專利名稱：渠堰發(fā)電機(jī)組的制作方法
專利說(shuō)明
一、技術(shù)領(lǐng)域本實(shí)用新型涉及水力發(fā)電裝置，特別是利用儲(chǔ)水澆灌系統(tǒng)主干渠堰的小落差大流量的水流來(lái)發(fā)電的裝置。
二背景技術(shù)：
目前，一般是建筑堤壩提高水位或依山蓄勢(shì)截流引水，利用水的大落差所蘊(yùn)藏的能量采用水輪機(jī)來(lái)發(fā)電，它主要是利用水的勢(shì)能做功來(lái)發(fā)電的。根據(jù)試驗(yàn)，只要渠堰中水的流速達(dá)到0.3米/秒、流量達(dá)到1m3/秒就蘊(yùn)藏了0.4kw的電能，但其利用價(jià)值和效能不大。目前還沒(méi)有一種專為利用沿主干渠堰這種低落差水流所蘊(yùn)藏的流動(dòng)能量來(lái)發(fā)電的設(shè)備。
三、實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種渠堰發(fā)電機(jī)組，以解決利用低落差水流穩(wěn)定發(fā)電的問(wèn)題。
本新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種渠堰發(fā)電機(jī)組，包括安裝在轉(zhuǎn)軸上的葉輪，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，發(fā)電機(jī)，其特征在于，還具有橫跨于渠堰之上安裝的基座，機(jī)架鉸接在基座上，所述葉輪經(jīng)轉(zhuǎn)軸安裝在機(jī)架上；機(jī)架兩側(cè)下方還設(shè)有兩個(gè)浮筒；每個(gè)浮筒均配置有水位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)連接桿下端固定在浮筒上，上端與筒體相固聯(lián)，固定板固定在機(jī)架上，調(diào)節(jié)桿下部從固定板上的孔中穿出、與筒體螺旋連接。
所述每個(gè)浮筒前部還配置有另一個(gè)水位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)連接桿下端固定在浮筒上，上端伸入筒體中，上端的臺(tái)肩上、下分別設(shè)有彈簧，固定板固定在機(jī)架上，調(diào)節(jié)桿下部從固定板上的孔中穿出、與筒體螺旋連接。
所述所有水位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的筒體外還設(shè)有與機(jī)架固聯(lián)的導(dǎo)向板。
所述所有水位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)桿頂部安裝有調(diào)節(jié)手柄，調(diào)節(jié)桿上設(shè)置有鎖緊螺母。
上述技術(shù)方案基于以下考慮一般來(lái)說(shuō)，在農(nóng)村的許多地方都有灌溉農(nóng)田的主干渠堰，水所流經(jīng)的沿途渠堰都修建得比較規(guī)范，水的流量和流速也比較穩(wěn)定，本新型就是利用其主干渠堰的這些有利條件，以流往田間前的灌溉之水所儲(chǔ)在的動(dòng)能來(lái)進(jìn)行發(fā)電。為不占有耕地面積，采用了架設(shè)于渠堰之上的設(shè)計(jì)。
根據(jù)《電工手冊(cè)》中用于落差發(fā)電的功率N與落差H和流量Q的關(guān)系式，即“N＝(6～7)HQ”的計(jì)算公式，經(jīng)試驗(yàn)分析，在低落差水體流動(dòng)過(guò)程中，式中H(落差)與V(流速)之間仍存在著這種數(shù)學(xué)關(guān)系，只是應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)進(jìn)行修正，這是設(shè)計(jì)中非常重要的一步。具體設(shè)計(jì)是其主機(jī)架的具體尺寸和結(jié)構(gòu)是根據(jù)渠堰的水文資料和渠道的形狀尺寸來(lái)決定；葉輪是根據(jù)水流參數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)，一般地說(shuō)，水的流速和葉輪尺寸決定出葉輪的轉(zhuǎn)速，水流量決定其出力大小為盡量利用水的流動(dòng)能，我們對(duì)葉輪采用了弧形大葉面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。具體做法是在水渠上架設(shè)橫跨渠道的基座，機(jī)架安裝在基座的鉸座上，機(jī)架支撐著轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸上安裝葉輪，水流帶動(dòng)葉輪，葉輪帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，電力經(jīng)配電箱向外輸出。由浮筒和水位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成的水位跟蹤器安裝在機(jī)架上，當(dāng)水位發(fā)生變化時(shí)，浮筒也隨之升降并帶動(dòng)機(jī)架繞鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)，從而保持葉輪的吃水深度基本不變。
本渠堰發(fā)電機(jī)組要靠規(guī)模效益，一般主干渠堰的長(zhǎng)度達(dá)幾公里到幾十公里以上，在沿途每隔10米就可以安裝一臺(tái)這樣的設(shè)備，有利于本新型發(fā)電機(jī)組沿渠多臺(tái)安裝。像風(fēng)力發(fā)電多臺(tái)并網(wǎng)一樣，采取多臺(tái)并網(wǎng)運(yùn)行。因?yàn)樗械耐辉O(shè)計(jì)參數(shù)的設(shè)備都是安裝在同一規(guī)范化的“渠堰”之上，即便水位發(fā)生一些小范圍變化，本新型發(fā)電機(jī)組的水位跟蹤器能自動(dòng)調(diào)節(jié)并保持葉輪的吃水深度按預(yù)調(diào)要求不變，確保所有設(shè)備的轉(zhuǎn)速趨于一致，使其發(fā)出的電源頻率、電壓、相位基本一致，這樣給多電源并網(wǎng)創(chuàng)造了有利條件。要設(shè)計(jì)對(duì)水質(zhì)無(wú)污染，節(jié)省土地。
本新型具有有益效果是1、能利用低落差水流穩(wěn)定發(fā)電。
當(dāng)主渠堰中水流速度達(dá)到2米/秒以上時(shí)，由于主干渠堰水的流量充足，水體的截面積大，利用其水體流動(dòng)所產(chǎn)生的能量就能推動(dòng)本新型發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電。
如果流量不足、流量不穩(wěn)定或負(fù)荷端發(fā)生變化時(shí)，現(xiàn)有水力發(fā)電機(jī)組是不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)、不能發(fā)出穩(wěn)定的電流。而本新型采用了水位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來(lái)調(diào)整浮筒的吃水深度(轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)手柄帶動(dòng)調(diào)節(jié)桿旋轉(zhuǎn)、并沿螺紋方向推進(jìn)筒體向下伸出或向上收縮，經(jīng)連接桿與筒體連接的浮筒則隨之向下伸出或向上收縮，從而改變浮筒吃水濃度)。因此，當(dāng)流量或負(fù)荷端變化時(shí)，本新型通過(guò)調(diào)整浮筒吃水深度(正常情況下，浮筒隨水位的升降而升降，并帶動(dòng)機(jī)架繞基座轉(zhuǎn)動(dòng)，從而保持葉輪吃水深度基本不變)，也即是高速葉輪的受力面(受水流作用面)的大小來(lái)相適應(yīng)，最終發(fā)生穩(wěn)定的電流。
2、本新型發(fā)電機(jī)組，適用于多臺(tái)并聯(lián)，因而能發(fā)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
本新型發(fā)電機(jī)組中設(shè)置了由浮筒和水位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成的水位跟蹤器，它能自動(dòng)調(diào)節(jié)并保持葉輪的吃水深度按預(yù)調(diào)要求不變，能確保并網(wǎng)的多臺(tái)機(jī)組的轉(zhuǎn)速趨于一致，使其發(fā)電的頻率、電壓、相位基本一致，為多臺(tái)機(jī)組并網(wǎng)創(chuàng)造了有利條件。
四

圖1是本新型的主視圖(圖中附件包括遮陽(yáng)防雨棚和手動(dòng)葫蘆，因手動(dòng)葫蘆是常用工具，圖中未畫(huà)出)。
圖2是圖1所示本新型的俯視圖(圖中折線表示去掉附件中的部份遮陽(yáng)雨棚)。
圖3是圖1所示本新型的左視圖(圖中曲線表示去掉渠堰局部側(cè)面部分)。
圖4是圖1所示本新型的立體圖。
圖5是圖3所示水位跟蹤器的浮筒與水位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的右視圖。
圖6是圖5所示沿I-I線的剖面圖(前水位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu))。
圖7是圖5所示沿II-II線的剖面圖(后水位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu))。
圖8是圖4所示由浮筒和水位調(diào)節(jié)器組成的水位跟蹤器的立體圖(圖中箭頭表示水的流向)。
圖中1.渠堰，2.基座，3.機(jī)架，4.葉輪，5.轉(zhuǎn)軸，6.皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，7.發(fā)電機(jī)，8.配電箱，9、9a浮筒，10.水位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，11.限位組件，12.鉸鏈，13.附件(防雨棚和手動(dòng)葫蘆)，14.筒體，15.連接桿，16.調(diào)節(jié)桿，17、17a彈簧，18.調(diào)節(jié)手柄，19.導(dǎo)向件，20.固定板，21.鎖緊螺母。
五具體實(shí)施方式
圖4示出(參見(jiàn)圖1-3)，基座2橫跨于渠堰1之上安裝，機(jī)架3經(jīng)鉸鏈12鉸接在機(jī)座2上，葉輪4經(jīng)轉(zhuǎn)軸5安裝在機(jī)架上，葉輪焊接在轉(zhuǎn)軸的六方形的管段上，轉(zhuǎn)軸的其余管段是圓形，皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)6設(shè)置在轉(zhuǎn)軸與發(fā)電機(jī)7之間，將轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)矩傳遞到發(fā)電機(jī)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；兩個(gè)浮筒9、9a位于機(jī)架兩側(cè)下方，浮筒是由鐵皮包裹閉孔率在90％以上發(fā)泡體(如聚氨酯發(fā)泡材料)，發(fā)泡體表面被涂有防水膠的玻璃纖維所復(fù)蓋。每個(gè)浮筒配套有兩個(gè)水位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(參見(jiàn)圖8)，其中一個(gè)水位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(后水位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu))為(見(jiàn)圖7)連接桿15下端固定在浮筒上，較好地，連接桿下端焊接在金屬圈上，金屬圈套在浮筒上(圖8)，連接桿上端與筒體14相固聯(lián)，固定板20固定在機(jī)架上，調(diào)節(jié)桿16下部從固定板上的孔中穿出、與筒體螺旋連接；另一水位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(后水位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu))如圖6連接桿下端固定在浮筒上(較好地，連接桿下端焊接在金屬圈上，金屬圈套在浮筒上)，上端伸入筒體中，上端的臺(tái)肩上、下位置分別設(shè)有彈簧17、17a，固定板20固定在機(jī)架上，調(diào)節(jié)桿16下部從固定板上的孔中穿出、與筒體螺旋連接(圖6圖7的差別僅在于一是零部件尺寸有差別；二是圖6的連接桿是可伸縮的。此外，所有零部件均相同)。上述兩種水位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的筒體外還設(shè)有與機(jī)架固聯(lián)的導(dǎo)向板19，且調(diào)節(jié)桿16的頂部安裝有調(diào)節(jié)手柄18，調(diào)節(jié)桿上設(shè)置有鎖緊螺母21。參見(jiàn)圖4，機(jī)架上設(shè)有限位組件11動(dòng)塊固定在機(jī)架3上，作為定塊的千斤頂安裝在基座2上。
具體實(shí)施時(shí)首先要對(duì)水庫(kù)及灌溉渠道的水文情況進(jìn)行考察摸底，用修正了的公式“N＝(6～7)HQ”進(jìn)行必要的測(cè)量計(jì)算，查對(duì)其所具備的開(kāi)發(fā)利用價(jià)值。其次，對(duì)渠道的幾何參數(shù)進(jìn)行實(shí)地考察并測(cè)量。然后對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)配套，并在渠堰之上建好安裝基座。
當(dāng)水沿圖4所示箭頭方向流動(dòng)時(shí)，葉輪4被流水帶動(dòng)，轉(zhuǎn)軸5旋轉(zhuǎn)，繼而通過(guò)皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)6，轉(zhuǎn)速被增加至發(fā)電機(jī)7的要求值、進(jìn)行發(fā)電，電源經(jīng)配電箱8被送出。當(dāng)渠堰中的水位發(fā)生波動(dòng)時(shí)，浮筒9與機(jī)架3并通過(guò)固定在基座2上的鉸鏈12配合，使其始終保持吃水深度不變。當(dāng)水位下降超出設(shè)計(jì)要求時(shí)，被安裝在機(jī)架上的限位組件11的動(dòng)塊與被安裝在基座2的千斤頂(手動(dòng)或電動(dòng))的定塊相接觸，機(jī)架不會(huì)繼續(xù)下降。此時(shí)用人工或自動(dòng)(帶電瓶)的千斤頂將機(jī)架從水中提出。
安裝調(diào)節(jié)水位跟蹤器的吃水深度，應(yīng)先根據(jù)設(shè)計(jì)按要求把水位跟蹤器的浮筒與水位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組裝好，再把水位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的固定板20與導(dǎo)向件19固定在機(jī)架3上，并對(duì)水位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)按需求進(jìn)行細(xì)致調(diào)節(jié)，主要是轉(zhuǎn)動(dòng)(圖6、圖7)調(diào)節(jié)手柄18，帶動(dòng)調(diào)節(jié)桿16旋轉(zhuǎn)并沿螺紋方向推進(jìn)筒體14沿導(dǎo)向件19向下伸出或向上收縮，調(diào)好后轉(zhuǎn)動(dòng)鎖緊螺母21進(jìn)行固定。需注意，對(duì)圖6所示水位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)時(shí)，要測(cè)量連接桿15的長(zhǎng)度，盡量保持上、下兩根彈簧17、17a受力基本一致。最終應(yīng)使浮筒與水體流向保持一致即可。
為了克服渠堰水流在一定范圍的漲落，引起發(fā)電時(shí)的電壓波動(dòng)問(wèn)題而專門(mén)設(shè)計(jì)了水位跟蹤器。為了解決水的流動(dòng)能的負(fù)載特性問(wèn)題，設(shè)計(jì)了弧形大葉面的葉輪，使其能最大限度地與水體的截面接觸，這樣做能使負(fù)載特性問(wèn)題在一定范圍內(nèi)有所改善。為了解決各地渠堰寬度、深度和水流截面的不同所帶來(lái)的大量設(shè)計(jì)，可以制成各種尺寸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)表備香。本設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)軸采用了六方形管材，以方便葉輪增減、更換和安裝。
圖中，發(fā)電機(jī)7與配電箱8市面上均有售，如果多臺(tái)并網(wǎng)發(fā)電，就要權(quán)衡利弊，最好選用像多臺(tái)風(fēng)力發(fā)電的并網(wǎng)設(shè)備一樣，因?yàn)槠洳⒕W(wǎng)技術(shù)比較成熟。
本實(shí)用新型發(fā)電機(jī)組單臺(tái)設(shè)備的發(fā)電量不大，僅能適合解決農(nóng)村或小城鎮(zhèn)一些有條件的個(gè)體用電問(wèn)題，效益不明顯。要采取多臺(tái)并聯(lián)才會(huì)產(chǎn)出明顯的效益。
本實(shí)用新型發(fā)電機(jī)組的主體結(jié)構(gòu)及原理可以保持基本不變，但其葉輪和結(jié)構(gòu)件的尺寸要求根據(jù)當(dāng)?shù)厍叩乃馁Y料和渠堰的寬度、深度、水的流速進(jìn)行局部的調(diào)控設(shè)計(jì)。
權(quán)利要求1.一種渠堰發(fā)電機(jī)組，包括安裝在轉(zhuǎn)軸上的葉輪，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，發(fā)電機(jī)，其特征在于，還具有橫跨于渠堰之上安裝的基座(2)，機(jī)架(3)鉸接在基座(2)上，所述葉輪(4)經(jīng)轉(zhuǎn)軸(5)安裝在機(jī)架上；機(jī)架兩側(cè)下方還設(shè)有兩個(gè)浮筒(9、9a)；每個(gè)浮筒均配置有水位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)連接桿(15)下端固定在浮筒上，上端與筒體(14)相固聯(lián)，固定板(20)固定在機(jī)架上，調(diào)節(jié)桿(16)下部從固定板上的孔中穿出、與筒體螺旋連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)組，其特征在于，所述每個(gè)浮筒前部還配置有另一個(gè)水位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)連接桿(15)下端固定在浮筒上，上端伸入筒體中，上端的臺(tái)肩上、下分別設(shè)有彈簧(17、17a)，固定板(20)固定在機(jī)架上，調(diào)節(jié)桿(16)下部從固定板上的孔中穿出、與筒體螺旋連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)電機(jī)組，其特征在于，所述所有水位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的筒體外還設(shè)有與機(jī)架(3)固聯(lián)的導(dǎo)向板(19)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)電機(jī)組，其特征在于，所述所有水位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)桿(16)頂部安裝有調(diào)節(jié)手柄(18)，調(diào)節(jié)桿上設(shè)置有鎖緊螺母(21)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)電機(jī)組，其特征在于，所述機(jī)架上還設(shè)有限位組件(11)動(dòng)塊固定在機(jī)架(3)上，作為定塊的千斤頂安裝在基座(2)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)電機(jī)組，其特征在于，所述弧形大葉面的葉輪(4)焊接在轉(zhuǎn)軸(5)的六方形的管段上，轉(zhuǎn)軸的其余管段為圓形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一權(quán)利要求所述的發(fā)電機(jī)組，其特征在于，所述浮筒(9、9a)是由鐵皮包裹閉孔率在90％以上的發(fā)泡體，發(fā)泡體表面被涂有防水膠的玻璃纖維布所復(fù)蓋。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)電機(jī)組，其特征在于，所述所有水位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的連接桿(15)下端焊接在金屬圈上，金屬圈圈套固定在浮筒上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)電機(jī)組，其特征在于，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(6)。
專利摘要一種渠堰發(fā)電機(jī)組，包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和發(fā)電機(jī)，以及橫跨于渠堰之上安裝的基座，機(jī)架鉸接在基座上，葉輪經(jīng)轉(zhuǎn)軸安裝在機(jī)架上；機(jī)架兩側(cè)下方還設(shè)有兩個(gè)浮筒；每個(gè)浮筒均配置有水位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)連接桿下端固定在浮筒上，上端與筒體相固聯(lián)，固定板固定在機(jī)架上，調(diào)節(jié)桿下部從固定板上的孔中穿出、與筒體螺旋連接。它可利用渠堰中低落差水流、通過(guò)調(diào)節(jié)葉輪吃水深度、穩(wěn)定地對(duì)外發(fā)電，并為多臺(tái)機(jī)組并聯(lián)入網(wǎng)創(chuàng)造了條件。
文檔編號(hào)E02B9/00GK2858989SQ20062003279
公開(kāi)日2007年1月17日 申請(qǐng)日期2006年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月13日
發(fā)明者曹英學(xué), 李代學(xué) 申請(qǐng)人:曹英學(xué)