CN219827015U - 尾水排水渠用智能水轮发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种尾水排水渠用智能水轮发电装置，属于水轮发电装置技术领域，包括水轮发电装置本体，所述的水轮发电装置本体包括水轮左支架和水轮右支架，所述水轮左支架和手轮右支架之间设有水轮，所述水轮的中部连接有水轮转动轴，所述水轮左支架和水轮右支架上设有水轮升降机构，所述水轮转动轴其中一端的外部连接有发电平台，所述发电平台的一端与水轮转动轴连接在一起，发电平台的另一端连接有发电平台升降机构，现有技术的基础上进一步优化结构设计和电气控制设计，通过水轮两侧支架及发电机平台支架上端的电动丝杠升降机带动水轮和发电平台达到同步运行的效果，具有发电效率高、结构简单、智能控制程度高、成本较低的显著效果。

Description

尾水排水渠用智能水轮发电装置

技术领域

本实用新型涉及一种尾水排水渠用智能水轮发电装置，属于水轮发电装置技术领域。

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，世纪能源危机、全球电力紧张、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。

根据目前在现有的污水处理厂内，市政污水经过处理以后直接进行排放。大多数的污水处理厂的尾水排放流量在2-30万吨/天，或远远大于此数据，具有排放流量大、稳定的特点，而且排放的尾水还存在较好的落差大概有1.5-5米左右，存在水利能源大量浪费的情况。现有的水轮发电装置在运行时需要水流有较大落差，无法满足装配的需求，同时入水的深度调整不方便，水轮以及发电平台运行不同步，发电效率低、自动化程度低，综合以上情况，研发一种新型的智能水车发电装置来弥补微型发电站的空缺成为目前的迫切需求。

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尾水排水渠用智能水轮发电装置，在现有技术的基础上进一步优化结构设计和电气控制设计，通过水轮两侧支架及发电平台支架上端的电动丝杠升降机带动水轮和发电平台达到同步运行的效果，具有发电效率高、结构简单、智能控制程度高的显著效果。

本实用新型所述的尾水排水渠用智能水轮发电装置，包括水轮发电装置本体，所述的水轮发电装置本体包括水轮左支架和水轮右支架，所述水轮左支架和手轮右支架之间设有水轮，所述水轮的中部连接有水轮转动轴，所述水轮左支架和水轮右支架上设有水轮升降机构，所述水轮转动轴的两端连接所述水轮升降机构，所述水轮转动轴的外端连接有发电平台，所述发电平台的一端与水轮转动轴连接在一起，发电平台的另一端连接有发电平台升降机构，所述水轮升降机构和发电平台升降机构同步运行。

进一步的，水轮升降机构包括设置在水轮左支架和水轮右支架上的中心滑轨，所述水轮转动轴两侧的轴承座吊装至中心滑轨中，水轮左支架和水轮右支架的上端设有第一丝杠提升机。

进一步的，发电平台升降机构包括平台支架和设置在平台支架上滑轨，所述发电平台的一端置于平台支架的滑轨中，所述平台支架的上方设有第二丝杠提升机。

进一步的，发电平台上设有永磁发电机和行星增速器，所述水轮转动轴的一端连接有齿轮，所述水轮转动轴的一端连接有齿轮组，所述齿轮组实现水轮转动轴与行星增速器的输入轴啮合，行星增速器的输出端用联轴器和低速永磁发电机连接。

进一步的，永磁发电机连接有电缆线，所述电缆线连接有并网逆变器，并网逆变器接入污水厂内市电供电系统。

进一步的，水轮包括轮辐、叶片、轮辐固定盘和轮辐定位盘、所述叶片围绕着水轮转动轴为中心均匀成放射状状态布置，轮辐固定盘焊接在水轮转动轴上，轮辐定位盘固定在轮辐固定盘上，轮辐固定在轮辐定位盘的外侧圆周上，轮辐的上还连接有轮辐角度二次定位盘和轮辐加固定位板。

进一步的，还包括控制箱，所述控制箱内设有中心处理器，所述中心处理器连接有电路控制器，水流中安装有水位感应器，水位感应器连接有流量计，所述流量计连接电路控制器，电路控制器连接所述水轮升降机构和发电平台升降机构。

进一步的，中心处理器还连接有远程监控器和无线模块。

进一步的，发电平台升降机构中安有震动感应器，所述震动感应器连接有震动模块处理器，震动模块处理器连接中心处理器。

进一步的，水轮左支架和水轮右支架放置于尾水排水渠防水墙上方，所述水轮发电装置本体为单机或多机安装。

本实用新型与现有技术相比，具有如下有益效果：

本实用新型所述的尾水排水渠用智能水轮发电装置，在现有技术的基础上进一步优化结构设计和电气控制设计，通过水轮两侧支架及发电平台支架上端的电动丝杠升降机带动水轮和发电平台达到同步运行的效果，具备智能处理器、远程监控及操控系统。整套设备具有自动调节水轮的入水深度及转速、发电机输出电压的整流变流并网、自动控制的技术方案，具有发电效率高、结构简单、智能控制程度高、成本较低的显著效果，并且无需较大落差，在尾水水渠、自然河流中发电效率较高，应用范围较广。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，水车轮的转速完全取决于水流对水轮叶片的冲力，在水量较小时水车轮的转速降低，使水轮叶片充分吸收水流的能量，提高了贫水期时的发电量。

并网逆变器采用交-直-交PWM整流加PWM全桥逆变双级电路技术，核心控制采用双DSP全数字化控制，在发电机的转子侧变流器实现定子磁场定向矢量控制策略，电网侧变流器实现电网电压定向矢量控制策略；系统具有输入输出功率因数可调、自动软并网和最大功率点跟踪控制功能。功率模块采用高开关频率的IGBT功率器件，保证良好的输出波形。这种整流逆变装置具有结构简单、谐波含量少等优点。逆变器具有自动并网离网等功能，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为本实用新型尾水排水渠用智能水轮发电装置整体的侧视图；

图2为本实用新型尾水排水渠用智能水轮发电装置整体的主视图；

图3为本实用新型尾水排水渠用智能水轮发电装置中水轮的结构图；

图4为本实用新型尾水排水渠用智能水轮发电装置中轮辐支架的结构图；

图5为本实用新型尾水排水渠用智能水轮发电装置中轮辐支架与叶片的组装图；

图6为本实用新型尾水排水渠用智能水轮发电装置中齿轮变速箱的内部结构图；

图7为本实用新型尾水排水渠用智能水轮发电装置中齿轮变速箱的外部结构图；

图8为本实用新型尾水排水渠用智能水轮发电装置的电气连接图；

图9为本实用新型尾水排水渠用智能水轮发电装置的安装布局图；

图中：1、水轮；2、水轮转动轴；3、水轮左支架；4、第一丝杠提升机；5、水轮右支架；6、固定座；7、齿轮组；8、行星增速器；9、联轴器；10、永磁发电机；11、第二丝杠提升机；12、平台支架；13、平台定位器；14、控制箱；15、并网逆变器；16、电缆线；17、水位信号线；18、发电平台；19、平台升降架辅助连接加固杆；20、水位感应器；21、震动感应器；22、尾水排水渠；23、尾水；24、水位观察尺；25、地锚件；26、混凝土基层；27、地面；28、远程监控器；29、隔音保护罩；30、轮辐；31、辅助拉杆；32、大齿轮；33、小齿轮；34、增速器输入端；35、增速器输出端；211、轮辐支臂；212、轮辐固定盘；213、轮辐定位盘；214、轮辐角度二次定位盘；215、轮辐加固定位板；216、叶片。

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，本实用新型所述的尾水排水渠用智能水轮发电装置，包括水轮发电装置本体，水轮发电装置本体包括水轮左支架3和水轮右支架5，水轮左支架3和手轮右支架5之间设有水轮1，水轮1的中部连接有水轮转动轴2，水轮左支架3和水轮右支架5上设有水轮升降机构，水轮转动轴2的两端连接所述水轮升降机构，水轮转动轴2其中一端的外部连接有发电平台18，发电平台18的一端与水轮转动轴2连接在一起，发电平台18的另一端连接有发电平台升降机构，水轮升降机构和发电平台升降机构同步运行。

水轮升降机构包括设置在水轮左支架3和水轮右支架5上的中心滑轨，水轮转动轴2两侧的轴承座吊装至中心滑轨中，水轮左支架3和水轮右支架5的上端设有第一丝杠提升机4。

发电平台升降机构包括平台支架12和设置在平台支架12上滑轨，发电平台18的一端置于平台支架12的滑轨中，平台支架12的上方设有第二丝杠提升机11。

发电平台18上设有永磁发电机10和行星增速器8，水轮转动轴2的一端连接有齿轮组7，所述齿轮组7与行星增速器8的增速器输入轴端齿轮相啮合，增速器输出端35用联轴器9和永磁发电机10连接。

永磁发电机10连接有电缆线16，电缆线16连接有并网逆变器15，并网逆变器15接入污水厂内市电供电系统。并网逆变器15和控制箱14设置在地面27上。

水轮1包括轮辐30、叶片216、轮辐固定盘212和轮辐定位盘213、叶片216围绕着水轮转动轴2为中心均匀成放射状状态布置，轮辐固定盘212焊接在水轮转动轴2上，轮辐定位盘213固定在轮辐固定盘212上，轮辐30固定在轮辐定位盘213的外侧圆周上，轮辐30之间设有辅助拉杆31，轮辐30的上还连接有轮辐角度二次定位盘214和轮辐加固定位板215。

水轮1的外部设有隔音保护罩29，用于隔音防护。轮辐30上设置轮辐支臂211。

发电装置还包括控制箱14，控制箱14内设有中心处理器，中心处理器连接有电路控制器，水流中安装有水位感应器20，水位感应器20连接有水位信号线17；水位感应器20连接有流量计，流量计连接电路控制器，电路控制器连接水轮升降机构和发电平台升降机构。

在水流中设置水位观察尺24可用来观察水位。

中心处理器还连接有远程监控器28和无线模块。

平台支架12上设有平台定位器13。平台支架12连接有平台升降架辅助连接加固杆19。

发电平台升降机构中安有震动感应器21，震动感应器21连接有震动模块处理器，震动模块处理器连接中心处理器。

水轮左支架3和水轮右支架5放置于尾水排水渠22防水墙上方，水轮发电装置本体为单机或多机安装。

本实施例的具体应用为：

作为优选，本实施例中将本实用新型应用在污水处理厂尾水排水渠中，如图1-2所示，一般污水处理厂的尾水排水渠都有一定的宽度及长度，在尾水排水渠的末端排入河流处都存在一定的落差。将水轮左支架3和手轮右支架5分别吊装在尾水排水渠的两侧的防水墙上端用地锚件25固定，防水墙为混凝土基层26，把平台支架12放置在水渠一侧预先做好水泥地面上用膨胀螺栓固定牢靠，水轮左支架3和手轮右支架5、发电平台支架12的中轴线保持一致，其高度可以通过电动升降机的手动手柄进行微调。

水轮1在车间组装完成或分体在现场组装，通过水轮转动轴2两侧的轴承座吊装至水轮左支架3和手轮右支架5的中心滑轨中。后将发电平台18的一端通过固定座6和水轮1一端的轴承底座用螺栓连接在一起，发电平台18的另一端置于平台支架12的滑轨中，从而使发电平台18与水轮1形成同步运行。水轮1安装的时候是和水流平行状态置于水渠的正中间位置，水轮1的叶片216高于水面之上。在组装检查确认无误后，可以通过水轮左支架3和手轮右支架5及发电平台支架12上端的电动丝杠提升机同时运行来提高或降低水轮的高度，调整水轮叶片的入水深度来获取水流的能量转换的大小。

水轮1和发电平台18同步运行调试完成后，分别依次将行星增速器8和永磁发电机10用螺丝固定在发电平台18上。通过水轮转动轴2一端的齿轮7将行星增速器8输入轴端齿轮相啮合，增速器8的输出端用联轴器9和永磁发电机10连接。当水轮叶片高度下降至水流中，水流动推动叶片带动水轮转动产生动能。增速器将水轮的转速提高至发电机额定转速，从而带动发电机发电。

发电机通过电缆线16将永磁发电机10和并网逆变器15连接，接入污水厂内市电供电系统，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，会影响到水轮的转速及转矩，造成发电机不能正常恒压发电运转。先期会在水流中安装水位感应器20，通过水位感应器20将水位的变化信号传递至末端的控制箱14内，再通过控制箱14内的电路控制器来控制第一丝杠升降机4和第二丝杠升降机11运行来提高或降低水轮1的高度，使发电机达到最佳的发电效果。

如图3-5所示，二十四个叶片216围绕着水轮转动轴2为中心均匀的布置周围，成放射状状态。首先将轮辐固定盘212焊接在水轮转动轴2上，然后通过18#的螺丝将轮辐定位盘固定在轮辐固定盘212上。其中轮辐支撑的角度及水轮的强度依靠轮辐角度二次定位盘214和轮辐加固定位板215来完成。

叶片216四周设有一定的挡板既能增加叶片216的强度又能更好的承受水流的冲力，从而增大水轮的转速及扭矩。

根据尾水排水渠22内尾水23的实际情况水车轮的叶片数量可以随意调整，把轮辐加固定位板215延长长度，其他的部件不动的情况下就可实现叶片的数量倍速的递减。如24叶片、12叶片、8叶片、4叶片、3叶片的调整。

发电装置运行时，将水轮支架放置于尾水渠防水墙上方，水轮通过轴承底座放置在支架轨道槽中，通过支架上部的丝杠升降机带动水轮的上下运行。水轮转动轴2的轴心和水渠中水的流向垂直，使得水流垂直冲击最下方的叶片216，叶片216受力最大，转动效果较好。没入水中的叶片216的两侧挡板朝向水流上游，具有一定的阻挡水流的效果，叶片216受到的冲击效果更好，转动件1的转动效果也更好，

图6-7所示，齿轮组7和行星增速器8安装于水轮转动轴2一端，机械齿轮结构简单配比方便，可以调节大齿轮32、小齿轮33的齿数来任意配比，行星增速器8具有传动效率高、噪音小、维护方便等优点。

本装置案例中分为二级变速，一级为前端大齿,32与增速器输入端34的小齿轮33的速比为1：4，二级为行星增速器为1：16的速比，最终传递到发电机的速比为1:64，为水轮转动1圈发电机转动64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一级变速大小齿轮的速比配比。

如图8所示，在电气控制方面，本发电装置配备了中心处理器核心部件，将并网逆变器15、电路控制器、震动模块处理器、明渠式流量计、监控处理器的数据整合处理。根据水位感应器20的实时信号及时发送到明渠式流量计后分析数据再传至中心处理器中，由原先设定的数据来发送信号到电路控制器中，分别来控制电路开关工作运转，调整水轮1的入水深度。通过程序APP可以用手机远程控制中央控制器输出信号至电路控制器来操作电动丝杠升降机工作运行，及时将水轮升高脱离水流的冲击或加大叶片的入水深度，来完成发电装置的启停。

其中本案例装置发电机升降平台中安有震动感应器21，当设备如有突发情况产生的震动超出设定范围后，会及时通过震动模块处理器将数据传递至中心处理器中来完成水轮的停止运转。程序APP会通知管理人员通过远程监控器28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9所示，本发电装置可根据污水厂内尾水排水渠22的实际情况进行单机或多机安装，基本无原有设施的改造。可以根据水的流量、流速而定制水车轮的大小配备不同功率的发电机组。在充分利用水资源的同时起到景观的效果。

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尾水排水渠用智能水轮发电装置，在现有技术的基础上进一步优化结构设计和电气控制设计，通过水轮两侧支架及发电平台支架上端的电动丝杠升降机带动水轮和发电平台达到同步运行的效果，具有发电效率高、结构简单、智能控制程度高、成本较低的显著效果。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)

1.一种尾水排水渠用智能水轮发电装置，包括水轮发电装置本体，其特征在于：所述的水轮发电装置本体包括水轮左支架(3)和水轮右支架(5)，所述水轮左支架(3)和手轮右支架(5)之间设有水轮(1)，所述水轮(1)的中部连接有水轮转动轴(2)，所述水轮左支架(3)和水轮右支架(5)上设有水轮升降机构，所述水轮转动轴(2)的两端连接所述水轮升降机构，所述水轮转动轴(2)的外端连接有发电平台(18)，所述发电平台(18)的一端与水轮转动轴(2)连接在一起，发电平台(18)的另一端连接有发电平台升降机构，所述水轮升降机构和发电平台升降机构同步运行。

2.根据权利要求1所述的尾水排水渠用智能水轮发电装置，其特征在于：所述的水轮升降机构包括设置在水轮左支架(3)和水轮右支架(5)上的中心滑轨，所述水轮转动轴(2)两侧的轴承座吊装至中心滑轨中，水轮左支架(3)和水轮右支架(5)的上端设有第一丝杠提升机(4)。

3.根据权利要求1所述的尾水排水渠用智能水轮发电装置，其特征在于：所述的发电平台升降机构包括平台支架(12)和设置在平台支架(12)上的滑轨，所述发电平台(18)的一端置于平台支架(12)的滑轨中，所述平台支架(12)的上方设有第二丝杠提升机(11)。

4.根据权利要求1所述的尾水排水渠用智能水轮发电装置，其特征在于：所述的发电平台(18)上设有永磁发电机(10)和行星增速器(8)，所述水轮转动轴(2)的一端连接有齿轮组(7)，所述齿轮组(7)实现水轮转动轴(2)与行星增速器(8)的输入轴啮合，行星增速器(8)的输出端用联轴器(9)和永磁发电机(10)连接。

5.根据权利要求4所述的尾水排水渠用智能水轮发电装置，其特征在于：所述的永磁发电机(10)连接有电缆线(16)，所述电缆线(16)连接有并网逆变器(15)，并网逆变器(15)接入污水厂内市电供电系统。

6.根据权利要求1所述的尾水排水渠用智能水轮发电装置，其特征在于：所述的水轮(1)包括轮辐(30)、叶片(216)、轮辐固定盘(212)和轮辐定位盘(213)、所述叶片(216)围绕着水轮转动轴(2)为中心均匀成放射状状态布置，轮辐固定盘(212)焊接在水轮转动轴(2)上，轮辐定位盘(213)固定在轮辐固定盘(212)上，轮辐(30)固定在轮辐定位盘(213)的外侧圆周上，轮辐(30)的上还连接有轮辐角度二次定位盘(214)和轮辐加固定位板(215)。

7.根据权利要求1所述的尾水排水渠用智能水轮发电装置，其特征在于：还包括控制箱(14)，所述控制箱(14)内设有中心处理器，所述中心处理器连接有电路控制器，水流中安装有水位感应器(20)，水位感应器(20)连接有流量计，所述流量计连接电路控制器，电路控制器连接所述水轮升降机构和发电平台升降机构。

8.根据权利要求7所述的尾水排水渠用智能水轮发电装置，其特征在于：所述的中心处理器还连接有远程监控器(28)和无线模块。

9.根据权利要求7所述的尾水排水渠用智能水轮发电装置，其特征在于：所述的发电平台升降机构中设有震动感应器(21)，所述震动感应器(21)连接有震动模块处理器，震动模块处理器连接中心处理器。

10.根据权利要求1所述的尾水排水渠用智能水轮发电装置，其特征在于：所述的水轮左支架(3)和水轮右支架(5)放置于尾水排水渠(22)防水墙上方，所述水轮发电装置本体为单机或多机安装。