CN218760210U - 自动调节式水车发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种自动调节式水车发电装置，属于水力发电装置技术领域，包括发电装置本体和地面，发电装置本体包括主支柱，所述主支柱的上方设有主支臂，所述主支臂的前端依次连接有水车轮、水车轮副支臂、皮带轮、皮带、增速箱和发电机，所述水车轮和配重箱同心相反方向安装，所述主支臂的中部设有角度调节盘，所述调节控制部件连接角度调节盘，所述角度调节盘用于调节水车轮的入水角度，配重箱的末端设有操作手柄。能够实现水车轮的调整，水车轮的转速取决于水流对水车轮叶片的冲力，具有发电效率高、结构简单、成本较低的有益效果，并且无需较大落差，在自然河流中发电效率较高，应用范围较广，提升了发电效率。

Description

自动调节式水车发电装置

技术领域

本实用新型涉及一种自动调节式水车发电装置，属于水力发电装置技术领域。

背景技术

电能是现代社会最主要的能源之一。随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，对能源的需求量不断增长，有很多地区备受停电困扰、给我们的生活带来很多不便。石油、煤炭等传统石化能源价格的不断高涨以及他们在燃烧过程中对全球气候和环境所产生的影响日益为人们所关注，已迫使全世界将目光聚集在新能源的开发。从资源、环境、社会发展的需求看，开发和利用新能源和可再生能源是必然的趋势。

随着我国经济的快速增长，能源消耗总量也大幅度增长，煤炭、石油和天然气这些常规能源的消耗量越来越大，甚至需要依靠进口。在这样的情势下，发展新能源就显得特别重要而紧迫。在新能源和可再生能源家族中，水能是一种取之不尽、用之不竭、可再生的清洁能源，具有较好的应用前景。水力发电装置已经在现有技术中普及应用，但是，现有技术中的水车发电装置具体以下问题：水车轮无法进行调节，水车轮设置在水流中时，无论水位的高度，水车轮都无法进行调节，如中国专利公报2015.09.02公告的专利：皮带传动水车轮动力发电的机组，申请号：201520120532.9，水车轮动力由对轮传动其动力发电；利用流水落差形成的多个瀑布设置多个水车轮，或利用河流、或干渠、或水电站前后的引渠、排渠形成的落差设置多个水车轮，其动力由对轮传给变速器，以达到发电机需求的转数，与变速器相接的发电机发电，其中水车轮在工作时状态无法进行调整，发电机的效率低，其使用性能有待于进一步改进。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种自动调节式水车发电装置，能够实现水车轮的调整，水车轮的转速取决于水流对水车轮叶片的冲力，具有发电效率高、结构简单、成本较低的有益效果，并且无需较大落差，在自然河流中发电效率较高，应用范围较广，提升了发电效率。

本实用新型所述的自动调节式水车发电装置，包括发电装置本体和地面，所述发电装置本体安装在地面上，发电装置本体包括主支柱，所述主支柱的上方设有主支臂，所述主支臂的前端依次连接有水车轮、水车轮副支臂、皮带轮、皮带、增速箱和发电机，其中水车轮连接在水车轮副支臂的前端，水车轮放置在流动的水流中，皮带轮安装在水车轮的外部，所述皮带轮通过皮带连接所述增速箱，所述增速箱连接所述发电机，所述主支臂的后端连接有配重箱和调节控制部件，所述水车轮和配重箱同心相反方向安装，所述主支臂的中部设有角度调节盘，所述调节控制部件连接角度调节盘，所述角度调节盘用于调节水车轮的入水角度，配重箱的末端设有操作手柄。

进一步的，水流中安装有水位传感器，所述水位传感器连接所述调节控制部件，所述调节控制部件连接角度调节盘，角度调节盘连接有机械滚轴转盘，通过旋转机械滚轴转盘通过调节主支臂的角度从而控制水车轮的入水深度。

进一步的，水流的外部设有排水渠，所述排水渠中水流的上游部位设有电动调节闸门，所述调节控制部件连接电动调节闸门。

进一步的，主支柱的上部设有电动旋转轴承，主支柱的下部设有移动底座，所述电动旋转轴承的上方连接有定位销和主支臂定位板。

进一步的，调节控制部件包括控制箱，所述控制箱内设有电路控制器，所述电路控制器连接水位传感器、调节角度盘和电动调节闸门。

进一步的，控制箱的外部连接有远程控制部件，所述控制箱内设有震动感应模块和通信模块，所述远程控制部件通过通信模块与远程控制部件实现数据通信。

进一步的，发电机采用永磁发电机，发电机通过电缆线连接有并网逆变器，所述并网逆变器接入市电系统。

进一步的，水车轮包括叶片、挡水板、轮支撑臂、中心转动轴和辅助拉杆，所述叶片围绕中心转动轴均匀设置一周，每个叶片通过两侧垂直安装挡水板，挡水板通过轮支撑臂及辅助拉杆连接固定在中心传动轴上。

进一步的，皮带轮为重型皮带轮，所述皮带轮安装在水车轮的中心转动轴一端，皮带轮为铸铁件一次成型。

进一步的，增速箱为机械齿轮增速箱，所述增速箱内设有两级增速器，所述一级增速器为前端皮带轮与增速器输入端形成的增速器，另一级增速器为增速器输出端与发电机转动轴形成的增速器。

本实用新型与现有技术相比，具有如下有益效果：

本实用新型所述的自动调节式水车发电装置，通过设置角度调节盘实现水车轮的调整，水车轮的转速是开放的，不需要保持电网需要的同步速，水车轮的转速取决于水流对水车轮叶片的冲力，在水量较小时水车轮的转速降低，使水车轮叶片充分吸收水流的能量，提高了贫水期时的发电量；在盛水期，水流对水车轮的冲击力变大，水车轮的转速提高，带动发电机转速提高，水车轮和发电机功率变大，如当水车轮转速提高20％，发电机的发电能力可以提高40％，充分利用水资源，实现水多多发电，使水车轮根据水资源的大小始终处于最佳工作状态。

采用了永磁发电机，永磁发电机可以在变速状态下工作，这是传统发电机说不具备的，如果永磁发电机采用多绕组输出，可以实现更大范围下工作，如系统转速在100转～600转转速范围下均能使逆变器输出400V、50HZ的电能。发电机本身效率高，同样的水流可以多发电。发电机在转子中安有稀土永磁材料，给发电机产生励磁磁场，省去了励磁绕组和励磁控制屏，使系统结构简单，性能提高。永磁发电机能量密度大，在相同功率、相同转速下，发电机机体积小、重量轻，可以减少工程造价。当水流小时，逆变器可以自动控制发电机输出从而控制水车轮机减速运行，保持水头高度，提高水的冲击力，在同样水流情况下本实用新型的发电模式可以比现有的发电模式提高发电量数倍。

发电装置中的逆变器具有自动并网作用，不再需要另配并网柜，逆变器可以根据电网的电压变化自动调整输出电压的高低，将系统发出的电能及时并入电网输电。逆变器可以根据电网电压的变化自动调整输出电压和功率因数，使水利发电机系统与电网有机结合。逆变器具有全方位的电源保护方案和完善的自我检测和保护功能，在本身系统故障或电网故障时将自动从电网解列，保证系统安全。逆变器可方便实现上位机监控，实现远程数据采集和监视，实现水电站的无人值守和数字化运营管理。

附图说明

图1为本实用新型自动调节式水车发电装置的主视图；

图2为本实用新型自动调节式水车发电装置的侧视图；

图3为本实用新型自动调节式水车发电装置的电气连接框图；

图4为本实用新型自动调节式水车发电装置中水叶轮的侧视图；

图5为本实用新型自动调节式水车发电装置中水叶轮的主视图；

图6为本实用新型自动调节式水车发电装置中增速箱的主视图；

图7为本实用新型自动调节式水车发电装置中增速箱的俯视图；

图8为本实用新型自动调节式水车发电装置中增速器的工作状态图；

图中：1、水车轮；2、水车轮副支臂；3、皮带；4、皮带轮；5、轴承；6、轴承固定底座；7、增速箱；8、发电机；9、法兰连接片；10、机械滚轴转盘；11、主支臂定位板；12、角度调节盘；13、主支臂；14、配重箱；15、控制箱；16、电路控制器；17、电缆线；18、定位销；19、电动旋转轴承；20、主支柱；21、移动底座；22、数控线；23、水位传感器；24、并网逆变器；25、地面；26、排水渠；27、电动调节闸门；28、操作手柄；29、叶片；30、挡水板；31、加固板；32、轮支撑臂；33、中心转动轴；34、辅助拉杆；41、增速器输出端；42、发电机转动轴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明：

实施例1：

如图1-2所示，本实用新型所述的自动调节式水车发电装置，包括发电装置本体和地面25，发电装置本体安装在地面25上，发电装置本体包括主支柱20，主支柱20的上方设有主支臂13，主支臂13的前端依次连接有水车轮1、水车轮副支臂2、皮带轮4、皮带3、增速箱7和发电机8，其中水车轮1连接在水车轮副支臂2的前端，水车轮1放置在流动的水流中，皮带轮4通过轴承5和轴承固定底座6安装在水车轮1的外部，皮带轮4通过皮带3连接增速箱7，增速箱7连接发电机8，主支臂13的后端连接有配重箱14和调节控制部件，水车轮1和配重箱14同心相反方向安装，主支臂13的中部设有角度调节盘12，调节控制部件连接角度调节盘12，角度调节盘12用于调节水车轮1的入水角度，配重箱14的末端设有操作手柄28。主支臂13上设置多个法兰连接片9。

水流中安装有水位传感器13，水位传感器13通过数控线22连接调节控制部件，调节控制部件连接角度调节盘12，角度调节盘12连接有机械滚轴转盘10，机械滚轴转盘10通过调节主支臂13的角度从而控制水车轮1的入水深度。

水流的外部设有排水渠26，排水渠26中水流的上游部位设有电动调节闸门27，所述调节控制部件连接电动调节闸门27。

主支柱20的上部设有电动旋转轴承19，主支柱20的下部设有移动底座21，电动旋转轴承19的上方连接有定位销18和主支臂定位板11。

调节控制部件包括控制箱15，控制箱15内设有电路控制器16，电路控制器16连接水位传感器23、调节角度盘12和电动调节闸门27。

控制箱15的外部连接有远程控制部件，控制箱15内设有震动感应模块和通信模块，所述远程控制部件通过通信模块与远程控制部件实现数据通信。

发电机8采用永磁发电机，永磁发电机通过电缆线17连接有并网逆变器24，并网逆变器24接入市电系统。

水车轮1包括叶片29、挡水板30、加固板31、轮支撑臂32、中心转动轴33和辅助拉杆34，叶片29围绕中心转动轴33均匀设置一周，每个叶片29通过两侧垂直安装挡水板30，挡水板30通过轮支撑臂32及辅助拉杆34连接固定在中心传动轴33上。

皮带轮4为重型皮带轮，皮带轮4安装在水车轮1的中心转动轴33一端，皮带轮4为铸铁件一次成型。

增速箱7为机械齿轮增速箱，增速箱7内设有两级增速器，一级为前端皮带轮与增速器输入端形成的增速器，另一级为增速器输出端41与发电机转动轴42形成的增速器。

本实施例的具体应用为：在选好的河道或水渠边，先将地面进行平整后水泥商混硬化。发电装置整机在工厂内组装完成或分体在现场组装，吊装至定位点。先将移动底座21定位后，通过螺丝连接分别将主支柱20、主支臂13固定在其上面。主支臂13前端依次是水车轮1、水车轮副支臂2、皮带轮4、皮带3、增速箱7、发电机8。主支臂13后端依次是配重箱14、智能控制柜15、电路控制器16。其中水车轮1和配重箱13是同心相反方向安装。通过配重箱13末端的手动操作手柄28可以轻松控制水车轮1的入水深度及旋转主支臂13的方向。

装置机架部件都组装完成后先通过控制手柄28检查一下装置的稳定性及灵活性，水车轮1的入水角度的调整主要是通过主支臂中部的角度调节盘12来完成，末端的配重箱14抬起其前端的水车轮1就相反的下降，反向操作水车轮1就会提出水面。平时在停机状态的情况下可以通过主支臂14中间的定位板11穿定位销18固定。因为配重箱14的重量和水车轮1、皮带轮4、增速箱7、发电机8的重量相等，所以操作起来很轻。

其装置先期安装的时候是和水流平行状态的，在组装检查确认无误后，可以通过主支柱20上部的机械滚轴转盘10来调节主支臂13的方向，使发电装置由平行水流方向而变成和水流垂直方向。机械滚轴转盘10是电动、手动两用调节设计。

在调试完成后，通过电缆线17将发电机8和并网逆变控制柜25连接，接入市电系统，达到并网发电的完成。

设备在运行发电中，由于水流的水位具有不稳定性，会影响到水车轮1的转速及转矩，造成发电机不能正常发电运转。先期会在水流中安装水位传感器23，通过水位传感器23将水位的变化信号传递至末端的控制箱15内，再通过控制箱15内的控制元件来控制电动角度调节盘12，电动调节盘12旋转来调节主支臂13的角度而控制水车轮1的入水深度，使发电机达到最佳的发电效果。在有条件的固定水渠内可以安装电动调节闸门27在水流的上游部位，离水车轮1有一定的距离，结合水位传感器23的信号通过控制箱15来控制水流的宽窄度来调节水位的高低，起到多方面的调节。

如图3所示，本发电装置配备了水位传感器23、控制箱15、电路控制器16。根据水位传感器23的实时信号及时发送到控制箱15中心处理器中，由原先设定的数据来发送信号到电路控制器16中，分别来控制电动角度调节盘12、电动调节闸门27工作运转调整水车轮1的入水深度及水位的高低，通过程序APP可以远程控制控制箱15输出信号至电路控制器16来操作电动旋转轴承19工作，使发电装置的启动及转向回收。

其中本案例装置中控制箱15中有震动感应模块，当设备如有突发情况产生的震动超出设定范围后，会及时通过程序APP通知管理人员进行监控得到及时的操纵，最大化的减少了人工工时同时确保整套发电装置安全运行。

如图4-5所示，水车轮1中二十四个叶片29围绕中心转动轴33均匀设置有一周，每个叶片29通过两侧垂直安装有挡水板30，通过轮支臂32及辅助拉杆34连接固定在中心转动轴33上。叶片29设有一定的弧度更好的承受水流的冲力，从而增大水车轮1的转速及扭矩。

使用时，将机架放置于溪流或者河流岸边，最下方的叶片没入水中，中心转动轴33的轴心和溪流的流向垂直，使得水流垂直冲击最下方的叶片，叶片29受力最大，中心转动轴33的转动效果较好。没入水中的叶片29的两侧挡水板30朝向水流上游，具有一定的阻挡水流的效果，叶片29受到的冲击效果更好，中心转动轴33的转动效果也更好，即使平缓的水流也能推动中心转动轴33，进而带动发电机8发电的效率也就更高。

如图6-8所示，增速箱7为机械齿轮增速箱，通过齿轮齿数的多少进行增速，结构简单造价低便于维护等优点。

本装置案例中分为二级变速，一级为前端皮带轮与增速器输入端的皮带轮的速比为1：10，二级为增速器为1:8的速比，最终传递到发电机的速比为1:80，为水车轮转动1圈发电机转动800圈的转速。转速越高后面产生的扭矩就越小，能量的守恒定律互换的情况下，根据发电机的功率在运转时需要的转矩而定增速器的速比。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

采用以上结合附图描述的本实用新型的实施例的自动调节式水车发电装置，能够实现水车轮的调整，水车轮的转速取决于水流对水车轮叶片的冲力，提高水的冲击力，提升了发电效率。打破了现有水利发电系统配置模式，水车轮的转速是开放的，不需要保持电网需要的同步速，水车轮的转速取决于水流对水车轮叶片的冲力，在水量较小时水车轮的转速降低，使水车轮叶片充分吸收水流的能量，提高了贫水期时的发电量。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这些对实施方式进行的变化、修改、替换和变形仍落入本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种自动调节式水车发电装置，包括发电装置本体和地面(25)，所述发电装置本体安装在地面(25)上，其特征在于：所述的发电装置本体包括主支柱(20)，所述主支柱(20)的上方设有主支臂(13)，所述主支臂(13)的前端依次连接有水车轮(1)、水车轮副支臂(2)、皮带轮(4)、皮带(3)、增速箱(7)和发电机(8)，其中水车轮(1)连接在水车轮副支臂(2)的前端，水车轮(1)放置在流动的水流中，皮带轮(4)安装在水车轮(1)的外部，所述皮带轮(4)通过皮带(3)连接所述增速箱(7)，所述增速箱(7)连接所述发电机(8)，所述主支臂(13)的后端连接有配重箱(14)和调节控制部件，所述水车轮(1)和配重箱(14)同心相反方向安装，水流中安装有水位传感器(23)，所述主支臂(13)的中部设有角度调节盘(12)，所述调节控制部件连接角度调节盘(12)和水位传感器(23)，所述角度调节盘(12)用于调节水车轮(1)的入水角度，配重箱(14)的末端设有操作手柄(28)。

2.根据权利要求1所述的自动调节式水车发电装置，其特征在于：所述的调节控制部件连接角度调节盘(12)，角度调节盘(12)连接有机械滚轴转盘(10)，机械滚轴转盘(10)通过调节主支臂(13)的角度从而控制水车轮(1)的入水深度。

3.根据权利要求1所述的自动调节式水车发电装置，其特征在于：所述的水流的外部设有排水渠(26)，所述排水渠(26)中水流的上游部位设有电动调节闸门(27)，所述调节控制部件连接电动调节闸门(27)。

4.根据权利要求1所述的自动调节式水车发电装置，其特征在于：所述的主支柱(20)的上部设有电动旋转轴承(19)，主支柱(20)的下部设有移动底座(21)，所述电动旋转轴承(19)的上方连接有定位销(18)和主支臂定位板(11)。

5.根据权利要求3所述的自动调节式水车发电装置，其特征在于：所述的调节控制部件包括控制箱(15)，所述控制箱(15)内设有电路控制器(16)，所述电路控制器(16)连接水位传感器(23)、角度调节盘(12)和电动调节闸门(27)。

6.根据权利要求5所述的自动调节式水车发电装置，其特征在于：所述的控制箱(15)的外部连接有远程控制部件，所述控制箱(15)内设有震动感应模块和通信模块，所述远程控制部件通过通信模块与远程控制部件实现数据通信。

7.根据权利要求1所述的自动调节式水车发电装置，其特征在于：所述的发电机(8)采用永磁发电机，发电机(8)通过电缆线(17)连接有并网逆变器(24)，所述并网逆变器(24)接入市电系统。

8.根据权利要求1所述的自动调节式水车发电装置，其特征在于：所述的水车轮(1)包括叶片(29)、挡水板(30)、轮支撑臂(32)、中心转动轴(33)和辅助拉杆(34)，所述叶片(29)围绕中心转动轴(33)均匀设置一周，每个叶片(29)通过两侧垂直安装挡水板(30)，挡水板(30)通过轮支撑臂(32)及辅助拉杆(34)连接固定在中心转动轴(33)上。

9.根据权利要求8所述的自动调节式水车发电装置，其特征在于：所述的皮带轮(4)为重型皮带轮，所述皮带轮(4)安装在水车轮(1)的中心转动轴(33)一端，皮带轮(4)为铸铁件一次成型。

10.根据权利要求1所述的自动调节式水车发电装置，其特征在于：所述的增速箱(7)为机械齿轮增速箱，所述增速箱(7)内设有两级增速器。

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