一種引水式漩渦水流發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明屬于一種引水式發(fā)電系統(tǒng)，具體的說是一種引水式漩渦水流發(fā)電系統(tǒng)。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004] 目前，許多偏遠山區(qū)由于電網(wǎng)無法覆蓋，電力供應(yīng)嚴重不足，當(dāng)?shù)鼐用癫坏貌豢撤?樹木來解決生活中的能源問題，造成當(dāng)?shù)厮亮魇栴}越來越嚴重，生態(tài)環(huán)境日益惡化。但 是，這些地方通常蘊含豐富的水能資源。
[0005] 目前對水能資源的開發(fā)利用主要通過興建大壩或引水道集中水頭進行發(fā)電，但基 于壩式水電站工程量巨大以及對地質(zhì)條件、渠道形式等要求，不易用于小型流域的開發(fā)利 用。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提出一種引水式漩渦水流發(fā)電系統(tǒng)，該發(fā)電系統(tǒng)充 分利用偏遠地區(qū)小型河道的水能資源，通過造渦漏斗產(chǎn)生漩渦，借助漩渦的旋轉(zhuǎn)能量推動 葉片發(fā)電，具有顯著的生態(tài)、節(jié)能減排效益。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下： 本發(fā)明的引水式漩渦水流發(fā)電系統(tǒng)，包括相互連接的引流部和發(fā)電部，所述引流部主 要由分水錐、回水堰、引水渠依次連接構(gòu)成；所述發(fā)電部包括造渦漏斗、機電設(shè)備和尾水管， 其中機電設(shè)備設(shè)于造渦漏斗上側(cè)，尾水管設(shè)于造渦漏斗下側(cè)； 所述分水錐為前部和尾部呈流線型混凝土墩，以減小水流過流的動能損失；分水錐設(shè) 于河流彎道處中部，以將河流分為兩股； 所述回水堰為斷面呈三角形的混凝土溢流堰，回水堰設(shè)于分水錐的下游，并與分水錐 相連接； 所述引水渠為斷面呈矩形的混凝土渠道，引水渠設(shè)于河流彎道凹岸處，引水渠包括第 一渠道和第二渠道； 所述造渦漏斗為具有上、下端開口的混凝土漏斗，該混凝土漏斗的側(cè)壁還設(shè)有第一入 流口、第二入流口；上端開口的口徑大于下端開口 口徑；第一入流口、第二入流口成中心對 稱，并且位于造渦漏斗側(cè)壁切向方向，其中第一入流口與第一渠道相連接，第二入流口與第 二渠道相連接； 所述機電設(shè)備主要由依次連接的發(fā)電機、行星齒輪增速箱、水輪機以及機架構(gòu)成，其 中，發(fā)電機通過機架固定于造渦漏斗的正上方；行星齒輪增速箱為ZL80型行星增速機，其 輸入端通過齒輪與水輪機的輸出端咬合連接，其輸出端通過齒輪與發(fā)電機的輸入端咬合連 接，實現(xiàn)異軸旋轉(zhuǎn)，以達到增速的目的；水輪機主要由主軸、轉(zhuǎn)輪和多個轉(zhuǎn)輪葉片構(gòu)成，其中 轉(zhuǎn)輪葉片均勻分布并固定于轉(zhuǎn)輪外側(cè)，轉(zhuǎn)輪固定于主軸上，水輪機通過止推軸承固定于機 架上，使其在造渦漏斗的內(nèi)部中心位置； 所述尾水管為彎肘形，其入口端與造渦漏斗的下端開口連接，其出口端與河流連通，用 于將尾水順暢的排向下游。
[0009] 本發(fā)明各部件具有以下優(yōu)點： 1、 本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)利用人造漩渦進行發(fā)電，解決了偏遠山區(qū)電力供應(yīng)困難的問題， 改變當(dāng)?shù)匾阅静臑槿剂系哪茉船F(xiàn)狀，間接保護了森林覆蓋率，減少因木材燃燒而產(chǎn)生的 COj排放量，節(jié)能減排效益顯著；經(jīng)試驗測算，該系統(tǒng)的發(fā)電效率高于70%，具有明顯的經(jīng)濟 效益與社會效益，應(yīng)用景廣闊；系統(tǒng)集引流、造渦、增速傳動和發(fā)電于一體，不僅能夠合理開 發(fā)水能資源，同時具有新穎、生態(tài)、節(jié)能減排、易于推廣等顯著特點； 2、 考慮到利用產(chǎn)生的漩渦來帶動水輪機轉(zhuǎn)動的時候，水流大小不同狀況下可能會出現(xiàn) 轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)速過低或者不穩(wěn)定的情況，因此需要一個行星齒輪增速箱來保證轉(zhuǎn)輪可以產(chǎn)生足 夠快且穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速，從而達到發(fā)電性能穩(wěn)定的目的； 3、 裝置中的造渦漏斗作為產(chǎn)生漩渦的特殊邊界條件，能夠集中水流的旋轉(zhuǎn)動能用于發(fā) 電；勢能也將進一步轉(zhuǎn)化為水輪機可以利用的旋轉(zhuǎn)動能，進而提高發(fā)電效率； 4、 尾水管的作用大致可歸納為以下三點：匯集并引導(dǎo)造渦漏水出口水流排往下游；利 用造渦漏斗4出口至下游水面高度水流所具有的位能；回收造渦漏斗出口水流的部分動 能。
[0010]
【附圖說明】
[0011] 圖1本發(fā)明引水式漩渦水流發(fā)電系統(tǒng)的整體示意圖； 圖2本發(fā)明的回水堰斷面示意圖； 圖3本發(fā)明的造渦漏斗正視圖； 圖4本發(fā)明的造渦漏斗俯視圖； 圖5本發(fā)明的機電設(shè)備示意圖； 圖6本發(fā)明引水式漩渦水流發(fā)電系統(tǒng)的局部示意圖； 圖7本發(fā)明統(tǒng)的引水渠及造渦漏斗整體示意圖； 圖8本發(fā)明的水輪機示意圖； 圖9本發(fā)明的尾水管示意圖。
[0012] 圖中：1為分水錐，2為回水堰，3為引水渠，31為第一渠道，32為第二渠道，4為造 渦漏斗，41為第一入流口，42為第二入流口，5為機電設(shè)備，51為發(fā)電機，52為發(fā)電機支架， 53為行星齒輪增速箱，54為水輪機，541為主軸，542轉(zhuǎn)輪，543為轉(zhuǎn)輪葉片，6為尾水管。
[0013]
【具體實施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進一步說明。
[0015] 本發(fā)明的引水式漩渦水流發(fā)電系統(tǒng)，包括相互連接的引流部和發(fā)電部，所述引流 部主要由分水錐1、回水堰2、引水渠3依次連接構(gòu)成；所述發(fā)電部包括造渦漏斗4、機電設(shè) 備5和尾水管6,其中機電設(shè)備5設(shè)于造渦漏斗4上側(cè)，尾水管6設(shè)于造渦漏斗4下側(cè)； 所述分水錐1為前部和尾部呈流線型混凝土墩，以減小水流過流的動能損失；分水錐1 設(shè)于河流彎道處中部，以將河流分為兩股； 所述回水堰2為斷面呈三角形的混凝土溢流堰，回水堰2設(shè)于分水錐1的下游，并與分 水錐1相連接； 所述引水渠3為斷面呈矩形的混凝土渠道，引水渠3設(shè)于河流彎道凹岸處，引水渠3包 括第一渠道31和第二渠道32 ; 所述造渦漏斗4為具有上、下端開口的混凝土漏斗，該混凝土漏斗的側(cè)壁還設(shè)有第一 入流口 41、第二入流口 42 ;上端開口的口徑大于下端開口 口徑；第一入流口 41、第二入流口 42成中心對稱，并且位于造渦漏斗4側(cè)壁切向方向，其中第一入流口 41與第一渠道31相連 接，第二入流口 42與第二渠道32相連接； 所述機電設(shè)備5主要由依次連接的發(fā)電機51、行星齒輪增速箱53、水輪機54以及機架 52構(gòu)成，其中，發(fā)電機51通過機架52固定于造渦漏斗4的正上方；行星齒輪增速箱53為 ZL80型行星增速機，其輸入端通過齒輪與水輪機54的輸出端咬合連接，其輸出端通過齒輪 與發(fā)電機51的輸入端咬合連接，實現(xiàn)異軸旋轉(zhuǎn)，以達到增速的目的；水輪機54主要由主軸 541、轉(zhuǎn)輪542和多個轉(zhuǎn)輪葉片543構(gòu)成，其中轉(zhuǎn)輪葉片543均勻分布并固定于轉(zhuǎn)輪542外 側(cè)，轉(zhuǎn)輪542固定于主軸541上，水輪機54通過止推軸承固定于機架52上，使其在造渦漏 斗4的內(nèi)部中心位置； 所述尾水管6為彎肘形，其入口端與造渦漏斗的下端開口連接，其出口端與河流連通， 用于將尾水順暢的排向下游。
[0016] 本發(fā)明運用都江堰分水原理，將分水錐1設(shè)在河流彎道處，由分水錐1將天然河水 分為兩股，一股水流保持天然狀態(tài)流向下游成為外江，以供當(dāng)?shù)鼐用竦恼Ｊ褂?，同時也為 洄游魚類留有生態(tài)通道；另一股水流則成為內(nèi)江，通過引水渠3引流至裝置內(nèi)用于發(fā)電。分 水錐1的位置應(yīng)使內(nèi)江河道寬度窄于外江河道寬度，同時采用工程措施使內(nèi)江河床低于外 江河床，即使外江成為凸地，內(nèi)江成為凹地。根據(jù)彎道水流規(guī)律可知，在彎道處含沙量較少 的表層水流流向凹地，經(jīng)引水渠3流入發(fā)電設(shè)施，避免了在造渦漏斗4可能出現(xiàn)的泥沙淤積 問題。將回水堰2設(shè)于內(nèi)江末端，并與分水錐1末端相連，對水量進行二次調(diào)節(jié)。在分水錐 1和回水堰2的共同作用下，可以使裝置在枯水期有充分的河水入流，洪水期不被淹沒。
[0017] 在引水渠3首部，水流被分為兩股，經(jīng)引水渠3導(dǎo)流后，兩股水流均以一定速度切 向入流，水流沿造渦漏斗4作螺旋下降的流動，形成較為明顯的漩渦。漩渦水流在受到轉(zhuǎn)輪 葉片542的約束下，連續(xù)不斷地改變流速的大小和方向，從而對轉(zhuǎn)輪葉片543產(chǎn)生一個反作 用力，驅(qū)動轉(zhuǎn)輪542旋轉(zhuǎn)。
[0018] 考慮到水流大小不同狀況下可能會出現(xiàn)轉(zhuǎn)輪542的轉(zhuǎn)速過低或者不穩(wěn)定的情況， 因此需要一個行星齒輪增速箱53來保證轉(zhuǎn)輪542可以產(chǎn)生足夠快且穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速，從而達到 發(fā)電機51穩(wěn)定發(fā)電的目的。通過輸電的相關(guān)設(shè)備即可將電能輸送至為附近居民住宅，滿足 他們照明用電以及農(nóng)業(yè)灌溉等方面的用電需求。
【主權(quán)項】
1. 一種引水式漩渦水流發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于：包括相互連接的引流部和發(fā)電部，所 述引流部主要由分水錐（1)、回水堰（2)、引水渠（3)依次連接構(gòu)成；所述發(fā)電部包括造渦漏 斗（4)、機電設(shè)備（5)和尾水管（6)，其中機電設(shè)備（5)設(shè)于造渦漏斗（4)上側(cè)，尾水管（6)設(shè) 于造渦漏斗（4)下側(cè)； 所述分水錐（1)為前部和尾部呈流線型混凝土墩，以減小水流過流的動能損失；分水 錐（1)設(shè)于河流彎道處中部，以將河流分為兩股； 所述回水堰（2)為斷面呈三角形的混凝土溢流堰，回水堰（2)設(shè)于分水錐（1)的下游， 并與分水錐（1)相連接； 所述引水渠（3)為斷面呈矩形的混凝土渠道，引水渠（3)設(shè)于河流彎道凹岸處，引水渠 (3)包括第一渠道（31)和第二渠道（32); 所述造渦漏斗（4)為具有上、下端開口的混凝土漏斗，該混凝土漏斗的側(cè)壁還設(shè)有第一 入流口（ 41 )、第二入流口（ 42 );上端開口的口徑大于下端開口 口徑；第一入流口（ 41 )、第二 入流口（42)成中心對稱，并且位于造渦漏斗（4)側(cè)壁切向方向，其中第一入流口（4) (1)與 第一渠道（31)相連接，第二入流口（42)與第二渠道（32)相連接； 所述機電設(shè)備（5)主要由依次連接的發(fā)電機（51)、行星齒輪增速箱（53)、水輪機（54) 以及機架（52)構(gòu)成，其中，發(fā)電機（51)通過機架（52)固定于造渦漏斗（4)的正上方；行星 齒輪增速箱（53)為ZL80型行星增速機，其輸入端通過齒輪與水輪機（54)的輸出端咬合連 接，其輸出端通過齒輪與發(fā)電機（51)的輸入端咬合連接，實現(xiàn)異軸旋轉(zhuǎn)，以達到增速的目 的；水輪機（54)主要由主軸（541)、轉(zhuǎn)輪（542)和多個轉(zhuǎn)輪葉片（543)構(gòu)成，其中轉(zhuǎn)輪葉片 (543)均勻分布并固定于轉(zhuǎn)輪（542)外側(cè)，轉(zhuǎn)輪（542)固定于主軸（541)上，水輪機（54)通 過止推軸承固定于機架（52)上，使其在造渦漏斗（4)的內(nèi)部中心位置； 所述尾水管（6)為彎肘形，其入口端與造渦漏斗的下端開口連接，其出口端與河流連 通，用于將尾水順暢的排向下游。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種引水式漩渦水流發(fā)電系統(tǒng)，包括相互連接的引流部和發(fā)電部，所述引流部主要由分水錐、回水堰、引水渠依次連接構(gòu)成；其中分水錐設(shè)于河流彎道處中部，用于將河流分為兩股；回水堰設(shè)于分水錐的下游，并與分水錐相連接，用于對水量進行二次調(diào)節(jié)；所述發(fā)電部包括造渦漏斗、機電設(shè)備和尾水管，其中機電設(shè)備設(shè)于造渦漏斗上側(cè)，尾水管設(shè)于造渦漏斗下側(cè)；引水渠用于將河水引入造渦漏斗產(chǎn)生漩渦，作用于機電設(shè)備進行發(fā)電，尾水通過尾水管重新流入河流。本發(fā)明具有顯著的生態(tài)、節(jié)能減排效益。
【IPC分類】E02B9/04, F03B13/00
【公開號】CN105257454
【申請?zhí)枴緾N201510656351
【發(fā)明人】周偉, 黃泉水, 田文祥, 周星, 陳秀青, 伍巍, 郭師心
【申請人】武漢大學(xué)
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年10月12日