CN109026503B - 一种水力发电设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种水力发电设备，包括若干浮筒，相邻两个所述浮筒之间设置有水轮机和楔板，所述水轮机的转轴传动连接有发电组件，所述楔板设置于所述水轮机的上游，沿水流流动方向，相邻两浮筒间的所述楔板的间距逐渐减小，本申请提供的水力发电设备，可以直接利用河道中水流的动能，通过楔板提升水流流速，即使在河道水流流量较小时仍能够驱动水轮机转动，有效利用河道水流进行发电，无需拦河筑坝，具有施工简单、对环境影响小、对环境要求低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及发电设备，特别涉及一种水力发电设备。
背景技术
新型能源作为清洁能源，逐渐引起人们的关注。水力发电系可以利用河流、湖泊等位于高处具有势能的水流至低处，将其中所含势能转换成水轮机之动能，再借水轮机为原动力，推动发电机产生电能。
现有的水力发电为了避免河道流量大小对发电效率的影响，需要通过拦河筑坝的方式提高水位，利用水位差的势能进行发电，水流从高势能位落下带动水轮机转动。尽管现有的拦河筑坝方式对环境要求高，建造的水力发电设备对周围生态环境的影响很大，不利于自然环境和生物资源的保护。但由于河道中的水流的动能是随时变化的，在河道水流流量较小时，水流无法带动水轮机有效转动，造成现有的水流发电无法直接利用河道内水流的动能，限制了水力发电的发展。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种水力发电设备，可以直接利用河道中水流的动能，通过楔板提升水流流速，即使在河道水流流量较小时仍能够驱动水轮机转动，有效利用河道水流进行发电，无需拦河筑坝，具有施工简单、对环境影响小、对环境要求低的优点。
为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是有鉴于此，本申请提供包括若干浮筒，相邻两个所述浮筒之间设置有水轮机和楔板，所述水轮机的转轴传动连接有发电组件，所述楔板设置于所述水轮机的上游，沿水流流动方向，相邻两浮筒间的所述楔板的间距逐渐减小。
优选的，所述浮筒为中空结构的长方体金属筒体，所述浮筒内的底面设置有金属基座，所述金属基座上固定有所述发电组件。
优选的，所述发电组件包括：固定于所述发电机壳体内的定子和穿过所述定子的电机轴，所述电机轴上套装有动子；
所述电机轴通过调速器连接所述水轮机的转轴。
优选的，所述电机轴上套装有磁力轴承，所述磁力轴承的外周面密封固定在所述浮筒的侧壁上。
优选的，所述水轮机包括转轴和沿所述转轴的周向均匀分布叶片，相邻两叶片之间设置有栅条。
优选的，所述栅条与所述叶片的连接处与所述水轮机转轴之间还设置有辐条。
优选的，所述楔板的一端铰接在所述浮筒上，所述楔板的另一端铰接有电动调节机构，所述电动调节机构用于接收电信号，驱动所述楔板摆动，用于调节所述楔板之间间距的大小。
优选的，位于水轮机轴向两端最外侧的浮筒上设置有用于固定的固定绳，所述固定绳的一端连接所述浮筒，所述固定绳的另外一端固定在河道两侧，所述固定绳上设置有张力检测装置，所述张力检测装置预设有阈值，所述张力检测装置用于将实时检测的张力与阈值比较，根据比较结果向所述电动调节机构发送所述电信号。
优选的，所述阈值包括第一阈值和第二阈值；所述电信号包括第一电信号和第二电信号；
当张力大于第一阈值时，所述电动调节机构接受第一电信号，用于使两相对的所述楔板之间间距增大；
当张力小于第二阈值时，所述电动调节机构接受第二电信号，用于使两相对的所述楔板之间间距减小。
本申请与现有技术相比，其详细说明如下：
本申请公开了一种水力发电设备，通过浮筒使水轮机漂浮在河道上，河流的流水从楔板之间流至水轮机，带动水轮机转动，水流流经楔板之间时，由于楔板之间的间距逐渐减小，导致水流流量一定、截面变小，流速增加，水轮机受到的水流的冲击力增加，提高了水轮机转速，有效的将河道上流动的水流的动能转化为水轮机的机械能，从而实现发电设备的发电。该装置无需修建堤坝，可直接利用在开放的河道流域中，对环境影响小，要求低，易于安装。
当所开发河流流道较窄时，可减少浮筒与水轮机的数量，当开发的河道流道较宽时，可以增加浮筒与水轮机的数量，从而适用不同河道，具有适应性广的优点。
浮筒为金属材质的浮筒，发电组件通过金属基座安装在浮筒内，发电组件在发电过程中产生的热能通过金属基座传递至浮筒上，水流流经浮筒时可以有效带走浮筒的热量，利用河道水流对发电组件进行散热冷却，无需额外设置冷源进行降温，具有清洁环保的优点，由于河道自身水流是源源不断流动，可以有效保证散热，具有冷却效果好的优点。
电机轴通过磁力轴承固定，磁力轴承具有阻尼小、免维护的优点，无需润滑油脂，因此对河道污染小。
楔板的一端设置有电动调节机构，电动调节机构可以根据电信号改变楔板之间的间距，当河道流速较大时，楔板间距增大，有效利用水流的动能，河道流速较小时，楔板间距减小，有效提高水流的动能，具有适应性广的优点。
所述固定绳上设置的张力检测装置用于检测固定绳受到的张力，由于水流冲击浮筒和水轮机会形成一组相互的作用力，如果浮筒和水轮机收到的冲击力过大，超过了固定绳安全受力的值，则会导致固定绳断裂。所述张力检测装置可以将实时检测的张力与预设的阈值比较，根据比较结果向所述电动调节机构发送所述电信号，一方面可以使楔板灵活调节，充分利用水能，另外一方面，当张力大于第一阈值时，所述电动调节机构使两相对的所述楔板之间间距增大，还可以减小固定绳上收到的张力，保证装置的安全性。
附图说明
图1为本发明的水平方向的结构示意图；
图2为本发明竖直方向的结构示意图；
图3为水轮机的侧视方向的结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图所示，一种水力发电设备，包括若干浮筒(1)和设置于相邻两个所述浮筒(1)之间的水轮机(2)，水轮机(2)传动连接有发电组件(6)，所述浮筒(1)通过固定绳(4)固定在河道上，并提供浮力使水力发电设备始终浮在河道的水面上，水轮机(2)的下边缘位于河道水面下方，当水流流经水轮机(2)时，水轮带动水轮机(2)旋转，发电组件(6)将动能转化为电能实现发电。
所述浮筒(1)为中空的长方体金属筒体，所述浮筒(1)内下表面设置有金属基座(11)，所述金属基座(11)上固定有所述发电组件(6)。发电组件(6)包括：
发电机壳体(61)，内部设置有定子(62)，所述定子(62)包括环形铁芯和盘绕在所述环形铁芯上的绕组；
电机轴(64)，所述电机轴(64)上套装有动子(63)，所述动子(63)为与所述电机轴(64)同步转动的磁极和盘绕在所述磁极上的励磁绕组；当动子(63)转动时，定子(62)切割磁极的磁感应线形成电场，将电机轴(64)的动能转化为电能。
发电组件(6)通过调速器(5)连接有所述水轮机(2)，所述调速器(5)用于使所述发电组件(6)的电机轴(64)保持相对稳定的转速。
所述水轮机(2)包括：
转轴(24)，所述转轴(24)通过所述调速器(5)连接所述电机轴(64)；
所述转轴(24)上沿周向均匀分布叶片(21)，相邻两叶片(21)之间连接有栅条(22)，所述栅条(22)用于固定相邻两叶片(21)之间的间距，用于提高叶片(21)的结构强度，所述栅条(22)沿径向可以有一层或多层。所述转轴(24)的周面上沿转轴(24)的径向还设置有辐条(23)，所述辐条(23)的另一端固定在栅条(22)或所述叶片(21)上，所述辐条(23)用于提高叶片(21)沿转轴(24)径向方向的结构强度。
所述发电机转轴(24)的两端套装磁力轴承(7)，所述磁力轴承(7)的外周面固定在所述浮筒(1)上，所述磁力轴承(7)无需定期维护，具有运行稳定、免维护、阻力小的优点。
在两个相邻的所述浮筒(1)之间设置有楔板(3)，所述楔板(3)位于所述水轮机(2)的上游方向。沿水流流动方向，相邻两个浮筒(1)之间的楔板(3)间距逐渐减小，水流沿着两楔板(3)流动，由于两楔板(3)的阻隔作用，水流截面变小，水流流速增加，提高了水流动能，最大可能的利用河道水流的动能，使水流提速后带动水轮机(2)转动。
所述楔板(3)的一端铰接在浮筒(1)上，所述楔板(3)的另一端设置有电动调节机构(31)，电动调节机构(31)的一端铰接在所述楔板(3)上，所述电动调节机构(31)的另一端设置在所述浮筒(1)上，电动调节机构(31)可以接收电信号，驱动楔板(3)沿着铰接点摆动，改变相邻两浮筒(1)之间楔板(3)的距离，当水流流速较大时，楔板(3)距离增加，降低水流增速，当水流流速较小时，楔板(3)距离减小，提高水流的增速。
位于水轮机(2)轴向两端最外侧的浮筒(1)上分别设置有一组固定绳(4)，固定绳(4)的另一端固定用于河道两侧的，所述固定绳(4)上设置有张力检测装置(41)，所述张力检测装置(41)用于检测固定绳(4)上的张力，所述张力检测装置(41)预设有第一阈值和第二阈值，当张力检测装置(41)实时检测的张力超过第一阈值时，向电动调节机构(31)发送第一电信号，使楔板(3)之间的距离增加，降低水流增速对楔板(3)的冲击，降低浮筒(1)上固定绳(4)的受力，提高设备的安全性，当张力检测装置(41)实时检测的张力小于第二阈值时，向电动调节机构(31)发送第二电信号，使楔板(3)之间的距离减小，增加水流增速，保证本装置的发电效率。
当张力检测装置(41)检测的张力超过第一阈值时，张力检测装置(41)还可以发送报警信号，如汛期可以提示工作人员前来维护，防止固定绳(4)断裂或设备遭到冲击破坏。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种水力发电设备，其特征在于，包括若干浮筒(1)，相邻两个所述浮筒(1)之间设置有水轮机(2)和楔板(3)，所述水轮机(2)的转轴(24)传动连接有发电组件(6)，所述楔板(3)设置于所述水轮机(2)的上游，沿水流流动方向，相邻两浮筒(1)间的所述楔板(3)的间距逐渐减小；
所述楔板(3)的一端铰接在所述浮筒(1)上，所述楔板(3)的另一端铰接有电动调节机构(31)，所述电动调节机构(31)用于接收电信号，驱动所述楔板(3)摆动，用于调节所述楔板(3)之间间距的大小；
位于水轮机(2)轴向两端最外侧的浮筒(1)上设置有用于固定的固定绳(4)，所述固定绳(4)的一端连接所述浮筒(1)，所述固定绳(4)的另外一端固定在河道两侧，所述固定绳(4)上设置有张力检测装置(41)，所述张力检测装置(41)预设有阈值，所述张力检测装置(41)用于将实时检测的张力与阈值比较，根据比较结果向所述电动调节机构(31)发送所述电信号；
所述阈值包括第一阈值和第二阈值；所述电信号包括第一电信号和第二电信号；
当张力大于第一阈值时，所述电动调节机构(31)接受第一电信号，用于使两相对的所述楔板(3)之间间距增大；
当张力小于第二阈值时，所述电动调节机构(31)接受第二电信号，用于使两相对的所述楔板(3)之间间距减小。
2.根据权利要求1所述的一种水力发电设备，其特征在于，所述浮筒(1)为中空结构的长方体，所述浮筒(1)内的底面设置有金属基座(11)，所述金属基座(11)上固定有所述发电组件(6)。
3.根据权利要求2所述的一种水力发电设备，其特征在于，所述发电组件(6)包括：固定于发电机壳体(61)内的定子(62)和穿过所述定子(62)的电机轴(64)，所述电机轴(64)上套装有动子(63)；
所述电机轴(64)通过调速器(5)连接所述水轮机(2)的转轴(24)。
4.根据权利要求3所述的一种水力发电设备，其特征在于，所述电机轴(64)上套装有磁力轴承(7)，所述磁力轴承(7)的外周面密封固定在所述浮筒(1)的侧壁上。
5.根据权利要求1所述的一种水力发电设备，其特征在于，所述水轮机(2)包括转轴(24)和沿所述转轴(24)的周向均匀分布叶片(21)，相邻两叶片(21)之间设置有栅条(22)。
6.根据权利要求5所述的一种水力发电设备，其特征在于，所述栅条(22)与所述叶片(21)的连接处与所述水轮机(2)转轴(24)之间还设置有辐条(23)。
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