一種水動能轉(zhuǎn)化裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及能量轉(zhuǎn)化機械領(lǐng)域，具體而言，涉及一種水動能轉(zhuǎn)化裝置。水動能轉(zhuǎn)化裝置包括螺線渦輪機、發(fā)電機和底座；螺線渦輪機包括旋轉(zhuǎn)部；旋轉(zhuǎn)部為圓錐體，圓錐體上設(shè)置有螺旋槽，圓錐體底部與發(fā)電機轉(zhuǎn)動軸連接；發(fā)電機設(shè)置在底座上。本實用新型水動能轉(zhuǎn)化裝置，將旋轉(zhuǎn)部設(shè)置為圓錐體，圓錐體上設(shè)置有螺旋槽，水從螺旋槽通過時推動圓錐體狀的旋轉(zhuǎn)部轉(zhuǎn)動，從而將水動能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)動能，旋轉(zhuǎn)部上連接發(fā)電機，再將旋轉(zhuǎn)動能轉(zhuǎn)換為電能輸出。旋轉(zhuǎn)部上使用螺旋槽代替葉片，徹底解決葉片在旋轉(zhuǎn)時將隨著管道進入的魚類等水生動物全部打死，且減小了體積，實現(xiàn)了不占地、不取水、不斷流，降低了運行和維護成本。
【專利說明】一種水動能轉(zhuǎn)化裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及能量轉(zhuǎn)化機械領(lǐng)域，具體而言，涉及一種水動能轉(zhuǎn)化裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]小水電是國際公認的綠色可再生能源，其原理是通過水輪機將水能轉(zhuǎn)化為機械能，再驅(qū)動發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)化為電能。
[0003]為了把水能轉(zhuǎn)換為電能，需要修建一系列建筑物，包括擋水建筑物、泄水建筑物、引水系統(tǒng)和發(fā)電廠房，在發(fā)電廠房內(nèi)安裝水輪機、發(fā)電機和附屬設(shè)備等機電設(shè)備，組成了一整套水力發(fā)電機系統(tǒng)。水力發(fā)電在國外已經(jīng)有了上百年的歷史，國內(nèi)雖然起步稍晚，但是發(fā)展迅速。迄今為止，歐盟約有21000座小水電站在運行，挪威90%以上的電力來源于小水電，美國約有30000座小水電站在運行，中國約有40000座小水電站在運行，小水電為人類社會的發(fā)展做出了巨大的貢獻。
[0004]水輪機的種類很多，有沖擊式、反擊式，反擊式又包括混流式、斜流式、軸流式和貫流式，但是無論采用哪種形式，為了把水能轉(zhuǎn)化成機械能，需要修建壩、引水系統(tǒng)，世界各地的小水電都是如此。在水電站的建設(shè)和運行過程中，會對周邊生態(tài)環(huán)境、居民、水生生物特別是魚類的生存與繁衍帶來一些不利影響。這些影響主要表現(xiàn)在，擋水建筑物、泄水建筑物、引水系統(tǒng)和發(fā)電廠房建設(shè)時都需要占地和移民，另外水輪機都設(shè)置有葉片，葉片在旋轉(zhuǎn)時將隨著管道進入的魚類等水生動物全部打死，有可能會導(dǎo)致河流中魚類種族的消亡，影響河流的生態(tài)平衡。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型的目的在于提供一種水動能轉(zhuǎn)化裝置，以解決上述的問題。
[0006]在本實用新型的實施例中提供了 一種水動能轉(zhuǎn)化裝置，包括螺線渦輪機、發(fā)電機和底座；
[0007]螺線渦輪機包括旋轉(zhuǎn)部；
[0008]旋轉(zhuǎn)部為圓錐體，圓錐體上設(shè)置有螺旋槽，圓錐體底部與發(fā)電機轉(zhuǎn)動軸連接；
[0009]發(fā)電機設(shè)置在底座上；
[0010]底座上設(shè)置有用于與外界固定的固定孔。
[0011 ] 進一步的，旋轉(zhuǎn)部與電機軸通過軸承連接。
[0012]進一步的，螺旋槽為阿基米德螺旋槽。
[0013]進一步的，螺線渦輪機還包括阿基米德螺旋板；阿基米德螺旋板設(shè)置在阿基米德螺旋槽內(nèi)遠離旋轉(zhuǎn)部的頂部的一側(cè)，與阿基米德螺旋槽靠近旋轉(zhuǎn)部的頂部的一側(cè)有間隙，阿基米德螺旋板遠離阿基米德螺旋槽底部的一側(cè)高出阿基米德螺旋槽。
[0014]進一步的，阿基米德螺旋板遠離阿基米德螺旋槽底部的一側(cè)至阿基米德螺旋板靠近阿基米德螺旋槽底部的一側(cè)的距離為4cm-10cm。
[0015]進一步的，螺線渦輪機內(nèi)設(shè)置有方向傳感器，用于調(diào)整螺線渦輪機軸線方向與水流方向的角度。
[0016]進一步的，螺線渦輪機還包括連接部；連接部為圓柱體，其一端固定連接旋轉(zhuǎn)部，另一端連接發(fā)電機的電機軸。
[0017]進一步的，水動能轉(zhuǎn)化裝置還包括控制部；控制部設(shè)置在發(fā)電機遠離螺線渦輪機
的一端。
[0018]進一步的，旋轉(zhuǎn)部的圓錐的頂角為30°。
[0019]進一步的，旋轉(zhuǎn)部的圓錐的高度為80cm-3000cm。
[0020]進一步的，螺旋槽的寬帶為2cm_10cm。
[0021]本實用新型水動能轉(zhuǎn)化裝置，將旋轉(zhuǎn)部設(shè)置為圓錐體，圓錐體上設(shè)置有螺旋槽，水從螺旋槽通過時推動圓錐體狀的旋轉(zhuǎn)部轉(zhuǎn)動，從而將水能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)動能，旋轉(zhuǎn)部上連接發(fā)電機，再將旋轉(zhuǎn)動能轉(zhuǎn)換為電能輸出。旋轉(zhuǎn)部上使用螺旋槽代替葉片，徹底解決葉片在旋轉(zhuǎn)時將隨著管道進入的魚類等水生動物全部打死的情況，而且減小了體積，實現(xiàn)了不占地、不取水、不斷流，降低了運行和維護成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]為了更清楚地說明本實用新型【具體實施方式】或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對【具體實施方式】或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實用新型的一些實施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0023]圖1為本實用新型實施例水動能轉(zhuǎn)化裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2為本實用新型所述了水動能轉(zhuǎn)化裝置軸承連接示意圖。
[0025]其中，1:旋轉(zhuǎn)部；2:連接部；3:發(fā)電機；4:控制部；5:底座；6:阿基米德螺旋板；7:阿基米德螺旋槽；8:電機軸；9:軸承。
【具體實施方式】
[0026]為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將對本實用新型的技術(shù)方案進行清楚、完整的描述。顯然，所描述的實施例僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所得到的所有其它實施例，都屬于本實用新型所保護的范圍。
[0027]在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本實用新型中的具體含義。
[0028]如圖1和圖2所示，本實用新型提供了一種水動能轉(zhuǎn)化裝置，其包括螺線渦輪機、發(fā)電機3和底座5 ;
[0029]螺線渦輪機包括旋轉(zhuǎn)部I ;
[0030]旋轉(zhuǎn)部I為圓錐體，圓錐體上設(shè)置有螺旋槽，圓錐體底部與發(fā)電機3轉(zhuǎn)動軸連接；
[0031]發(fā)電機3設(shè)置在底座5上；[0032]底座5上設(shè)置有用于與外界固定的固定孔。
[0033]旋轉(zhuǎn)部與所述電機軸8通過軸承9連接。
[0034]將本實用新型的水動能轉(zhuǎn)化裝置通過底座5固定放置在水中，將螺線渦輪機的軸線與水流方向平行放置。在水流經(jīng)過螺線渦輪機上的螺旋槽時，會遇到螺線渦輪機給予的阻力，在水流克服阻力流過螺旋槽時，會對螺線渦輪機形成沖擊力，從而帶動螺線渦輪機轉(zhuǎn)動。由于螺線渦輪機底部與發(fā)電機3的電機軸8固定連接，當(dāng)螺線渦輪機轉(zhuǎn)動時，會帶動電機軸8轉(zhuǎn)動，從而帶動發(fā)電機3進行發(fā)電。
[0035]電機軸8的端部與螺線渦輪機直接連接時，由于螺線渦輪機的轉(zhuǎn)動，會對電機軸8產(chǎn)生很大的扭力，因此，電機軸8與螺線渦輪機的連接部2位不在端部，這樣會減小扭力，但是將電機軸8端部直接伸進圓錐體內(nèi)的話，不對端部進行固定控制，會容易發(fā)生振動，從而對裝置造成損壞，故在電機軸8端部與螺線渦輪機內(nèi)部通過軸承9即圓錐滾子軸承進行連接在一起，這樣既不影響其兩者之間的轉(zhuǎn)動，又能防止電機軸8產(chǎn)生振動，保護了裝置。
[0036]進一步的，螺旋槽為阿基米德螺旋槽7。
[0037]阿基米德螺線，亦稱“等速螺線”。當(dāng)一點沿動射線以等速率運動的同時，該射線又以等角速度繞中心點旋轉(zhuǎn)，該點的軌跡稱為“阿基米德螺線”。
[0038]也就是說，螺旋槽設(shè)定為阿基米德螺旋槽7時，水流在阿基米德螺旋槽7內(nèi)流動時，其前進的速度、旋轉(zhuǎn)時的線速度和旋轉(zhuǎn)時的角速度等都相等，這樣會使水流能達到最大的利用效率，同時就等于提聞了發(fā)電效率。
[0039]進一步的，螺線渦輪機還包括阿基米德螺旋板6 ;阿基米德螺旋板6設(shè)置在阿基米德螺旋槽7內(nèi)遠離旋轉(zhuǎn)部I的頂部的一側(cè)，與阿基米德螺旋槽7靠近旋轉(zhuǎn)部I的頂部的一側(cè)有間隙，阿基米德螺旋板6遠離阿基米德螺旋槽7底部的一側(cè)高出阿基米德螺旋槽7。
[0040]在螺線渦輪機上設(shè)置阿基米德螺旋板6，將阿基米德螺旋板6設(shè)置在阿基米德螺旋槽7內(nèi)，這樣就相當(dāng)于將阿基米德螺旋槽7進行了一下擴展，水流既可以在槽內(nèi)通過被阿基米德螺旋槽7的槽壁阻擋，還可以被阿基米德螺旋板6阻擋，增大了水流的阻力，從而帶動螺線渦輪機的轉(zhuǎn)動速度，提高了發(fā)電效率。
[0041]進一步的，阿基米德螺旋板6遠離阿基米德螺旋槽底部的一側(cè)至阿基米德螺旋板靠近阿基米德螺旋槽底部的一側(cè)的距離為4cm-10cm。
[0042]阿基米德螺旋板6遠離阿基米德螺旋槽底部的一側(cè)至阿基米德螺旋板靠近阿基米德螺旋槽底部的一側(cè)的距離，即阿基米德螺旋板的寬度太大或太小都對本裝置會造成影響。如果太大，就會形成葉片，對周圍的環(huán)境造成影響，如在旋轉(zhuǎn)時將附近的魚類等水生動物全部打死，導(dǎo)致河流中魚類種族的減少，嚴重影響了河流的生態(tài)平衡；如果太小，就起不到加速的作用，因此，通過反復(fù)試驗后，得出阿基米德螺旋板6的寬度在4cm-10cm時為最佳。
[0043]進一步的，螺線渦輪機內(nèi)設(shè)置有方向傳感器，用于調(diào)整螺線渦輪機軸線方向與水流方向的角度。
[0044]本裝置不僅可以使用在水流流向常年不變的河流中，還可以在水流流向經(jīng)常變化的海洋中使用。在螺線渦輪機內(nèi)設(shè)置有方向傳感器后，在水流方向改變后，方向傳感器控制螺線渦輪機調(diào)整方向，使其軸線方向與水流方向平行，從而使本裝置能夠繼續(xù)高效率的發(fā)揮其功效。[0045]進一步的，螺線渦輪機還包括連接部2 ;連接部2為圓柱體，其一端固定連接旋轉(zhuǎn)部I，另一端連接發(fā)電機3的電機軸8。
[0046]方向傳感器設(shè)置在旋轉(zhuǎn)部I內(nèi)時，可能會存在放不下或者影響旋轉(zhuǎn)部I旋轉(zhuǎn)的情況出現(xiàn)，因此還可以在螺線渦輪機上設(shè)置連接部2，連接部2的一端固定設(shè)置在旋轉(zhuǎn)部I底部，即圓錐體的底部，另一端固定設(shè)置在發(fā)電機3的電機軸8上。
[0047]進一步的，水動能轉(zhuǎn)化裝置還包括控制部4 ;控制部4設(shè)置在發(fā)電機3遠離螺線渦輪機的一端。
[0048]通過控制系統(tǒng)，可以將多臺水動能轉(zhuǎn)化裝置集群控制起來?？梢圆⒙?lián)控制，實現(xiàn)輪流啟動，即哪個位置的水量較大時，啟動哪個位置的水動能轉(zhuǎn)化裝置；可以串聯(lián)控制，即可以同時開啟和關(guān)閉多臺水動能轉(zhuǎn)化裝置，不需要一臺一臺的單獨管理，操作方便簡單。
[0049]進一步的，旋轉(zhuǎn)部I的圓錐的頂角為30°。
[0050]旋轉(zhuǎn)部I的頂角太大時，水阻大，當(dāng)水流的流速慢的時候，不易帶動旋轉(zhuǎn)部I旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)部I的頂角太小時，水阻小，水流同樣不易帶動旋轉(zhuǎn)部I旋轉(zhuǎn)。因此，經(jīng)過反復(fù)試驗后，得出旋轉(zhuǎn)部I的圓錐的頂角為30°時，為最佳角度。
[0051]進一步的，旋轉(zhuǎn)部I的圓錐的高度為80cm-3000cm。
[0052]旋轉(zhuǎn)部I的圓錐的高度選擇與角度選擇的原理相同，即旋轉(zhuǎn)部I的圓錐的高度太大時，水阻大，當(dāng)水流的流速慢的時候，不易帶動旋轉(zhuǎn)部I旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)部I的圓錐的高度太小時，水阻小，水流同樣不易帶動旋轉(zhuǎn)部I旋轉(zhuǎn)。因此，經(jīng)過反復(fù)試驗后，得出旋轉(zhuǎn)部I的圓錐的高度為80cm-3000cm時,為最佳高度。
[0053]進一步的，螺旋槽的寬帶為2cm_10cm。
[0054]當(dāng)螺旋槽的寬度太大時，水流直接在螺旋槽內(nèi)通過，其遇到的水阻較小，就形成不了對螺線渦輪機的沖擊力，就無法帶動螺線渦輪機轉(zhuǎn)動；當(dāng)螺旋槽的寬度太小時，水流在螺旋槽內(nèi)通過的流量較小，在水流的流速不大的情況下，對螺線渦輪機的沖擊力也會比較小，無法帶動螺線渦輪機轉(zhuǎn)動。
[0055]本實用新型改進了傳統(tǒng)水輪發(fā)電機的設(shè)計思路，創(chuàng)造性的運用阿基米德螺線設(shè)計出圓錐型渦輪機，利用水的動能，通過水流直接驅(qū)動圓錐型渦輪機運轉(zhuǎn)，通過傳動裝置帶動其后端的直流或交流電機發(fā)電，根據(jù)流速的變化，功率可達到0.5?300KW，可以充分利用各種水能資源，不僅不會改變原有的生態(tài)環(huán)境，更不會對魚類以及其他水生生物產(chǎn)生威脅，對周邊的生態(tài)環(huán)境非常友好，解決小水電開發(fā)與生態(tài)環(huán)境保護的矛盾問題，使得在很多農(nóng)村地區(qū)建設(shè)小水電站成為可能。該實用新型對水能資源要求不高，適用于各種農(nóng)村河流、灌渠、引水隧洞、電站尾水，近海。安裝方便，既可以直接安裝在水體中，也可以安裝在浮船上，維護成本低。標準化機組，減少了前期的勘察設(shè)計工作，在符合水流流速要求的地方，裝上就可以使用。單臺機組容量雖然較小，但是可以多機串聯(lián)、并聯(lián)使用，非常靈活，因此在農(nóng)村地區(qū)具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0056]本實用新型水動能轉(zhuǎn)化裝置，將旋轉(zhuǎn)部I設(shè)置為圓錐體，圓錐體上設(shè)置有螺旋槽，水從螺旋槽通過時推動圓錐體狀的旋轉(zhuǎn)部I轉(zhuǎn)動，從而將水能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)動能，旋轉(zhuǎn)部I上連接發(fā)電機3，再將旋轉(zhuǎn)動能轉(zhuǎn)換為電能輸出。旋轉(zhuǎn)部I上使用螺旋槽代替葉片，減小了體積，實現(xiàn)了不占地、不取水、不斷流，降低了維護成本。
[0057]以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種水動能轉(zhuǎn)化裝置，其特征在于，包括螺線渦輪機、發(fā)電機和底座； 所述螺線渦輪機包括旋轉(zhuǎn)部； 所述旋轉(zhuǎn)部為圓錐體，所述圓錐體上設(shè)置有螺旋槽，所述圓錐體的底部與所述發(fā)電機的轉(zhuǎn)動軸連接； 所述發(fā)電機設(shè)置在所述底座上； 所述底座上設(shè)置有用于與外界固定的固定孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水動能轉(zhuǎn)化裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)部與所述發(fā)電機的電機軸通過軸承連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水動能轉(zhuǎn)化裝置，其特征在于，所述螺旋槽為阿基米德螺旋槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水動能轉(zhuǎn)化裝置，其特征在于，所述螺線渦輪機還包括阿基米德螺旋板；所述阿基米德螺旋板設(shè)置在所述阿基米德螺旋槽內(nèi)遠離所述旋轉(zhuǎn)部的頂部的一側(cè)，與所述阿基米德螺旋槽靠近所述旋轉(zhuǎn)部的頂部的一側(cè)有間隙，所述阿基米德螺旋板遠離所述阿基米德螺旋槽底部的一側(cè)高出所述阿基米德螺旋槽。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水動能轉(zhuǎn)化裝置，其特征在于，所述阿基米德螺旋板遠離所述阿基米德螺旋槽底部的一側(cè)至所述阿基米德螺旋板靠近所述阿基米德螺旋槽底部的一側(cè)的距離為4cm_10cm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水動能轉(zhuǎn)化裝置，其特征在于，所述螺線渦輪機內(nèi)設(shè)置有方向傳感器，用于調(diào)整所述螺線渦輪機軸線方向與水流方向的角度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水動能轉(zhuǎn)化裝置，其特征在于，所述螺線渦輪機還包括連接部；所述連接部為圓柱體，其一端固定連接所述旋轉(zhuǎn)部，另一端連接所述發(fā)電機的電機軸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水動能轉(zhuǎn)化裝置，其特征在于，還包括控制部，所述控制部設(shè)置在所述發(fā)電機遠離所述螺線渦輪機的一端。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水動能轉(zhuǎn)化裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)部的圓錐的頂角為30。； 和/或， 所述旋轉(zhuǎn)部的圓錐的高度為80cm-3000cm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項所述的水動能轉(zhuǎn)化裝置，其特征在于，所述螺旋槽的寬度為 2cm_10cm。
【文檔編號】F03B7/00GK203670086SQ201420047764
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月24日
【發(fā)明者】馬智杰, 趙云, 魯仕寶, 汪群, 袁旭音, 查同剛, 陳英義, 張承明, 黃麗華 申請人:中國水利水電科學(xué)研究院