CN216157807U - 立轴式水力发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供立轴式水力发电装置，包括主体支架、浮箱、排渣机构和叶轮组，所述叶轮组设于上支架与下支架之间，叶轮组包括从前至后依次排列的多个叶轮机构，叶轮轮轴向上穿过上支架装配有链轮，叶轮组中所有链轮通过链条连接传递动力，叶轮组产生的动力通过发电机构转化为电能；所述排渣机构包括安装于上支架前方的铧嘴型排渣架，排渣架安装左右两个对称且向外转动的排渣叶轮。本实用新型提出立轴式水力发电装置，可通过一个发电机组对多组叶轮机构收集的动能进行转换，适用于大部分河流的持续发电。

Description

立轴式水力发电装置

技术领域

本实用新型涉及水力发电设备技术领域，具体涉及立轴式水力发电装置。

背景技术

随着工业的发展和居民生活用电的增加，我们面临着能源紧缺、供电不足等亟待解决的问题。水利资源作为天然可再生能源，是能源发展的主力之一。河流发电是现行发展与应用较好的发电形式，最具代表性的是传统水电站发电，传统水电站的设置受地形、工作环境、修建成本等条件制约，需修建在特定河流位置，极大地限制了河流发电的普及与推广，不能充分利用水流资源，造成资源严重浪费。

为充分利用河流能源进行发电，市面上出现一些小型河流发电设备。如中国专利CN213684375U公开一种漂浮式河流发电装置，叶片滚筒安装于横轴，横轴通过左右两个漂浮箱固定，水流冲击叶片带动叶片滚筒转动，将动能输送至发电机组运行发电。现有河流发电设备中每个叶片滚筒需配置一个发电机组，单个发电机组不能同时获取多个叶片滚筒提供的动能，导致需安装较多发电设备，增加建设成本。且现有河流发电设备不具备排除河道浮渣干扰的排渣装置，河道浮渣会缠绕叶片滚筒影响其转动，并可能对叶片产生一定损坏。

因此，设计能有效利用河流资源发电的装置，具有重要的使用价值。

实用新型内容

本实用新型提出立轴式水力发电装置，可通过一个发电机组对多组叶轮机构收集的动能进行转换，能有效降低建设成本，提高水资源利用效率；且装置可适用于大部分河流的持续发电，对河流地形的要求低，便于普及和推广。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案解决上述问题：

立轴式水力发电装置，包括主体支架、浮箱、排渣机构和叶轮组，所述主体支架为上支架和下支架围成的上下式中空架体结构，浮箱固定于上支架提供浮力；所述叶轮组设于上支架与下支架之间，叶轮组包括从前至后依次排列的多个叶轮机构；所述叶轮机构包括纵向设置的叶轮，轮轴向上穿过上支架装配有链轮，叶轮组中所有链轮通过链条连接传递动力，叶轮组产生的动力通过发电机构转化为电能；所述发电机构的输入端与任一叶轮机构的轮轴同轴连接输入动力；所述排渣机构包括安装于上支架前方的铧嘴型排渣架，排渣架安装左右两个对称且向外转动的排渣叶轮。

上述方案中，叶轮在水流作用下旋转获得旋转动能，通过链条可将各叶轮机构连接为一个整体，将叶轮机构产生的旋转动能汇总，并经由一套发电机构转化为电能。叶轮机构通过链条连接可均匀调节转速，保证动能稳定输出，实现持续稳定发电。装置设置排渣机构，通过排渣机构能将进入工作区的河流浮渣向装置两侧引导，避免浮渣进入工作区影响叶轮机构正常运转。

进一步的，所述发电机构包括增速传动组件、活塞泵和水轮发电机；所述增速传动组件的输入端与任一叶轮机构的轮轴同轴连接获取旋转动力，增速传动组件的输出端连接活塞泵的动力输入端提供活塞泵工作动力，活塞泵吸水产生高压水流推动水轮发电机发电。

所述增速传动组件包括与叶轮机构轮轴同轴连接的输入齿轮，与输入齿轮啮合的传动小齿轮，所述传动小齿轮与传动大齿轮同轴连接，传动大齿轮与输出小齿轮啮合，输出小齿轮安装于活塞泵的动力输入端传递动力。

通过增速传动组件能调高输出转速，提高活塞泵的功率，有效带动水轮发电机工作发电。发电装置采用活塞泵和水轮发电机组合结构，水轮发电机单机容量大、发电稳定，能更好的适用于多个水轮机构的电力转化。

进一步的，所述上支架对应活塞泵安装位置开设用于安装水箱的安装孔，活塞泵的进水端、水轮发电机的出水端接入水箱。为水轮发电机配置对应水箱，能对发电转轮进行有效保护，减少河水杂质和腐蚀性液体对转轮的损伤，保证装置的使用效率。

进一步的，装置还包括安装于叶轮组前方的控流机构，所述上支架前端长于下支架，控流机构安装于上支架下方和下支架前端；所述控流机构包括铧嘴型控流架，阵列铰接于铧嘴型控流架左右三角边的控流转板，控流转板转轴向上穿过上支架并安装涡轮，同侧的涡轮通过控流蜗杆传动连接，控流蜗杆通过万向联轴器连接控流齿轮组，控流齿轮组将控流驱动装置输出的正反向旋转动力传递至控流蜗杆。

控流驱动装置通过控流齿轮组传递扭矩控制控流蜗杆转动，控流蜗杆带动控流转板旋转，可对进入主体支架的水流通道进行控制。当水流过大或变小时，可通过控流驱动装置控制控流转板向内或外旋转，减小板间水流通道大小，实现控流目的。

进一步的，所述叶轮机构包括叶轮、链轮、活页板，所述叶轮包括轮轴和叶片，叶片沿圆周排列于轮轴上，每个叶片由纵向间隙排列的由多个支撑杆构成，每个叶片上铰接有多个活页板，活页板纵向设置，并沿轮轴径向阵列。叶片上的活页板可根据水流方向自由开合，当需要承受水流推力做功时，活页板贴合叶片形成受力平面，带动叶轮转动。而非受力叶片的活页板张开，减少叶轮转动的阻力。

进一步的，所述上支架采用双层网状结构，上下两层之间焊接加强支架；所述上支架与下支架通过阵列排布的连接柱连接构成上下式中空架体；所述上支架顶部安装有顶板，连接柱外侧安装壁板，壁板将叶轮组工作区域与左右两侧水流隔开；

所述主体支架安装有可将水流导向叶轮机构的增流机构，所述增流机构包括增流板，增流板安装在与下一叶轮机构承受水流推力工作区对应的壁板预留间断里，两侧壁板的预留间断交替设置；

增流板纵向铰接于预留间断对应的主体支架上，用于将水流引向下一叶轮机构承受水流推力工作区；所述增流板转轴向上穿过上支架并安装涡轮，同侧增流板的涡轮通过增流蜗杆连接，增流蜗杆通过联轴器与增流驱动装置输出端连接获取正反向旋转动力。

进一步的，所述排渣架铧嘴前端左右三角侧壁设置排渣挡板，排渣叶轮位于排渣挡板后方，设置排渣挡板有助于浮渣排向装置两侧。所述排渣机构的高度与浮箱高度相同，安装位置低于主体支架的1/2。

进一步的，所述浮箱为两个，上支架左右两端宽于下支架用于安装浮箱。

进一步的，所述主体支架配置有漂浮定位装置，漂浮定位装置包括缆绳和对应的地锚。

本实用新型的优点与效果是：

1、本实用新型所述的立轴式水力发电装置，链条将各叶轮机构连接为一个整体，通过一套发电机构即可完成多个叶轮机构的能量转化，可有效减少发电机数量和维修成本。叶轮机构通过链条连接可使叶轮机构转速稳定，利于电能稳定输出，减少设备压力。

2、本实用新型所述的立轴式水力发电装置设有排渣机构，通过排渣机构能将进入工作区的河流浮渣向装置两侧引导，避免浮渣进入工作区影响叶轮机构正常运转。

3、本实用新型所述的立轴式水力发电装置设有控流装置，控流转板之间间隙构成水流通道，控流蜗杆带动控流转板旋转调节通道大小，进而调节进入水轮组工作区域的水流大小，实现控流目的。

4、装置中，叶轮机构采用叶片和活页板构成的铰接结构，叶片上的活页板可根据水流方向自由开合。当需要承受水流推力做功时，活页板贴合叶片形成受力平面带动叶轮转动，非受力叶片的活页板张开减少叶轮转动阻力，提高水流能量转化率。

附图说明

图1为立轴式水力发电装置的第一视角结构示意图；

图2为立轴式水力发电装置的第二视角结构示意图；

图3为立轴式水力发电装置的局部爆炸图；

图4为叶轮组工作原理示意图；

图5为叶轮机构的结构示意图；

图6为发电机构的结构示意图；

图7为控流机构的结构示意图；

图8为增流机构的结构示意图；

图9为立轴式水力发电装置安装于河流工作状态示意图。

图号标识：1、主体支架，11、上支架，12、下支架，13、壁板，14、顶板，2、浮箱，3、排渣机构，31、排渣架，32、排渣叶轮，33、排渣挡板，4、叶轮机构，41、叶轮，411、轮轴，412、叶片，42、链轮，43、活页板，5、链条，6、发电机构，61、增速传动组件，611、输入齿轮， 612、传动小齿轮，613、传动大齿轮，614、输出小齿轮，62、活塞泵， 63、水轮发电机，64、水箱，7、控流机构，71、控流架，72、控流转板， 73、控流蜗杆，74、万向联轴器，75、控流齿轮组，76、控流驱动装置， 8、漂浮定位装置，81、缆绳，82、地锚，9、增流机构，91、增流板，92、增流蜗杆，93、联轴器，94、增流驱动装置。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实施例所述的立轴式水力发电装置，如附图1、2、3所示，其主体包括主体支架1、浮箱2、排渣机构3、叶轮机构4、链条5、发电机构6、控流机构7、漂浮定位装置8和增流机构9。

主体支架1上下式架体结构，上支架11与下支架12通过阵列排布的连接柱连接，上支架11顶部安装有顶板14。连接柱外侧安装壁板13，壁板13将叶轮组工作区域与左右两侧水流隔开。上支架11采用双层网状结构，上下两层之间焊接加强支架，下支架12为角钢或槽钢焊接而成的单层网格结构。主体支架1侧视为T型结构，上支架11两端宽于下支架12 用于安装浮箱2。

上支架11前端长于下支架12，控流机构7安装于上支架11下方和下支架12前端。如附图4所示，五个叶轮机构4从前至后依次排列构成叶轮组，叶轮组安装于上支架11与下支架12之间。当然叶轮组也可为依次排列的多组，每组中叶轮机构4数量可调。

如附图5所示，叶轮机构4包括叶轮41、链轮42和活页板43，叶轮 41由轮轴411和叶片412构成，三个叶片412沿圆周均布于轮轴411上，每个叶片412由纵向间隙排列的由四个支撑杆构成。每个叶片412上铰接 4个沿轮轴411径向阵列的活页板43，叶轮41顶端向上穿过上支架11 装配链轮42。

叶轮组中所有链轮42通过链条5连接传递动力，并配置张紧轮辅助连接，叶轮组产生的动力通过发电机构6转化为电能，如附图1、2、3、 4所示。在链条5的连接下，前后两个叶轮机构4反向旋转。叶片412上的活页板43根据水流方向自由开合，需要承受水流推力做功时，活页板 43贴合叶片412形成受力平面带动叶轮转动，非受力叶片的活页板43张开减少转动阻力。

如附图8所示，增流机构9包括流板91、增流蜗杆92、联轴器93、增流驱动装置94。所述壁板13对应叶轮机构4承受水流推力位置间断，间断位置铰接设有增流板91，增流板91转轴向上穿过主支架11并安装涡轮，同侧增流板91的涡轮通过增流蜗杆92连接，增流蜗杆92通过联轴器93与增流驱动装置94输出端连接获取正反向旋转动力。左右两侧增流板91分别配置一套增流驱动机构，由主控器统一控制。

如附图1、6所示，发电机构6包括增速传动组件61、活塞泵62和水轮发电机63，增速传动组件61的输出端连接活塞泵62的动力输入端，活塞泵62的输出端接入水轮发电机63提供水轮转动动力。上支架11对应活塞泵62安装位置开设用于安装水箱64的安装孔，活塞泵62的进水端、水轮发电机63的出水端接入水箱64。

增速传动组件61由输入齿轮611、传动小齿轮612、传动大齿轮613、输出小齿轮614构成。输入齿轮611与位于中间叶轮机构4的轮轴同轴连接输入旋转动力，传动小齿轮612与输入齿轮611啮合，传动小齿轮612 与传动大齿轮613同轴连接，传动大齿轮613与输出小齿轮614啮合，输出小齿轮614安装于活塞泵62的动力输入端传递动力。

如附图7所示，控流机构7包括安装于上支架11下方和下支架12 前端的铧嘴型控流架71，控流转板72阵列铰接于铧嘴型控流架71左右三角边，控流转板72转轴向上穿过上支架11并安装涡轮，同侧的涡轮通过一个控流蜗杆73连接，控流蜗杆73通过万向联轴器74连接前方的控流齿轮组75，控流齿轮组75将控流驱动装置76输出的正反向旋转动力传递至蜗杆73。左右两控流蜗杆73可同时接入一个控流齿轮组75，通过一个控流驱动装置74控制。控流驱动装置74可采用电机和减速器的组合形式，电机与主控器连接。

如附图1、2所示，排渣机构3包括安装于上支架11前方，包括铧嘴型排渣架31，铧嘴前端左右三角侧壁设置排渣挡板33，两个排渣叶轮32 并排安装于排渣挡板33后方。排渣叶轮32由圆柱形轮体和沿圆周设于轮体外壁的弧形叶片构成，两轮体转动趋势向外，将流向装置的浮渣向两侧排出。整个排渣机构3的高度与浮箱高度相同，安装位置低于主体支架1的1/2。装置中排渣挡板33、顶板14、壁板13皆采用铁板制作。

漂浮定位装置8包括缆绳81和对应的地锚82，缆绳81连接装置和地锚82，通过地锚82可将立轴式水力发电装置定位于目标位置，安装位置灵活，适用于大部分河流发电。如附图7所示，设置左右两个漂浮定位装置8，两侧地锚82分别插装于两岸河堤上定位，立轴式水力发电装置可稳定漂浮于河道中部进行持续发电，如附图9所示。

以上结合附图对本实用新型的实施方式详细说明，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型仍落入本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.立轴式水力发电装置，其特征在于：包括主体支架(1)、浮箱(2)、排渣机构(3)和叶轮组，所述主体支架(1)包括上支架(11)和下支架(12)围成的上下式中空架体结构，浮箱(2)固定于上支架(11)提供浮力；

所述叶轮组设于上支架(11)与下支架(12)之间，叶轮组包括从前至后依次排列的多个叶轮机构(4)；所述叶轮机构(4)包括纵向设置的叶轮(41)，轮轴向上穿过上支架(11)装配有链轮(42)，叶轮组中所有链轮(42)通过链条(5)连接传递动力，叶轮组产生的动力通过发电机构(6)转化为电能；

所述发电机构(6)的输入端可与任一叶轮机构(4)的轮轴同轴连接输入动力；所述排渣机构(3)包括安装于上支架(11)前方的铧嘴型排渣架(31)，排渣架(31)安装左右两个对称且向外转动的排渣叶轮(32)。

2.根据权利要求1所述的立轴式水力发电装置，其特征在于：所述发电机构(6)包括增速传动组件(61)、活塞泵(62)和水轮发电机(63)；所述增速传动组件(61)的输入端与任一叶轮机构(4)的轮轴同轴连接获取旋转动力，增速传动组件(61)的输出端连接活塞泵(62)的动力输入端提供旋转动力，活塞泵(62)的输出端接入水轮发电机(63)推动水轮转动发电。

3.根据权利要求2所述的立轴式水力发电装置，其特征在于：所述增速传动组件(61)包括与叶轮机构(4)轮轴同轴连接的输入齿轮(611)，与输入齿轮(611)啮合的传动小齿轮(612)，所述传动小齿轮(612)与传动大齿轮(613)同轴连接，传动大齿轮(613)与输出小齿轮(614)啮合，输出小齿轮(614)安装于活塞泵(62)的动力输入端传递动力。

4.根据权利要求2所述的立轴式水力发电装置，其特征在于：所述上支架(11)对应活塞泵(62)安装位置开设用于安装水箱(64)的安装孔，活塞泵(62)的进水端、水轮发电机(63)的出水端接入水箱(64)。

5.根据权利要求1所述的立轴式水力发电装置，其特征在于：还包括安装于叶轮组前方的控流机构(7)，所述上支架(11)前端长于下支架(12)，控流机构(7)安装于上支架(11)下方和下支架(12)前端；

所述控流机构(7)包括铧嘴型控流架(71)，阵列铰接于铧嘴型控流架(71)左右三角边的控流转板(72)，控流转板(72)转轴向上穿过上支架(11)并安装涡轮，同侧的涡轮通过控流蜗杆(73)传动连接，控流蜗杆(73)通过万向联轴器(74)连接控流齿轮组(75)，控流齿轮组(75)将控流驱动装置(76)输出的正反向旋转动力传递至控流蜗杆(73)。

6.根据权利要求1所述的立轴式水力发电装置，其特征在于：所述叶轮机构(4)包括叶轮(41)、链轮(42)、活页板(43)，所述叶轮(41)包括轮轴(411)和叶片(412)，叶片(412)沿圆周排列于轮轴(411)上，每个叶片(412)由纵向间隙排列的由多个支撑杆构成，每个叶片(412)上铰接有多个活页板(43)，活页板(43)纵向设置，并沿轮轴(411)径向阵列。

7.根据权利要求1所述的立轴式水力发电装置，其特征在于：所述上支架(11)采用双层网状结构，上下两层之间焊接加强支架；所述上支架(11)与下支架(12)通过阵列排布的连接柱连接构成上下式中空架体；所述上支架(11)顶部安装有顶板(14)，连接柱外侧安装壁板(13)，壁板(13)将叶轮组工作区域与左右两侧水流隔开；

所述主体支架(1)安装有可将水流导向叶轮机构(4)的增流机构(9)，所述增流机构(9)包括增流板(91)，增流板(91)安装在与下一叶轮机构(4)承受水流推力工作区对应的壁板(13)预留间断里，两侧壁板(13)的预留间断交替设置；

增流板(91)纵向铰接于预留间断对应的主体支架(1)上，用于将水流引向下一叶轮机构(4)承受水流推力工作区；所述增流板(91)转轴向上穿过上支架并安装涡轮，同侧增流板的涡轮通过增流蜗杆(92)连接，增流蜗杆(92)通过联轴器(93)与增流驱动装置(94)输出端连接获取正反向旋转动力。

8.根据权利要求1所述的立轴式水力发电装置，其特征在于：所述排渣架(31)铧嘴前端左右三角侧壁设置排渣挡板(33)，排渣叶轮(32)位于排渣挡板(33)后方；所述排渣机构(3)的高度与浮箱(2)高度相同，安装位置低于主体支架(1)的1/2。

9.根据权利要求1～8中任何一项所述的立轴式水力发电装置，其特征在于：所述浮箱(2)为两个，上支架(11)左右两端宽于下支架(12)用于安装浮箱。

10.根据权利要求1～8中任何一项所述的立轴式水力发电装置，其特征在于：所述主体支架(1)配置有漂浮定位装置(8)，漂浮定位装置(8)包括缆绳(81)和对应的地锚(82)。

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