CN211038883U - 瀑布落差发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种瀑布落差发电装置，包括机架，机架上从上到下安装N个做功模块。做功模块包括转轮，转轮上安装多个储水桶，转轮底部下方安装接水漏斗，接水漏斗旁设有翻转挡板，转轮安装在中心转动轴上，最上面的做功模块的转轮顶部上方安装注水漏斗，接水漏斗、注水漏斗下方为注水位置，注水漏斗置于瀑布水流落口处的瀑布导流槽的出水口下方。采用第一发电方式时，所有做功模块通过齿轮传动机构共同与一发电模块连接，发电模块安装在机架底部。采用第二发电方式时，每个做功模块各自与一发电模块连接而组成单元模块，各发电模块并联连接输出。本实用新型利用瀑布的落差实现发电，发电效率高，充分利用了瀑布这种自然资源。

Description

瀑布落差发电装置

技术领域

本实用新型涉及一种利用自然现象瀑布的落差来实现发电的装置，属于发电设备技术领域。

背景技术

瀑布是一种自然现象，它与风能、太阳能、潮汐能一样，都是一种能被转换为可以利用的能源。对于瀑布，因为水是有重量的，当水从高处落下时便会产生动能，所以说瀑布也是一种绿色能源，但是，截止到目前，瀑布仍旧没有被人类充分利用。究其原因主要是大多瀑布的水流较小，像尼加拉瓜大瀑布、黄果树大瀑布那样水量充沛的瀑布比较少。由于瀑布的水流无法推动水轮机的叶片进行发电，因此小水流很难被利用，采用现有的技术根本就不能发电。

瀑布虽然具有上述缺点，但是其优点是与风能、太阳能、潮汐能等相比，其工作稳定，在一天24小时内都不会发生大变化，是一种很稳定的优质能源。目前较成熟的水力发电技术是利用大坝的蓄水容量和高度来实现，大坝蓄水高度越大，则水的压力就越大，发电功率就越大，而蓄水容量越大，则产生的水流量就越大，发电功率就越大。但是，这种水力发电方式需要修建一个可以储存庞大水量的水库才能实现，例如三峡水库等，因此，其在很大程度上受地理条件限制，对于形成有瀑布但没有足够空间修建水库的地形，无法使用上述水力发电方式，还是没有充分地利用瀑布资源。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种瀑布落差发电装置，其利用瀑布的落差来实现发电，发电效率高，充分利用了瀑布这种自然资源，成本低。

为了实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种瀑布落差发电装置，其特征在于：它包括机架，机架上从上到下安装有N个做功模块，做功模块包括安装在机架上的圆形转轮，转轮上安装有多个可翻转倾倒的储水桶，转轮底部下方安装有一接水漏斗，接水漏斗旁设有一翻转挡板，转轮安装在中心转动轴上且与中心转动轴一起旋转，最上面的做功模块的转轮顶部上方安装有一注水漏斗，接水漏斗、注水漏斗下方为注水位置，注水漏斗置于瀑布的水流落口处安装的瀑布导流槽的出水口下方，其中：当采用第一发电方式时，所有做功模块通过齿轮传动机构共同与一个发电模块连接，发电模块安装在机架底部；当采用第二发电方式时，每个做功模块各自与一个发电模块连接而组成单元模块，各个发电模块并联输出。

本实用新型的优点是：

本实用新型是利用瀑布的落差来实现发电，并有效通过重力重复做功和重力做功叠加大大提高了发电效率，解决了瀑布普遍流量小的问题，充分利用了瀑布这种自然资源，并且本实用新型不会出现动能逐级降低的现象，实施成本低，设备成本低。

附图说明

图1是本实用新型瀑布落差发电装置第一实施例的组成示意图。

图2是从图1的A向看去，做功模块的组成示意图。

图3是从图1的A向看去，发电模块的组成示意图。

图4是本实用新型瀑布落差发电装置第二实施例中的单元模块组成示意图。

具体实施方式

如图1至图3所示，基于瀑布落差发电原理，本实用新型提出了一种瀑布落差发电装置，包括机架10，机架10上从上到下安装有N个做功模块20，做功模块20包括安装在机架10上的圆形转轮51，转轮51上安装有多个可翻转倾倒的储水桶54，转轮51底部下方安装有一接水漏斗56，接水漏斗56旁设有一翻转挡板55，转轮51安装在中心转动轴52上且可与中心转动轴52一起旋转，最上面的做功模块20的转轮51顶部上方安装有一注水漏斗90，接水漏斗56、注水漏斗90下方均为注水位置，注水漏斗90置于瀑布的水流落口处安装的瀑布导流槽(图中未示出)的出水口下方，其中：当采用第一发电方式时，所有做功模块20通过齿轮传动机构共同与一个发电模块30连接，即各个做功模块20将各自做功叠加在一起后送至发电模块30进行发电，发电模块30安装在机架10底部；当采用第二发电方式时，每个做功模块20各自与一个发电模块30连接而组成单元模块，发电模块30安装在做功模块20旁边或内部，各个发电模块30并联连接输出电力，即各个做功模块20将各自做功分别送至各自对应的发电模块30进行发电，然后各个发电模块30输出的电力进行并联。

在本实用新型瀑布落差发电装置中，瀑布导流槽的作用在于，将从瀑布的水流落口流下的水接住、汇集在一起并送入注水漏斗90内，以使注水漏斗90将水继续注入其下方的储水桶54中。

在本实用新型中，发电模块30包括增速齿轮箱(或称增速箱)70和发电机80，其中：

当采用第一发电方式时，各个做功模块20的中心转动轴52一端通过齿轮传动机构与发电模块30的增速齿轮箱70的输入端连接，增速齿轮箱70的输出端与发电机80的输入端连接；

当采用第二发电方式时，每个做功模块20的中心转动轴52一端直接与相应的一发电模块30的增速齿轮箱70的输入端连接，增速齿轮箱70的输出端与发电机80的输入端连接，各个发电机80的输出端并联连接。

在实际实施中，机架10底部可设有提高稳固性的基座11，机架10从上到下可形成多个矩形体的框架，各框架内视发电方式安装做功模块20和/或发电模块30，框架的数量由瀑布的落差高度、转轮51高度等因素来合理确定。

在本实用新型瀑布落差发电装置中，各储水桶54在转轮51上沿圆周均布，转轮51上安装的储水桶54数量通常为偶数个，不受局限。储水桶54的容量是根据瀑布的流量设计的。

在实际设计中，各个做功模块20可以上下相对设置，或者不上下相对设置，只要可以将流水从上到下逐级连续传送即可，不受局限。

如图2，当采用第一发电方式时，齿轮传动机构包括主动齿轮61、从动齿轮62和竖直的传动轴40，其中：每个做功模块20的中心转动轴52伸出转轮51的一端安装有一主动齿轮61；各主动齿轮61分别与安装在传动轴40上的相应一从动齿轮62齿合；传动轴40底端安装有底从动齿轮63，底从动齿轮63与安装在增速齿轮箱70上的输入齿轮64齿合，以实现转轮51与增速齿轮箱70的连接。

如图2、图4，对于第一、第二发电方式，每个做功模块20的中心转动轴52伸出转轮51的另一端与固定在机架10上的固定座53上的轴承(图中未示出)可转动连接。

在实际实施时，在做功模块20中，通过增大转轮51的直径来降低转轮51的转速且增加转轮51产生的力矩，以此来提高储水桶的受水时间。

在实际实施中，转轮51的直径每增大14公分，转轮51的转速便会降低一倍，同时产生的力矩会提高一倍，也就是说，加大转轮与减小转轮的直径所产生的轴功率是一样的，但是，加大转轮51直径，转轮51的旋转速度会降低，这就使得储水桶54接水时间加长，从而解决了瀑布流量小的问题，而且可以达到储水桶54注满水的要求。在实际设计中，转轮51的直径可根据瀑布的水流量等因素来设计。

在实际实施时，对于第一发电方式，在做功模块20中，通过增大主动齿轮61的直径并减小从动齿轮62的直径来提高传动轴40的转速。

如图1至图3，传动轴40可包括上下设置的多个子传动轴41，上下相邻的两个子传动轴41之间通过联结件410相连。

在本实用新型瀑布落差发电装置中，主动齿轮61、从动齿轮62、底从动齿轮63和输入齿轮64可均采用伞型齿轮结构。

在本实用新型瀑布落差发电装置中，储水桶54可转动地安装在转轮51上，其中：当储水桶54随转轮51的旋转而触碰到翻转挡板55时发生倾倒，以使储水桶54内的水倒入下面的接水漏斗56中。

在本实用新型瀑布落差发电装置中，翻转挡板55的作用在于，一方面使储水桶54内的水经由接水漏斗56释放到下面处于注水位置的储水桶54中，另一方面，使上行转动的储水桶54处于无水的空载状态，而下行转动的储水桶54为盛有水的负载状态。在同一转轮51上，一半的储水桶54注有水(基本上注满)而另一半的储水桶54没有水的设计确保了转轮51可以始终处于单方向地自动旋转状态。

在本实用新型瀑布落差发电装置中，储水桶54上处于中心上方部位的连接轴与转轮51转动连接，这样的安装方式保证了储水桶54在随转轮51旋转过程中不会自己发生倾倒现象。

在本实用新型瀑布落差发电装置中，储水桶54的尺寸可由瀑布的水流量来确定，水流量越大，桶体积越大，最终实现的做功功率就越高。

在本实用新型中，与第一发电方式相比，第二发电方式省去了各个做功模块与发电模块之间的传动连接结构，即传动机构。

在实际中，最下面的做功模块20可不安装接水漏斗56而安装一排放漏斗(图中未示出)，排放漏斗下方安装有用于将水流排到地面上的瀑布泄水导流槽(图中未示出)。

在本实用新型瀑布落差发电装置中，机架10、转轮51、储水桶54、接水漏斗56、翻转挡板55、传动轴40等部件应采用防水、耐腐蚀的金属材料制成，增速齿轮箱70、发电机80应置于防水、防潮、耐腐蚀的防护罩内。

在本实用新型瀑布落差发电装置中，增速齿轮箱70、发电机80为本领域的已有设备。

以图1至图4为例，本实用新型瀑布落差发电装置的工作过程为：

瀑布水流经由瀑布导流槽、注水漏斗90向最上面的做功模块20中一半的储水桶54注水(基本上注满)，以及上面的做功模块20经由接水漏斗56向其下面的做功模块20中一半的储水桶54注水(基本上注满)，直至所有做功模块20中一半的储水桶54都处于注水(基本上注满水)的旋转做功状态，即各做功模块20均处于做功状态，此时对于每个做功模块20，其内各下行转动的储水桶54都注有水而处于负载状态，各上行转动的储水桶54都释放掉了水而处于空载状态，于是各做功模块20的转轮51在注有水的各储水桶54重力作用下旋转的同时，各做功模块20将产生的动能输出，其中：对于第一发电方式，各做功模块20的转轮51产生的力矩通过齿轮传动机构进行叠加，然后经由增速齿轮箱70增速后输出给发电机80进行发电；对于第二发电方式，各做功模块20的转轮51产生的扭力直接输入增速齿轮箱70，经由增速齿轮箱70增速后输出给发电机80进行发电，然后各个发电机80将电力并联输出。

对于每个做功模块20：

做功模块20的转轮51上处于(或说转至)注水位置的储水桶54接收落下的流水，在注水(基本上注满)的各储水桶54重力作用下，转轮51旋转，此储水桶54随转轮51旋转而下行转动，同时下一个储水桶54上行转动至注水位置开始注水，以此类推，其中：最上面的做功模块20的转轮51上处于注水位置的储水桶54接收经由瀑布导流槽、注水漏斗90流下的瀑布水流；其余的各做功模块20的转轮51上处于注水位置的储水桶54接收从上面的接水漏斗56流下的水流；

当储水桶54随转轮51旋转触碰翻转挡板55时发生倾倒，此储水桶54内的水释放掉(此储水桶54内的水被认为全部流出)，于是此储水桶54处于空载状态而随转轮51上行转动，且此储水桶54内的水经由其下的接水漏斗56流入下面的做功模块20的转轮51上处于注水位置的一储水桶54中，同时下一个储水桶54下行转动至翻转挡板55处开始释放水，以此类推；

当做功模块20的转轮51上的一储水桶54旋转一圈后，完成一次做功或说动能输出。

当然，对于最下面的做功模块20，因其下方没有其它做功模块20了，因此，其不存在继续将水流向下传递的任务，当其上的储水桶54随转轮51旋转触碰翻转挡板55时发生倾倒，储水桶54内的水通过排放漏斗、瀑布泄水导流槽释放掉即可。

本实用新型瀑布落差发电装置的特点在于基于瀑布落差将流水从上到下逐级连续传送，其中运用了重力重复做功和重力做功叠加，大大提高了设备的利用率。

重力做功叠加体现在两个方面：一方面体现在每个做功模块20中注有水的各储水桶54的重力叠加。另一方面，对于第一发电方式，重力做功叠加表现为力矩叠加，体现在各做功模块20产生力矩的叠加，对于第二发电方式，重力做功叠加表现在各发电机80基于各自做功模块20输出的扭力来产生电力，而后将电力进行并联输出。

重力重复做功体现在上下的做功模块20重复利用水流的重力来做功。

本实用新型的这种重力做功叠加与重力重复做功的结合，使得做功的功率大大提升，是一种加法工作方式。另外，本实用新型也可适用于“蓄能电站”这种高落差的发电项目，不限于瀑布。

本实用新型的这种瀑布发电方式解决了三个难点：第一个难点是瀑布大都流量比较小，采用目前的发电技术，小水流根本不可能发电。第二个难点是瀑布雨季流量大，旱季流量小，如果按照旱季发电流量设计发电系统，则雨季的时候很多的流量就浪费了。第三个难点是每个瀑布的流量和落差都不一样，就是同一个瀑布全年的流量也是不一样的，怎样使瀑布发电设备进行工业批量化生产也是一个难点。

本实用新型是利用水的落差来发电，落差越大，做功效率就越高，瀑布流量越大，发电的功率就越大。它与传统的水轮机发电方式正好相反，水轮机是利用水的流速和压力发电，瀑布发电是利用水的落差和流量来发电，水轮机发电是从水坝的底部取水，这样水的压力大、流速高，瀑布落差发电是从顶部瀑布取水，即便小水流也能实现发电，总之，瀑布发电是一种全新的能源转换方式，本实用新型的特点就是重力重复做功和重力做功叠加。

目前世界上所有的动力装置基本上都是一次性工作，利用率一般在30-40％左右，但是本实用新型基于瀑布落差采用了重力重复做功的发电技术，其是将动能反复的利用来提高利用率。例如，水电站的一个出水口目前只能安装一台水轮机工作，高速水流推动水轮机叶片旋转后，高压水流就被放掉了，这就是一次性做功，如果在一个出水口串联安装十台水轮机，这就是重复做功，此时的工作效率肯定比一个水轮机的工作效率要高，但是它存在一个实际问题，就是水的冲击力会逐级降低。但是，本实用新型的重力重复做功不会出现动能逐级降低的问题，这是因为水的重量在任何高度都是一样的，即便重复做功100次，重量也不会发生变化。本实用新型的瀑布落差发电方式的最大优点就是节约用水和高效工作。水轮机发电的流量是按照米/秒来计算的，而本实用新型的瀑布落差发电的流量是按照米/分来计算的，节约了发电用水实际上就是提高了工作效率。本实用新型开创了一个全新的能源利用领域，使人类又增加了一种能源转换手段。

本实用新型的优点是：

1、本实用新型利用瀑布的落差来发电，只要存在瀑布落差就能发电，并且落差越大，发电效率越高，瀑布水流量越大，发电功率越大，瀑布利用率高，有效解决了拥有瀑布的山区的用电问题。

2、本实用新型瀑布落差发电装置为一种单元模块化结构，便于工厂大批量生产，安装便捷，成本低，一台瀑布落差发电装置的成本远低于一台风力发电机组的成本。

3、本实用新型这种瀑布落差发电方式除了可应用在具有瀑布的地方之外，只要具有或说形成有水流落差的地方都可以应用，例如蓄能发电站等。

以上所述是本实用新型较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下，任何基于本实用新型技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本实用新型保护范围之内。

Claims (7)

1.一种瀑布落差发电装置，其特征在于：它包括机架，机架上从上到下安装有N个做功模块，做功模块包括安装在机架上的圆形转轮，转轮上安装有多个可翻转倾倒的储水桶，转轮底部下方安装有一接水漏斗，接水漏斗旁设有一翻转挡板，转轮安装在中心转动轴上且与中心转动轴一起旋转，最上面的做功模块的转轮顶部上方安装有一注水漏斗，接水漏斗、注水漏斗下方为注水位置，注水漏斗置于瀑布的水流落口处安装的瀑布导流槽的出水口下方，其中：当采用第一发电方式时，所有做功模块通过齿轮传动机构共同与一个发电模块连接，发电模块安装在机架底部；当采用第二发电方式时，每个做功模块各自与一个发电模块连接而组成单元模块，各个发电模块并联输出。

2.如权利要求1所述的瀑布落差发电装置，其特征在于：

所述发电模块包括增速齿轮箱和发电机，其中：

当采用所述第一发电方式时，各个所述做功模块的所述中心转动轴一端通过所述齿轮传动机构与所述发电模块的增速齿轮箱的输入端连接，增速齿轮箱的输出端与发电机的输入端连接；

当采用所述第二发电方式时，每个所述做功模块的所述中心转动轴一端直接与相应的一所述发电模块的增速齿轮箱的输入端连接，增速齿轮箱的输出端与发电机的输入端连接，各个发电机的输出端并联连接。

3.如权利要求2所述的瀑布落差发电装置，其特征在于：

当采用所述第一发电方式时，所述齿轮传动机构包括主动齿轮、从动齿轮和竖直的传动轴，其中：每个所述做功模块的所述中心转动轴伸出所述转轮的一端安装有一主动齿轮；各主动齿轮分别与安装在传动轴上的相应一从动齿轮齿合；传动轴底端安装有底从动齿轮，底从动齿轮与安装在所述增速齿轮箱上的输入齿轮齿合，以实现所述转轮与所述增速齿轮箱的连接；

对于所述第一、第二发电方式，每个所述做功模块的所述中心转动轴伸出所述转轮的另一端与固定在所述机架上的固定座上的轴承可转动连接。

4.如权利要求3所述的瀑布落差发电装置，其特征在于：

所述主动齿轮、所述从动齿轮、所述底从动齿轮和所述输入齿轮为伞型齿轮结构。

5.如权利要求1所述的瀑布落差发电装置，其特征在于：

在所述做功模块中，通过增大所述转轮的直径来降低所述转轮的转速且增加所述转轮产生的力矩。

6.如权利要求1至5中任一项所述的瀑布落差发电装置，其特征在于：

所述储水桶可转动地安装在所述转轮上，其中：当所述储水桶随所述转轮的旋转而触碰到所述翻转挡板时发生倾倒，以使所述储水桶内的水流入下面的所述接水漏斗中。

7.如权利要求1所述的瀑布落差发电装置，其特征在于：

最下面的所述做功模块不安装所述接水漏斗而安装一排放漏斗，排放漏斗下方安装有用于将水流排到地面上的瀑布泄水导流槽。

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