大，对下游居民的生命财产安全风险加大。另外，传统水利发电因阀门、水轮机等部件都埋在坝里面，部件一但老化或损坏其维修相当困难，本发明所有部件都是外露的，其维修和更换都是相当方便的。再有传统发电一个水头只能一台发电机发电，对资源的浪费较大。

从我国目前四大供电方式大比较中可以看出，火电仍占供电的主导地位，但煤价要涨，煤荒不但，火力发电成本增加，利润寥寥，每生产一度电，火电成本为0.4-0.5元，水电为0.2-0.3元，核电为0.3-0.4元，风电约1-1.5左右。作为清洁能源，成本优势：水电、核电将成为未来电力行业的主心骨，在十二五电力规化中，优先开发水电，大力发展核电已经被明确提出。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种只要在现有的低坝(3～7m)外，或水流和落差较好的水头一则引一条，或两条斜坡水沟，在同一出水量可以串连式两台或十多台以上机组发电，起到重复利用水动能资源作用的斜沟式聚能叶轮发电机组。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种斜沟式聚能叶轮发电机组，所述发电机组设置在河道坝体上一侧的斜沟坝上，斜沟坝的上方设有出水阀门，出水阀门的一侧为出水槽，将发电机组中的叶轮设置在斜沟坝的斜沟内，且叶轮的下部浸入到出水槽内，叶轮中的叶片、叶片支架、叶轮轴均与叶轮固定架连接，叶轮固定架上设有设有发电机支架，发电机支架上设有发电机以及与其连接的配电控制柜，在叶轮固定架或发电机支架上设有滑轮，叶轮轴通过轴承、轴承座与叶轮固定架连接，叶轮轴的输出端与增速机的输入轴连接，增速机的输出轴与发电机的转子轴连接；在斜沟坝上出水槽的两侧设有立柱，在两侧的立柱之间上方设有行车，行车上吊装有升降机，升降机上伸出的钢丝绳绕过滑轮其一端固定在立柱之间的行车轨道上。

其中优选的技术方案是，所述发电机组在斜沟坝上并排和/或成上下排列有多组。

优选的技术方案还有，在所述叶轮固定架的一侧设有升降感应开关。

优选的技术方案还有，所述叶片呈凹弧槽形，凹弧槽形叶片的边缘分别与叶片支架及叶轮轴连接，其中叶轮轴的轴线与出水槽中的水流方向垂直。

进一步优选的技术方案还有，所述叶片支架和凹弧槽形叶片与弧形运水槽之间呈半封闭结构。

优选的技术方案还有，所述立柱上设有导向槽，叶轮固定架上设有导向块，导向槽与导向块里的轴承滑动配合。

进一步优选的技术方案还有，所述立柱为工字钢立柱。

优选的技术方案还有，所述叶轮轴的两输出端与分别与两台增速机的输入轴连接。

优选的技术方案还有，所述升降机设有四台，每台升降机伸出一根钢丝绳，或由一台升降机中伸出四根钢丝绳，滑轮设置在叶轮固定架上的四角部位，每根钢丝绳分别绕过每个滑轮，每根钢丝绳的一端分别固定在立柱的顶端。

优选的技术方案还有，所述发电机的输出电缆与配电控制柜连接，由配电控制柜中输出的电缆通过设置在立柱顶部的逆变器与电网连接。

本实用新型的优点和有益效果在于：

1、斜沟式聚能叶轮发电机组只要在现有的低坝(3～7米)外或水流和落差较好的水头一则引一条或两条斜坡水沟，在同一出水量可以串连式两台或十多台以上机组发电，起到重复利用水动能资源的作用。而传统发电一个水头只能一台发电机发电，对资源的浪费较大。

2、斜沟式聚能叶轮发电机组采用浮标原理，通过水面的上升和下降，浮标触碰到升降升降感应开关，使发电机组通过水面的波动来调整叶轮与水面的深度，以保证发电机组不管在讯水期或枯水期都处在安全正常的发电状态。传统发电因大坝和发电机房都是固定在一定的位置，在高讯水期时大坝和机房都面临淹没和垮塌的可能，

3、斜沟式聚能叶轮发电机组中的水轮机叶片采用特特殊弧形角度(设计时叶片角度使终与水流角度形成90度)，使叶片受到最大动能冲击作用下，来带动增速机，以便达到最佳的发电效果。

4、斜沟式聚能叶轮发电机组中的增速器齿轮采用高强度的CR-NI低碳合金结构钢，其有较高的强度、韧性和耐磨性。其抗疲劳和使用寿命是一般齿轮的两倍；内部轴心孔采用进口机器加工，其精度公差小于0.02mm,齿轮大小，齿轮间扭距、模数大小等，根据力学原理分析合理布置，其配合运行阻力比一般增速器要轻出1/3。使其能带动更大功率的发电机。

5、斜沟式聚能叶轮发电机组是参照古时候“吸水车”原理(利用水流的冲击力使水车转动，将低位的河水引到高位处的水渠来灌溉农田)并根据牛顿力学原理(一切运动着的物体都具有一定的能量，其能量的大小与物体的质量和速度成正比，即F＝mv；当一运动着的物体受到另一物体的阻碍时，其能量就转移到阻碍物上这叫能量守恒定律。)结合水流特征而设计出一种特殊的聚能叶轮发电机组，并通过增速器的作用下来带动发电机发电，可以在现有河流中(3～7米)高左右的坝外一则引一条宽度约2～3米，深度约在1～2米的斜坡水沟(斜度约5～8度左右，长约100-200米左右)，流量在2立方米/秒以上，水流速度在1.5米/秒以上，梯阶式安装10组以上发电机组。具体可以根据河道的水流量和水流速度及斜坡长度来布置装机容量。所述发电机组还配备了自动升降机构，可以根据水位的高低自动调节叶轮与水面的深度，不管在汛水期还是在枯水期水轮机都会处在最佳的发电状态。该发电机组打破了传统发电多方面条件受限的因素，可以大力推广在我国的大小溪河流中，梯阶式并网供电。

6、由于斜沟式聚能叶轮发电机组是采用低坝或无坝在河道两则引斜坡水沟发电，这对河道的自然环境不受伤害，同时起到防止山体泥沙流失等作用，再来其建设周期短，每建一组发电站的周期只要在4-5个月就完成了。其每1KW综合成本约4000元左右。该斜沟式聚能叶轮发电机组在高讯水期时可以自动升高到安全的高度上，不会受到险情的影响，而在一般的讯水期或枯水期中都可以根据水位的高低自动升或降，保持发电机都处在安全正常的发电状态。

附图说明

图1是本实用新型斜沟式聚能叶轮发电机组的侧视结构示意图；

图2是图1的局部放大结构示意图；

图3是本实用新型斜沟式聚能叶轮发电机组的主视结构示意图；

图4是图3的局部放大结构示意图；

图5是本实用新型斜沟式聚能叶轮发电机组的俯视结构示意图；

图6是图5的局部放大结构示意图。

图中：1、出水阀门；2、运水沟；3、坝体；4、斜沟弧形运水槽；5、出水斜沟槽；6、水轮机框架；7、V弧型叶片；8、滑动倒向块总成；9、工字钢立柱；10、钢丝绳；11、升降机；12、行车；13、发电机组底座；14、发电机支撑架；15、发电机；16、发电机输出线缆；17、配电控制箱；18、增速机；19、增速机输入轴；20、水轮机中心传动轴；21、增速机输出轴；22、升降感应开关；23、配电箱输出线缆；24、逆变器；25、动滑轮；26、铁链。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如附图1至图6所示：本实用新型是一种斜沟式聚能叶轮发电机组，坝体3的最上方设有出水阀门1可以控制水量的大小，水流可以通过运水沟2把水运送到斜沟弧形运水槽4上流经出水斜沟槽5，且水轮机框架6和V弧形叶片7部分入浸在水沟中并与水轮机中心传动轴20固定在一起。中心传动轴20的两端与增速机输入轴19相连接并带动增速机18通过增速机输出端21与发电机15相连接，发电机15并通过发电机输出线缆16与配电控制箱17连接再通过配电箱输出线缆23与逆变器24连接。

发电机组底座13上用来固定发电机支撑架14，增速器18，升降滑动滚轮总成8；上端并用铁链26连接固定其中部用吊勾勾住，并通过动滑轮25的钢丝绳10回接到升降机11上，升降机11吊装在行车12的下面，整个发电机组可以通过升降机11上下来移动。

本实用新型优选的实施方案是，所述发电机组在斜沟坝体3上并排和/或成上下排列有多组。

本实用新型优选的实施方案还有，在所述发电机组底座13的一侧设有升降感应开关22。

本实用新型优选的实施方案还有，所述叶片7呈V弧槽形，凹弧槽形叶片7的边缘分别与叶片支架6及叶轮轴20连接，其中叶轮轴20的轴线与出水槽中的水流方向垂直。

本实用新型进一步优选的实施方案还有，所述叶片支架6和V弧槽形叶片7与斜沟弧形运水槽4之间呈半封闭结构。

本实用新型优选的实施方案还有，所述立柱为工字钢立柱9，其本身的凹槽可以使滑动倒向块上下定位滑动。

本实用新型优选的实施方案还有，所述叶轮中心轴20的两输出端与分别与两台增速机18的输入轴连接。

本实用新型优选的实施方案还有，所述发电机的输出电缆16与配电控制柜17连接，由配电控制柜17中输出的电缆23通过设置在立柱9顶部的逆变器24与电网连接。

斜沟式聚能叶轮发电机组的设计原则为：

1、本发电机组由：发电机、水轮机、增速机、升降机等部件组成，阀门是控制发电机转速,使交流电的频率符合国家并网要求(50HZ)。

2、本斜梯式水力发电的基本要求：

(1)、选择水位条件好，水流速度和流量比较稳定的地方。

(2)、选择不损坏自然河流的环保方案。

(3)、选择经济安全且无需移民等措施。

这是将低落差水的位能、动能，再通过本水轮机后转化成电能的一种发电方式，水力发电是人类利用大自然取之不尽、用之不竭绿色可再生能源。

斜沟式聚能叶轮发电机组中的机电系统设计原则为：

本水轮发电机组的机电系统类同传统水轮发电机组装置。其技术结构相当成熟，但用在低水位发电上具体有以下几个特点：

(1)、传统发电因为在高位能、高动能、高压能的作用下，在足够小的叶轮机上就可以发到比较大动能的电，反过来在低位能、低动能、低压能的作用下，只有加大水轮叶片的受力面积使在足够大水重力作用下，产生更大的动能。同时加大水轮的直径使受水叶片至轴心的距离拉长，使扭矩变长。起到四俩拔千斤的原理，所以其动能会成倍的增加，产生的电能就会更大。

(2)、因水轮机转速偏低，所以设备增加了增速比较大的增速器，但因水流速度比较稳定所以其转速通过出水口阀门控制出水量大小以达到调频并网要求。

(3)、因河道在讯水期和枯水期中，水位的波动影响，所以本发电机组配有自动升降机构，使整个发电机组都处在安全的发电状态。

采用斜沟式聚能叶轮发电站结构设计原则为：

(1)、在自然河流中现有的低坝或水流过急的河道一则引出斜坡水沟，把本水轮发电机组摆放在斜坡水沟上。叶片在水动能冲击作用下通过增速器来带动发电机，且可以多台机组在水沟上串连式并网发电技术。

(2)、采用一台水轮机带动两台增速机，两台发电机发电技术。

(3)、采用升降技术，使整个发电机组在讯水期时能自动提升；枯水期时能自动下降，保证发电机组都处在安全、最佳的发电状态。

(4)、采用聚能V型槽叶片使转动时达到最佳的动力发电技术。

斜沟式聚能叶轮发电机组发电站设计原理为：

本水力发电机组叶片采用V弧型槽结构，水流方向始终与叶片形成90度冲击，使叶片受到最大的冲击动能作用下来带动增速机，并在增速机的输出轴来带动发电机发电。本水轮机是以卧式形态置于水沟中。叶片的受水深浅度可以控制水轮机的转速以便达到调速并网的目的。两个大托盘架用来安装水轮机、增速机、发电机等并在四个角按装有倒向装置且套在工字槽上，在升降机的作用下使整个发电机组在水位波动时可以自动的升降。以便发电机都处在正常的发电状态。

本斜沟式聚能叶轮发电机组系统，比较适应在自然江、河、溪流中，落差在3-7米以上的坝外一则引水沟，或者无坝斜坡引水沟均可以使用本产品来发电，其发电量的大小可以根据水流量的大小来配置(水流量在2立方/秒，速度在2米以上/秒)。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种斜沟式聚能叶轮发电机组，其特征在于，所述发电机组设置在河道坝体上一侧的斜沟坝上，斜沟坝的上方设有出水阀门，出水阀门的一侧为出水槽，将发电机组中的叶轮设置在斜沟坝的斜沟内，且叶轮的下部浸入到出水槽内，叶轮中的叶片、叶片支架、叶轮轴均与叶轮固定架连接，叶轮固定架上设有设有发电机支架，发电机支架上设有发电机以及与其连接的配电控制柜，在叶轮固定架或发电机支架上设有滑轮，叶轮轴通过轴承、轴承座与叶轮固定架连接，叶轮轴的输出端与增速机的输入轴连接，增速机的输出轴与发电机的转子轴连接；在斜沟坝上出水槽的两侧设有立柱，在两侧的立柱之间上方设有行车，行车上吊装有升降机，升降机上伸出的钢丝绳绕过滑轮并回拉到升降机上。

2.如权利要求1所述的斜沟式聚能叶轮发电机组，其特征在于，所述发电机组在斜沟坝上并排和/或成上下排列有多组。

3.如权利要求1所述的斜沟式聚能叶轮发电机组，其特征在于，在所述叶轮固定架的一侧设有升降感应开关。

4.如权利要求1所述的斜沟式聚能叶轮发电机组，其特征在于，所述叶片呈凹弧槽形，凹弧槽形叶片的边缘分别与叶片支架及叶轮轴连接，其中叶轮轴的轴线与出水槽中的水流方向垂直。

5.如权利要求4所述的斜沟式聚能叶轮发电机组，其特征在于，所述叶片支架和凹弧槽形叶片与弧形运水槽之间呈半封闭结构。

6.如权利要求1所述的斜沟式聚能叶轮发电机组，其特征在于，所述立柱上设有导向槽，叶轮固定架上设有导向块，导向槽与导向块里的轴承滑动配合。

7.如权利要求6所述的斜沟式聚能叶轮发电机组，其特征在于，所述立柱为工字钢立柱。

8.如权利要求1所述的斜沟式聚能叶轮发电机组，其特征在于，所述叶轮轴的两输出端与分别与两台增速机的输入轴连接。

9.如权利要求1所述的斜沟式聚能叶轮发电机组，其特征在于，所述升降机设有两台，每台升降机伸出两根钢丝绳，或由一台升降机中伸出四根钢丝绳，滑轮设置在叶轮固定架上的四角部位，每根钢丝绳分别绕过每个滑轮，并回拉到升降机上。

10.如权利要求1所述的斜沟式聚能叶轮发电机组，其特征在于，所述发电机的输出电缆与配电控制柜连接，由配电控制柜中输出的电缆通过设置在立柱顶部的逆变器与电网连接。