專利名稱：隨水位自動(dòng)調(diào)節(jié)的水輪機(jī)及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種隨水位自動(dòng)調(diào)節(jié)的水輪機(jī)及應(yīng)用，屬于水輪機(jī)發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
水輪機(jī)是把水流的能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的動(dòng)力機(jī)械，早在公元前100年前后， 中國(guó)就出現(xiàn)了水輪機(jī)的雛形——水輪，用于提灌和驅(qū)動(dòng)糧食加工器械。現(xiàn)代水輪機(jī)則大多 數(shù)安裝在水電站內(nèi)，用來驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。在水電站中，上游水庫中的水經(jīng)引水管引向水輪 機(jī)，推動(dòng)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。作完功的水則通過尾水管道排向下游。水頭越 高、流量越大，水輪機(jī)的輸出功率也就越大。但是大型水輪機(jī)設(shè)備并不適合中小型的河流大型水輪機(jī)所需的啟動(dòng)流速遠(yuǎn)遠(yuǎn)大 于中小型河流中河水的流速；為此本領(lǐng)域的技術(shù)人員做出了積極地改造，將水輪機(jī)的體積 減小，使其水輪機(jī)適合中小型河流。實(shí)踐證明，架設(shè)在中小河流中的水輪發(fā)電機(jī)的利用率也 不高，其主要原因在于因?yàn)橹行『恿鞫际羌竟?jié)性的流水，在豐水期時(shí)，水位較高，超過水輪 機(jī)的最佳水位，阻礙水力發(fā)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)；在枯水期時(shí)，水位則較低，水位會(huì)低于水輪機(jī)的最 低水位，使其完全不能利用水流發(fā)電。由此可以看出，開發(fā)中小水流發(fā)電的瓶頸在于水輪機(jī) 能否適應(yīng)水位的變化。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決以上所述的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種能隨水位高低自動(dòng)調(diào)節(jié)的水輪 機(jī)，本發(fā)明還公開一種利用上述水輪機(jī)進(jìn)行水力發(fā)電的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種能隨水位高低自動(dòng)調(diào)節(jié)的水輪機(jī)，包括支撐架、水平軸、葉輪，其中兩個(gè)支撐 架之間水平設(shè)置水平軸，水平軸通過軸承與支撐架相連；水平軸上設(shè)有葉輪，葉輪包括葉柄 和葉片，葉片通過葉柄與水平軸固定連接，其特征在于，在支撐架底設(shè)置有浮艇；在水平軸 的兩端分別設(shè)有一個(gè)導(dǎo)向架，導(dǎo)向架上設(shè)置有一條垂直于水面的開口，水平軸橫穿開口設(shè) 置在兩個(gè)導(dǎo)向架之間，力矩盤設(shè)置在兩個(gè)導(dǎo)向架內(nèi)側(cè)的水平軸上。本發(fā)明利用了浮艇將支 撐架托起，使其漂浮于水面之上，隨水位的變化隨時(shí)調(diào)整；在水平軸的兩端設(shè)置導(dǎo)向架，起 到固定作用，使本發(fā)明只可以隨水位上下調(diào)整，不會(huì)隨處漂流，確保水輪機(jī)工作的穩(wěn)定性。所述的支撐架上還設(shè)置有支桿，支桿的長(zhǎng)度大于等于葉輪的半徑。設(shè)置支桿的作 用在于，當(dāng)水位下降至低水位時(shí)，水輪機(jī)在支桿的支撐下避免觸底，繼續(xù)工作。所述的導(dǎo)向架是鋼結(jié)構(gòu)的架體、高強(qiáng)度塑鋼的架體或者是鋼筋混凝土的墻體。導(dǎo) 向架固定設(shè)置在河床上，確保水輪機(jī)正常工作。采用鋼筋混凝土搭建的墻體，還可以起到引 導(dǎo)水流的作用，使兩個(gè)墻體之間的水流的流量和流速增加，進(jìn)而增加對(duì)水輪機(jī)的推動(dòng)力。所述葉輪的組數(shù)為3-5組；所述的每組葉輪設(shè)有3 7個(gè)葉片，每組葉輪設(shè)置的葉 片數(shù)量均相同。所述的葉片的形狀為簸箕形。
葉輪組數(shù)為3組，每組葉輪均設(shè)有5個(gè)葉片，同組葉輪的相鄰兩葉柄的夾角度數(shù)為 72度，相鄰兩葉輪的葉柄的夾角度數(shù)24度。優(yōu)選3組葉輪，使得水平軸的長(zhǎng)度適中，確保水 平軸在剛性范圍內(nèi)正常工作；每組葉輪均設(shè)有5個(gè)葉片利于軸系平衡。相鄰兩葉輪的葉柄 的夾角度數(shù)24度，從水輪機(jī)的側(cè)面可以看出，整個(gè)葉輪的360度被15個(gè)葉柄所均分，使水 輪機(jī)受力密度增加，均勻，還不會(huì)增加水平軸的負(fù)擔(dān)，確保軸系的平衡穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)表明，在水平軸上設(shè)置3組葉輪，每組葉輪設(shè)置5個(gè)葉片，共15個(gè)角度相措設(shè) 置的葉柄和葉片，其產(chǎn)生的力矩比一個(gè)葉輪設(shè)置15個(gè)葉片的情況均勻，水能利用率也高， 穩(wěn)定性能好。所述水平軸長(zhǎng)3 5米，所述的力矩盤的直徑為25-40cm。所述葉柄的長(zhǎng)度為2 3米。利用以上的水輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電的方法，步驟如下1)將低速永磁發(fā)電機(jī)固定設(shè)置在浮艇上，將水輪機(jī)的力矩盤與低速永磁發(fā)電機(jī)組 相連；2)當(dāng)水流速度大于等于2m/s時(shí)，水輪機(jī)的葉輪開始轉(zhuǎn)動(dòng)；3)葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)力矩盤轉(zhuǎn)動(dòng)，力矩盤與低速永磁發(fā)電機(jī)相連，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組進(jìn) 行發(fā)電。步驟2)所述的水流速度范圍是2m/s 20m/s，葉輪的轉(zhuǎn)速為6 7轉(zhuǎn)/min。本發(fā)明的有益效果在于1)本發(fā)明適合中小型河流發(fā)電，水流速度只需大于等于2m/s即可發(fā)電；2)本發(fā)明的水輪機(jī)的設(shè)計(jì)緊湊、合理，故障率低，運(yùn)輸、安裝和維護(hù)簡(jiǎn)單方便，經(jīng)濟(jì) 適用。3)本發(fā)明的水輪機(jī)可以隨河流的水位調(diào)節(jié)葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)位置，使其適用于豐水期和 枯水期，利用率高。


圖1是本發(fā)明水輪機(jī)的機(jī)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的葉輪機(jī)構(gòu)示意圖。在圖1 2中，1、支撐架；2、水平軸；3、水面；4、力矩盤；5、葉柄；6、葉片；7、支桿； 8、浮艇；9、導(dǎo)向架；10、開口 ；11、軸承。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但不限于此。實(shí)施例中所述的葉片均為簸箕形。實(shí)施例1、一種能隨水位高低自動(dòng)調(diào)節(jié)的水輪機(jī)，包括支撐架1、水平軸2、葉輪，其中兩個(gè)支 撐架1之間水平設(shè)置水平軸2，水平軸2通過軸承11與支撐架1相連；水平軸2上設(shè)有葉 輪，葉輪包括葉柄5和葉片6，葉片6通過葉柄5與水平軸2固定連接，其特征在于，在支撐 架1底設(shè)置有浮艇8 ；在水平軸2的兩端分別設(shè)有一個(gè)導(dǎo)向架9，導(dǎo)向架9上設(shè)置有一條垂 直于水面的開口 10，水平軸2橫穿開口 10設(shè)置在兩個(gè)導(dǎo)向架9之間，力矩盤4設(shè)置在兩個(gè)導(dǎo)向架9內(nèi)側(cè)的水平軸2上。在所述的支撐架1上還設(shè)置有支桿7，支桿7的長(zhǎng)度大于等于葉輪的半徑。所述的導(dǎo)向架9是鋼筋混凝土的墻體。葉輪組數(shù)為3組，每組葉輪均設(shè)有5個(gè)葉片，同組葉輪的相鄰兩葉柄5的夾角度數(shù) 為72度，相鄰兩葉輪的葉柄5的夾角度數(shù)24度。從圖2可以看出，整個(gè)葉輪的360度被15個(gè)葉柄5所均分，使水輪機(jī)采集的采集 密度增加，采集均勻，還不會(huì)增加水平軸的負(fù)擔(dān)，確保軸系的平衡穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)表明，在水平軸2上設(shè)置3組葉輪，每組葉輪設(shè)置5個(gè)葉柄5和葉片6，共15 個(gè)角度相措設(shè)置的葉柄5和葉片6，其產(chǎn)生的力矩比一個(gè)葉輪設(shè)置15個(gè)葉柄和葉片的情況 均勻，水能利用率也高，也更加穩(wěn)定。所述水平軸2長(zhǎng)3米，所述的力矩盤4的直徑為30cm。所述葉柄5的長(zhǎng)度為2米。本實(shí)施例的水輪機(jī)的工作原理當(dāng)豐水期時(shí)，浮艇8在浮力的作用下隨著水面上升，托動(dòng)支撐架1也上升，水平軸2 在導(dǎo)向架9的開口 10的導(dǎo)向作用下垂直向上運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，水平軸2上的葉輪在水流的推動(dòng) 下正常轉(zhuǎn)動(dòng)；在枯水期，浮艇8在浮力的作用下隨著水面下降，托動(dòng)支撐架1也下降，水平軸2 在導(dǎo)向架9的開口 10的導(dǎo)向作用下垂直向下運(yùn)動(dòng)，水位過低時(shí)，支桿7首先觸底，將葉輪固 定支撐在正常工作高度，同時(shí)，水平軸2上的葉輪在水流的推動(dòng)下正常轉(zhuǎn)動(dòng)。實(shí)施例2、利用實(shí)施例1的水輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電的方法，步驟如下1)將低速永磁發(fā)電機(jī)固定設(shè)置在浮艇8上，將水輪機(jī)的力矩盤4與低速永磁發(fā)電 機(jī)組相連；2)當(dāng)水流速度大于等于2m/s時(shí)，水輪機(jī)的葉輪開始轉(zhuǎn)動(dòng)；水流速度范圍是2m/ s 20m/s，葉輪的轉(zhuǎn)速為6 7轉(zhuǎn)/min。3)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)力矩盤4轉(zhuǎn)動(dòng)，力矩盤4與低速永磁發(fā)電機(jī)相連，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組進(jìn) 行發(fā)電。實(shí)施例3、如實(shí)施例1所述的水輪機(jī)，區(qū)別在于在水平軸2上設(shè)置5組葉輪，所述的葉輪均設(shè)有5個(gè)葉片。同組葉輪的相鄰兩葉 柄5的夾角度數(shù)為72度，相鄰兩葉輪的葉柄5的夾角度數(shù)14. 4度。從水輪機(jī)的側(cè)面可以看出，整個(gè)葉輪的360度被25個(gè)葉柄5所均分，因此θ角的 度數(shù)為14. 4度。
權(quán)利要求
一種能隨水位高低自動(dòng)調(diào)節(jié)的水輪機(jī)，包括支撐架、水平軸、葉輪，其中兩個(gè)支撐架之間水平設(shè)置水平軸，水平軸通過軸承與支撐架相連；水平軸上設(shè)有葉輪，葉輪包括葉柄和葉片，葉片通過葉柄與水平軸固定連接，其特征在于，在支撐架底設(shè)置有浮艇；在水平軸的兩端分別設(shè)有一個(gè)導(dǎo)向架，導(dǎo)向架上設(shè)置有一條垂直于水面的開口，水平軸橫穿開口設(shè)置在兩個(gè)導(dǎo)向架之間，力矩盤設(shè)置在兩個(gè)導(dǎo)向架內(nèi)側(cè)的水平軸上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水輪機(jī)，其特征在于，所述的支撐架上還設(shè)置有支桿，支桿的 長(zhǎng)度大于等于葉輪的半徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水輪機(jī)，其特征在于，所述的導(dǎo)向架是鋼結(jié)構(gòu)的架體、高強(qiáng)度 塑鋼的架體或者是鋼筋混凝土的墻體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水輪機(jī)，其特征在于，所述葉輪的組數(shù)為3-5組；每組葉輪設(shè) 有3 7個(gè)葉片，每組葉輪設(shè)置的葉片數(shù)量均相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水輪機(jī)，其特征在于，葉輪組數(shù)為3組，每組葉輪均設(shè)有5個(gè) 葉片，同組葉輪的相鄰兩葉柄的夾角度數(shù)為72度，相鄰兩葉輪的葉柄的夾角度數(shù)24度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水輪機(jī)，其特征在于，所述水平軸長(zhǎng)3 5米，所述的力矩盤 的直徑為25-40cm ；所述葉柄的長(zhǎng)度為2 3米。
7.利用權(quán)利要求1所述的水輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電的方法，步驟如下1)將低速永磁發(fā)電機(jī)固定設(shè)置在浮艇上，將水輪機(jī)的力矩盤與低速永磁發(fā)電機(jī)組相連；2)當(dāng)水流速度大于等于2m/s時(shí)，水輪機(jī)的葉輪開始轉(zhuǎn)動(dòng)；3)葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)力矩盤轉(zhuǎn)動(dòng)，力矩盤與低速永磁發(fā)電機(jī)相連，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，步驟2)所述的水流速度范圍是2m/s 20m/s，葉輪的轉(zhuǎn)速為6 7轉(zhuǎn)/min。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種隨水位自動(dòng)調(diào)節(jié)的水輪機(jī)及應(yīng)用。在水輪機(jī)支撐架底設(shè)置一個(gè)浮艇；在水平軸的兩端分別設(shè)有一個(gè)導(dǎo)向架，導(dǎo)向架上設(shè)置有一條垂直于水面的開口，水平軸橫穿開口設(shè)置在兩個(gè)導(dǎo)向架之間，力矩盤設(shè)置在兩個(gè)導(dǎo)向架內(nèi)側(cè)的水平軸上。本發(fā)明的水輪機(jī)可以隨河流的水位調(diào)節(jié)葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)位置，使其適用于豐水期和枯水期，利用率高。
文檔編號(hào)F03B3/00GK101929413SQ20101027140
公開日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2010年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月3日
發(fā)明者許士泉, 許盟來 申請(qǐng)人:許士泉