CN209943002U - 分布式微水发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种分布式微水发电系统，包括导流渠和安装在导流渠上的多台微水发电机构，每台微水发电机构均串联逆变控制器，串联后的多个逆变控制器连接有升压器，升压器的输出端连接有变压器，所述变压器通过导线与电源连接，微水发电机构包括水车、离合器、变速箱和低速永磁直驱发电机，水车上通过离合器与变速箱连接，变速箱与低速永磁直驱发电机连接，低速永磁直驱发电机与逆变控制器连接，相邻微水发电机构之间水流产生的水能可带动微水发电机构正常工作。本实用新型通过水车带动离合器转动，离合器带动变速箱转动，变速箱增速后带动低速永磁直驱发电机将水流产生的微小势能转换为微小的电流，以实现发电的目的。

Description

分布式微水发电系统

技术领域

本实用新型涉及水利发电领域，特别是涉及一种分布式微水发电系统。

背景技术

水利发电是一种无污染的清洁能源。现有的水利发电大多是使用水的动能进行发电，因此建设了很多拦河大坝为水利发电提供动能，但拦河大坝只适合落差较大的山区，对于水流相对平缓的平原地带，利用水流的动能发电效果较差。修建拦河大坝时相应衍生出大量且较长的引水枢纽——导流渠、农用引水渠等低流速小落差水流，现有的拦河大坝利用了水的动能发电，而水在流动时不仅具有动能，还具有势能，导流渠、农业引水渠内的水利含有大量的势能。近年来，伴随着全球能源供需矛盾的急剧恶化，人们更积极的投入再生能源的探索与研究，出现了针对渠沟、溪涧、江河的微水发电装置，但现有的微水发电装置难以适应具体河流沟渠的多变性，如水流的流速对发电的影响、相邻的微水发电装置如何保证正常工作等问题。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种适用于低流速、小落差分布式沟渠的分布式微水发电系统。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

分布式微水发电系统，包括导流渠和安装在导流渠上的多台微水发电机构，每台微水发电机构均串联有逆变控制器，串联后的多个逆变控制器并联有升压器，升压器上连接有变压器，变压器与电源连接，所述微水发电机构包括水车、离合器、变速箱和低速永磁直驱发电机，水车安装在导流渠内，所述离合器的主动端安装在水车上，离合器的从动端与变速箱连接，变速箱与低速永磁直驱发电机连接，低速永磁直驱发电机与逆变控制器连接，相邻微水发电机构之间水流产生的水能可带动位于后端的微水发电机构正常工作。

所述水车包括导流渠两侧安装的轴承架和安装在两个轴承架上的主轴，所述主轴上安装有固定支架盘和活动支架盘，所述固定支架盘固定在主轴上，所述活动支架盘套装在固定支架盘一侧的主轴上，主轴上设有防止活动支架盘转动的长键，固定支架盘与活动支架盘之间安装有多块绕主轴周线均匀分布的折叠叶片，所述固定支架盘上设有控制活动支架盘在主轴上移动的调节装置。

所述折叠叶片包括安装在固定支架盘上的固定支撑杆、安装在活动支架盘上的活动支撑杆、多根贯穿固定支撑杆和活动支撑杆的光杆、以及多个依次铰接的挡水板组，相邻挡水板组之间铰接有可在光杆上滑动的支撑环，多个依次铰接的挡水板组两端分别与固定支撑杆以及活动支撑杆铰接，所述挡水板组包括至少两块依次铰接的板叶。

所述调节装置包括安装在固定支撑盘上的电机和贯穿活动支撑盘的滚珠丝杠，滚珠丝杠包括丝杆和与丝杆螺纹配合的螺母，丝杆靠近电机的一端通过联轴器与电机的输出轴连接，所述螺母固定在活动支撑盘上。

所述水车上设有维修装置，所述维修装置包括安装在轴承架一侧的支撑框和悬挂安装在支撑框顶部的手动葫芦，所述手动葫芦上悬挂安装有与轴承架连接且用于吊起水车的固定件。

本实用新型具有如下效果：

(1)通过设置水车带动离合器转动，离合器带动变速箱转动，变速箱增速后带动低速永磁直驱发电机将水流产生的微小势能转换为微小的电流，再通过逆变控制器将低速永磁直驱发电机产生的电转换成交流电，并将交流电传入升压器进行升压，将升压后的电压被送入电源内，以实现发电的目的。

(2)通过在主轴上设置固定支架盘和活动支架盘，可通过调节活动支架盘与固定支架盘之间的距离调节折叠叶片与水流的接触面积，以便于保证微水发电机构适应沟渠水环境的多变性；

(3)通过在水车上设置折叠叶片，并在折叠叶片上设置多根光杆，可避免相邻的折叠叶片折叠时相互碰撞，提高了水车运行的稳定性，同时通过调节折叠叶片的宽度可调节水车传动的力矩和导流渠水流的通过量；

(4)通过电机和滚珠丝杠，可精确地调整活动支架盘与固定支架盘之间的距离，以便于协调多台微水发电机构的发电量；

(5)通过设置电刷与刷盘的结构为电机供电，提高了水车运行的稳定性，同时可避免电机的电线缠绕，使水车工作更稳定；

(6)通过在水车上设置离合器，可在微水发电机构出现故障时，使水车空转，水车上连接的发电机构停止工作，以便于对微水发电机构进行维修或维护，同时通过维修装置，可使水车离开导流渠，以避免水车维修时影响所需维修的水车影响导流渠内其余水车的正常工作。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型微水发电机构的结构示意图。

图3为本实用新型水车的结构示意图。

图4为本实用新型水侧的侧视图。

图5为本实用新型折叠叶片俯视图。

图6为本实用新型折叠叶片使用状态示意图。

图7为本实用新型调节装置的结构示意图。

图8为本实用新型维修装置的结构示意图。

附图标记：1、导流渠；2、微水发电机构；21、水车；211、轴承架；212、主轴；213、固定支架盘；214、活动支架盘；215、长键；216、折叠叶片；2161、固定支撑杆；2162、活动支撑杆；2163、光杆；2164、挡水板组；2165、板叶；2166、支撑环；22、离合器；23、变速箱；24、低速永磁直驱发电机；3、逆变控制器；4、升压器；5、变压器；6、调节装置；61、电机；62、滚珠丝杠；621、丝杆；622、螺母；63、联轴器；64、支撑架；65、电刷；66、刷盘；67、供电槽；68、电机换向器；69、保护罩；7、维修装置；71、支撑框；72、手动葫芦；73、固定件。

具体实施方式

实施例

如图1～8所示，本实施例提供的分布式微水发电系统包括导流渠1和安装在导流渠1上的五台微水发电机构2，相邻微水发电机构2之间水流产生的水能(导流渠内水流产生的水能包括水流动时产生的微小势能和因导流渠内微小落差产生的微小动能)可带动位于后端的微水发电机构2正常工作，每台微水发电机构2均串联有逆变控制器3，五个串联后的逆变控制器3并联有升压器4，升压器4上连接有变压器5，所述变压器5与电源连接，所述电源为蓄电池或供电网络，用于储存微水发电机构2所发的电，所述微水发电机构2包括水车21、离合器22、变速箱23和低速永磁直驱发电机24，水车21安装在导流渠1内，所述水车21包括导流渠1两侧安装的轴承架211和安装在两个轴承架211上的主轴212，所述主轴212上安装有固定支架盘213和活动支架盘214，所述固定支架盘213固定在主轴212上，所述活动支架盘214可滑动地套装在主轴212上，所述主轴212上设有防止活动支架盘214转动的长键215，活动支架盘214上加工有与长键215相配合的键槽，所述固定支架盘213与活动支架盘214上安装有多块绕主轴212周线均匀分布的折叠叶片216，工作时折叠叶片216置于导流渠1内，通过固定支架盘213和活动支架盘214可调节折叠叶片216与水的接触面积，用于调整水车21转动的扭矩，同时可用于调节导流渠1内水流量的大小；所述离合器22为牙嵌式电磁离合器22，离合器22的主动端固定在主轴212上，离合器22的从动端与变速箱23连接，变速箱23的输出轴上连接有低速永磁直驱发电机24，所述低速永磁直驱发电机24采用江苏乃尔风电技术开发有限公司生产的型号为NE-20000的三相永磁同步交流发电机，该发电机的额定功率为20000W、最大功率为25000W、额定电压为48V、额定转速为200r/m，三相永磁同步交流发电机仅需很小的扭矩就能工作，低速永磁直驱发电机24与逆变控制器3连接。

所述折叠叶片216包括安装在固定支架盘213上的固定支撑杆2161、安装在活动支架盘214上的活动支撑杆2162、多根贯穿固定支撑杆2161和活动支撑杆2162的光杆2163、以及多个依次铰接的挡水板组2164，相邻挡水板组2164之间铰接有可在光杆2163上滑动的支撑环2166，多个支撑环2166依次安装在光杆2163上，靠近固定支撑杆2161的挡水板组2164与固定支撑杆2161铰接，靠近活动支撑杆2162的挡水板组2164与活动支撑杆2162铰接，所述挡水板组2164包括至少两块依次铰接的板叶2165。光杆2163的数量越多，折叠叶片216可承受的冲击力越大，光杆2163用于保证折叠叶片216宽度调节后的强度，折叠叶片216折叠或展开均沿光杆2163的长度方向，可避免相邻折叠叶片216造成碰撞，提高了水车运行时的稳定性。

所述固定支架盘213上设有控制活动支架盘214位置的调节装置6，调节装置6包括安装在固定支撑盘上的电机61和滚珠丝杠62，滚珠丝杠62包括丝杆621和与丝杆621螺纹配合的螺母622，丝杆621靠近电机61的一端通过联轴器63与电机61的输出轴连接，所述螺母622固定在活动支撑盘上，所述电机61安装在固定支架盘213上，电机61的输出轴上连接有穿过活动支架盘214的滚珠丝杠62，滚珠丝杠62上设有与其螺纹配合有螺母622，螺母622固定在活动支架盘214上，所述滚珠丝杠62可精确的控制活动支架盘214的移动距离，因此通过控制电机61的通电时间则可以控制固定支架盘213与活动支架盘214之间的距离，以便于折叠叶片216与水的接触面积，从而可方便地调整多台微水发电机构2的发电量。

所述电机61一侧的固定支架盘213上安装有支撑架64，支撑架64上安装有与电机61电源线连接的两组电刷65，所述电刷65一侧的轴承架211上安装有刷盘66，所述刷盘66上加工有两圈与主轴212同轴线且与电刷65相配合的供电槽67，所述电刷65伸入供电槽67并且与供电槽67内壁靠接，两圈供电槽67通过导线连接有电机换向器68，通过电机换向器68控制供电槽67内的电流方向，以达到控制电机61正反转的目的，上述刷盘66外侧的轴承架211上套装有防止刷盘66和电刷65进水的保护罩69。通过刷盘66和电刷65为电机供电，可避免电机61的电源线缠绕在主轴212上，提高了水车21运行的稳定性。

所述水车21上设有维修装置7，所述维修装置7包括安装在轴承架211一侧的支撑框71和悬挂安装在支撑框71顶部的手动葫芦72，所述手动葫芦72上悬挂安装有与轴承架211连接的固定件73，通过维修装置7可使水车21脱离导流渠1，以便于水车21在不影响其余微水发电机构2正常工作的情况下进行维修。

本发明的使用方法是：

先根据导流渠1内水流的流速，计算相邻微水发电机构2的间距，计算所用公式为：C＝p+ρgh+(1/2)*ρv^2；

其中：C为水能量，p为水的压强，ρ为水的密度，g为重力加速度，h为导流渠11内水的高度，v为水的速度。

当计算出相邻微水发电机构2的间距后，先根据计算结果确定安装微水发电机构2的位置，安装微水发电机构2时，将水车21上的折叠叶片216、固定支撑杆2161和活动支撑杆2162组装完成后通过手动葫芦72吊装在导流渠上，然后在主轴212上连接离合器22，接着在导流渠上安装变速箱23、低速永磁直驱发电机24和逆变控制器3，安装完成通过手动葫芦72将水车置于导流渠1内，并通过离合器22将水车21与变速箱23连接，然后将轴承架211通过地脚螺栓固定在导流渠1上，通过电机61调整折叠叶片216的宽度，使折叠叶片216与导流渠1内水流的接触面积增加，用于增加水车21转动时的力矩，最后将多台微水发电机构2上的逆变控制器3并联后与升压器4连接，再将升压器4与变压器5连接，变压器5的输出端接入电源(电源为蓄电池或供电电网)，安装的多台微水发电机构2沿导流渠1的流向依次编号为1#、2#、3#、4#和5#，以便于对多台微水发电机构2进行管理。

工作时，工作人员根据每台逆变控制器3产生的电量控制所对应的调节装置6，具体操作如下：

当导流渠1内的水流速不变，1#的发电量过高，而2#、3#、4#和5#的发电量依次减弱时：工作人员给1#的刷盘66供电，刷盘66通电后通过电刷65给电机61的供电，电机61上电源接通后，带动滚珠丝杠62转动，使1#的活动支架盘214向固定支架盘213移动，当活动支架盘214向固定支架盘213移动时，多个相互铰接的板叶2165沿光杆2163的长度方向顺次折叠，用于减少折叠叶片216与导流渠1内水的接触面积，以增加1#后侧导流渠1内的水流速度，同时工作人员根据上述方法顺次减少2#、3#和4#上的折叠叶片216与水的接触面积，以保证五台微水发电机构2可正常工作，用于提高发电量。

当导流渠1内的水流速不变，1#正常发电，而2#、3#、4#和5#的发电量较弱时：工作人员给2#、3#和4#上的刷盘66供电，使电机61工作，电机61工作时带动活动支架盘214向固定支架盘213移动，用于减少2#、3#和4#上的折叠叶片216与导流渠1内水的接触面积，同时工作人员控制2#、3#、4#上的离合器22分离，使2#、3#、4#微水发电机构2上的水车21不受力，随后工作人员给1#和5#微水发电机构2上的刷盘66供电，同时控制电机换向器68工作，使活动支架盘214远离固定支架盘213，当活动支架盘214远离固定支架盘213时，多个相互铰接的板叶2165沿光杆2163的长度方向展开，用于增加1#和5#上折叠叶片216与水的接触面积，此时1#和5#正常发电，而2#、3#、4#微水发电机构2暂停供电。

当导流渠1内的水流速急剧增加时，工作人员控制离合器22分离，使水车21空转，以避免水车21受水流的冲击力影响造成变形，提高了水车21的使用寿命。

该系统还可以1#、3#和5#正常工作、2#和4#的主轴212空转，因此上述实施例仅为该系统常遇到的发电模式。

当水车21需要维修或更换配件时，先将待更换水车21上的离合器22分离，使主轴212空转，然后将该水车21的轴承架211从地脚螺栓上取出，随后通过手动葫芦72带动固定件73上行，固定件73上行时将水车21吊起，使水车21离开导流渠1，接着对水车21上的配件进行维修或更换，维修完成后通过手动葫芦72将水车21放入导流渠1内，再通过地脚螺栓将轴承架211固定在导流渠1上，并控制离合器22结合，使水车21可正常发电。

以上所述仅是本实用新型优选的实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何基于本实用新型所提供的技术方案和实用新型构思进行的改造和替换都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (5)

1.分布式微水发电系统，包括导流渠和安装在导流渠上的多台微水发电机构，每台微水发电机构均串联有逆变控制器，串联后的多个逆变控制器并联有升压器，升压器上连接有变压器，变压器与电源连接，其特征在于：所述微水发电机构包括水车、离合器、变速箱和低速永磁直驱发电机，水车安装在导流渠内，所述离合器的主动端安装在水车上，离合器的从动端与变速箱连接，变速箱与低速永磁直驱发电机连接，低速永磁直驱发电机与逆变控制器连接，相邻微水发电机构之间水流产生的水能可带动位于后端的微水发电机构正常工作。

2.根据权利要求1所述的分布式微水发电系统，其特征在于：所述水车包括导流渠两侧安装的轴承架和安装在两个轴承架上的主轴，所述主轴上安装有固定支架盘和活动支架盘，所述固定支架盘固定在主轴上，所述活动支架盘套装在固定支架盘一侧的主轴上，主轴上设有防止活动支架盘转动的长键，固定支架盘与活动支架盘之间安装有多块绕主轴周线均匀分布的折叠叶片，所述固定支架盘上设有控制活动支架盘在主轴上移动的调节装置。

3.根据权利要求2所述的分布式微水发电系统，其特征在于：所述折叠叶片包括安装在固定支架盘上的固定支撑杆、安装在活动支架盘上的活动支撑杆、多根贯穿固定支撑杆和活动支撑杆的光杆、以及多个依次铰接的挡水板组，相邻挡水板组之间铰接有可在光杆上滑动的支撑环，多个依次铰接的挡水板组两端分别与固定支撑杆以及活动支撑杆铰接，所述挡水板组包括至少两块依次铰接的板叶。

4.根据权利要求2所述的分布式微水发电系统，其特征在于：所述调节装置包括安装在固定支撑盘上的电机和贯穿活动支撑盘的滚珠丝杠，滚珠丝杠包括丝杆和与丝杆螺纹配合的螺母，丝杆靠近电机的一端通过联轴器与电机的输出轴连接，所述螺母固定在活动支撑盘上。

5.根据权利要求1～4任意一项权利要求所述的分布式微水发电系统，其特征在于：所述水车上设有维修装置，所述维修装置包括安装在轴承架一侧的支撑框和悬挂安装在支撑框顶部的手动葫芦，所述手动葫芦上悬挂安装有与轴承架连接且用于吊起水车的固定件。

Images