具有升降調(diào)向功能的微水頭水輪機(jī)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是涉及一種水力發(fā)電裝置，具體地說(shuō)是涉及具有升降調(diào)向功能的微水頭水輪機(jī)及控制方法。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]水能是一種取之不盡、用之不竭、可再生的清潔能源，因此世界各國(guó)把開發(fā)水力發(fā)電項(xiàng)目放在了首要的位置，我國(guó)更是如此，國(guó)家的能源“十二五”規(guī)劃明確把水電開發(fā)放在了優(yōu)先的位置。但為了有效利用天然水能，當(dāng)今現(xiàn)有傳統(tǒng)技術(shù)需要人工修筑能集中水流落差和調(diào)節(jié)流量的水工建筑物，如大壩等。因此，就目前我國(guó)已開發(fā)或正在開發(fā)的水電站來(lái)說(shuō)，一般水頭都在2.5m以上。這些傳統(tǒng)技術(shù)的開發(fā)投資大、建設(shè)周期長(zhǎng)、還會(huì)造成較大的土地淹沒和人口迀移對(duì)生態(tài)和社會(huì)產(chǎn)生負(fù)面的影響。
[0004]我國(guó)對(duì)于水頭在2.5m以下(以下簡(jiǎn)稱微水頭)的水能資源最保守估計(jì)都有千萬(wàn)kW數(shù)量級(jí)的資源量可供開發(fā)。但是由于海洋、河流中水流速度沿豎直方向分布隨時(shí)間不斷發(fā)生變化，以及水流、潮汐的流動(dòng)方向也在時(shí)刻發(fā)生變化。因此，對(duì)于現(xiàn)有的微水頭水輪發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，不能根據(jù)水流的流速大小和方向做出及時(shí)調(diào)整，使水能資源不能得到充分利用。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對(duì)上述不足提供一種能充分利用水流資源的具有升降調(diào)向功能的微水頭水輪機(jī)及控制方法
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
本發(fā)明所述的具有升降調(diào)向功能的微水頭水輪機(jī)，包括底座，升降電機(jī)，升降桿，微水頭水輪機(jī)，調(diào)向電機(jī)，軸承;所述的底座上布置升降桿;升降桿的頂端設(shè)有軸承;微水頭水輪機(jī)通過(guò)軸承與升降桿相連，微水頭水輪機(jī)沿軸承轉(zhuǎn)動(dòng);底座內(nèi)設(shè)有升降電機(jī)，升降電機(jī)控制升降桿的升降；調(diào)向電機(jī)帶動(dòng)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0007]本發(fā)明所述的具有升降調(diào)向功能的微水頭水輪機(jī)，還包括測(cè)速傳感器網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理分析模塊，電機(jī)控制系統(tǒng);所述的測(cè)速傳感器網(wǎng)絡(luò)以升降桿為中心圓周分布，電機(jī)控制系統(tǒng)控制降電機(jī)與調(diào)向電機(jī);測(cè)速傳感器網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)處理分析模塊相連;數(shù)據(jù)處理分析模塊將數(shù)據(jù)傳輸給電機(jī)控制系統(tǒng)。
[0008]本發(fā)明所述的具有升降調(diào)向功能的微水頭水輪機(jī)，所述的微水頭水輪機(jī)和軸承之間采用過(guò)盈配合連接。
[0009]本發(fā)明所述的具有升降調(diào)向功能的微水頭水輪機(jī)，所述的測(cè)速傳感器網(wǎng)絡(luò)包括傳感器安裝支架，流速傳感器，信號(hào)輸出支路，信號(hào)輸出總線;所述的傳感器安裝支架為若干根，傳感器安裝支架沿升降桿為中心、成圓周排列;傳感器安裝支架上設(shè)有若干個(gè)流速傳感器;信號(hào)輸出支路與每個(gè)傳感器安裝支架上的流速傳感器相連;信號(hào)輸出支路與信號(hào)輸出總線相連。
[0010]本發(fā)明所述的具有升降調(diào)向功能的微水頭水輪機(jī)，所述的每?jī)蓚€(gè)相鄰的傳感器安裝支架在圓周方向的角度差為30°。
[0011]本發(fā)明所述的具有升降調(diào)向功能的微水頭水輪機(jī)，所述的每?jī)蓚€(gè)垂直方向相鄰的流速傳感器之間的距離為lm。
[0012]本發(fā)明所述的具有升降調(diào)向功能的微水頭水輪機(jī)，所述的每?jī)蓚€(gè)水平方向相鄰的流速傳感器之間的角度為差為30°。
[0013]本發(fā)明所述的具有升降調(diào)向功能的微水頭水輪機(jī)，傳感器安裝支架與升降桿之間的距離為3m。
[0014]本發(fā)明所述的具有升降調(diào)向功能的微水頭水輪機(jī)的控制方法，步驟如下:
1)、將微水頭水輪機(jī)放置完成后，開啟并運(yùn)作，流速傳感器收集信號(hào)；
2)、流速傳感器將收集到的信號(hào)傳輸只流入數(shù)據(jù)處理分析模塊；
3)、數(shù)據(jù)處理分析模塊對(duì)流入傳感器信號(hào)進(jìn)行分析處理，得到具有最大流速位置的坐標(biāo)(Φ，h)；
4)、數(shù)據(jù)處理分析模塊通過(guò)電機(jī)控制系統(tǒng)控制升降電機(jī)和調(diào)向電機(jī)，使得微水頭水輪機(jī)調(diào)整其高度和角度到指定位置，即最大流速所在處。
[0015]本發(fā)明所述的具有升降調(diào)向功能的微水頭水輪機(jī)控制方法，所述的步驟2)中流速傳感器每隔一小時(shí)工作一次。
[0016]有益效果
本發(fā)明提供的具有升降調(diào)向功能的微水頭水輪機(jī)及控制方法，相比于傳統(tǒng)技術(shù)的水力發(fā)電，有效開發(fā)微水頭水能資源、投資小、建設(shè)周期短、對(duì)生態(tài)友好;相比于傳統(tǒng)技術(shù)的微水頭發(fā)電機(jī)，充分利用水能資源，通過(guò)間斷性的工作可避免升降電機(jī)和調(diào)向電機(jī)的疲勞運(yùn)轉(zhuǎn)、進(jìn)而延長(zhǎng)電機(jī)使用壽命。
[0017]
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1本發(fā)明所述的具有升降調(diào)向功能的微水頭水輪機(jī)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2是本發(fā)明所述的測(cè)速傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖3是本發(fā)明所述的測(cè)速傳感器網(wǎng)絡(luò)的俯視圖。
[0021]
【具體實(shí)施方式】
[0022]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的和技術(shù)方案更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；谒枋龅谋景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在無(wú)需創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍:
如圖1所示:具有升降調(diào)向功能的微水頭水輪機(jī)，包括底座I，升降電機(jī)2，升降桿3，微水頭水輪機(jī)4，調(diào)向電機(jī)5，軸承6;所述的升降桿3通過(guò)底座I固定在河床或海底;升降電機(jī)2安裝在底座I上;調(diào)向電機(jī)5安裝在升降桿3頂端;微水頭水輪機(jī)4通過(guò)軸承6安裝在升降桿3上；電機(jī)控制系統(tǒng)7與升降電機(jī)2和調(diào)向電機(jī)5連接。底座I內(nèi)設(shè)有升降電機(jī)2，升升降電機(jī)2能夠在電機(jī)控制系統(tǒng)7的控制下使微水頭水輪機(jī)4在豎直方向上下移動(dòng)。調(diào)向電機(jī)5能夠在電機(jī)控制系統(tǒng)7的控制下使微水頭水輪機(jī)4在以升降桿3為中心軸的平面內(nèi)360°旋轉(zhuǎn)。軸承6和升降桿3之間采用過(guò)盈配合連接;微水頭水輪機(jī)4和軸承6之間采用過(guò)盈配合連接。
[0023]測(cè)速傳感器網(wǎng)絡(luò)17以升降桿3為中心圓周分布，電機(jī)控制系統(tǒng)7控制降電機(jī)2與調(diào)向電機(jī)5;測(cè)速傳感器網(wǎng)絡(luò)17與數(shù)據(jù)處理分析模塊16相連;數(shù)據(jù)處理分析模塊16將數(shù)據(jù)傳輸給電機(jī)控制系統(tǒng)7。
[0024]圖2所示測(cè)速傳感器網(wǎng)絡(luò)17由傳感器電源8、總開關(guān)9、間斷信號(hào)發(fā)生器10、電源輸入總線11、傳感器安裝支架12、流速傳感器13、信號(hào)輸出支路14、信號(hào)輸出總線15組成。所述測(cè)速傳感器網(wǎng)絡(luò)布置在以升降桿3為中心軸，半徑為3m的圓柱體范圍內(nèi)；所述傳感器安裝支架12布置在圓柱體范圍的外表面上，且每?jī)蓚€(gè)相鄰的傳感器安裝支架12在圓周方向的角度差為30° ;所述流速傳感器13安裝在傳感器安裝支架12外法線方向上，在豎直方向每?jī)蓚€(gè)相鄰的流速傳感器13距離為lm，在圓周方向所有的流速傳感器13布置在同一高度處即同一圓周上、且每?jī)蓚€(gè)相鄰的流速13在圓周方向的角度差為30°。
[0025]本發(fā)明所述的測(cè)速傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作原理如下:所述傳感器電源8通過(guò)總開關(guān)9和間斷信號(hào)發(fā)生器10的控制給流速傳感器13供電，使流速傳感器13每隔一小時(shí)工作一次，所測(cè)信號(hào)流入數(shù)據(jù)處理分析模塊16。
[0026]數(shù)據(jù)處理分析模塊16對(duì)流入信號(hào)進(jìn)行分析處理，得到具有最大流速位置的坐標(biāo)(?，h)。通過(guò)電機(jī)控制系統(tǒng)7控制升降電機(jī)2和調(diào)向電機(jī)5，使得微水頭水輪機(jī)4調(diào)整其高度和角度到指定位置，即最大流速位置。
[0027]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.具有升降調(diào)向功能的微水頭水輪機(jī)，其特征在于:包括底座(I)，升降電機(jī)(2)，升降桿(3)，微水頭水輪機(jī)(4)，調(diào)向電機(jī)(5)，軸承(6);所述的底座(I)上布置升降桿(3);升降桿(3)的頂端設(shè)有軸承(6);微水頭水輪機(jī)(4)通過(guò)軸承(6)與升降桿(3)相連，微水頭水輪機(jī)(4)沿軸承(6)轉(zhuǎn)動(dòng);底座(I)內(nèi)設(shè)有升降電機(jī)(2)，升降電機(jī)(2)控制升降桿(3)的升降；調(diào)向電機(jī)(5)帶動(dòng)軸承(6)轉(zhuǎn)動(dòng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有升降調(diào)向功能的微水頭水輪機(jī)，其特征在于:還包括測(cè)速傳感器網(wǎng)絡(luò)(17)、數(shù)據(jù)處理分析模塊(16)，電機(jī)控制系統(tǒng)(7);所述的測(cè)速傳感器網(wǎng)絡(luò)(17)以升降桿(3)為中心圓周分布，電機(jī)控制系統(tǒng)(7)控制降電機(jī)(2)與調(diào)向電機(jī)(5);測(cè)速傳感器網(wǎng)絡(luò)(17)與數(shù)據(jù)處理分析模塊(16)相連;數(shù)據(jù)處理分析模塊(16)將數(shù)據(jù)傳輸給電機(jī)控制系統(tǒng)(7)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有升降調(diào)向功能的微水頭水輪機(jī)，其特征在于:所述的微水頭水輪機(jī)(4)和軸承(6)之間采用過(guò)盈配合連接。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有升降調(diào)向功能的微水頭水輪機(jī)，其特征在于:所述的測(cè)速傳感器網(wǎng)絡(luò)(17)包括傳感器安裝支架(12)，流速傳感器(13)，信號(hào)輸出支路(14)，信號(hào)輸出總線(15);所述的傳感器安裝支架(12)為若干根，傳感器安裝支架(12)沿升降桿(3)為中心、成圓周排列;傳感器安裝支架(12)上設(shè)有若干個(gè)流速傳感器(13);信號(hào)輸出支路(14)與每個(gè)傳感器安裝支架(12)上的流速傳感器(13)相連;信號(hào)輸出支路(14)與信號(hào)輸出總線(15)相連。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有升降調(diào)向功能的微水頭水輪機(jī)，其特征在于:所述的每?jī)蓚€(gè)相鄰的傳感器安裝支架(12)在圓周方向的角度差為30°。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有升降調(diào)向功能的微水頭水輪機(jī)，其特征在于:所述的每?jī)蓚€(gè)垂直方向相鄰的流速傳感器(13)之間的距離為lm。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有升降調(diào)向功能的微水頭水輪機(jī)，其特征在于:所述的每?jī)蓚€(gè)水平方向相鄰的流速傳感器(13)之間的角度為差為30°。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有升降調(diào)向功能的微水頭水輪機(jī)，其特征在于:傳感器安裝支架(12)與升降桿(3)之間的距離為3m。9.利用上述權(quán)利要求任意一項(xiàng)所述的具有升降調(diào)向功能的微水頭水輪機(jī)的控制方法，其特征在于:步驟如下: 1)、將微水頭水輪機(jī)放置完成后，開啟并運(yùn)作，流速傳感器(13)收集信號(hào)； 2)、流速傳感器(13)將收集到的信號(hào)傳輸只流入數(shù)據(jù)處理分析模塊(16); 3)、數(shù)據(jù)處理分析模塊(16)對(duì)流入傳感器信號(hào)進(jìn)行分析處理，得到具有最大流速位置的坐標(biāo)； 4)、數(shù)據(jù)處理分析模塊(16)通過(guò)電機(jī)控制系統(tǒng)(7)控制升降電機(jī)(2)和調(diào)向電機(jī)(5)，使得微水頭水輪機(jī)(4)調(diào)整其高度和角度到指定位置，即最大流速所在處。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的具有升降調(diào)向功能的微水頭水輪機(jī)控制方法，其特征在于:所述的步驟2)中流速傳感器(13)每隔一小時(shí)工作一次。
【專利摘要】本發(fā)明是涉及一種水力發(fā)電裝置，具體地說(shuō)是涉及具有升降調(diào)向功能的微水頭水輪機(jī)及控制方法。有升降調(diào)向功能的微水頭水輪機(jī)的底座上布置升降桿；升降桿的頂端設(shè)有軸承；微水頭水輪機(jī)通過(guò)軸承與升降桿相連，微水頭水輪機(jī)沿軸承轉(zhuǎn)動(dòng)；底座內(nèi)設(shè)有升降電機(jī)，升降電機(jī)控制升降桿的升降；調(diào)向電機(jī)帶動(dòng)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)。本發(fā)明提供的具有升降調(diào)向功能的微水頭水輪機(jī)及控制方法，相比于傳統(tǒng)技術(shù)的水力發(fā)電，有效開發(fā)微水頭水能資源、投資小、建設(shè)周期短、對(duì)生態(tài)友好；相比于傳統(tǒng)技術(shù)的微水頭發(fā)電機(jī)，充分利用水能資源，通過(guò)間斷性的工作可避免升降電機(jī)和調(diào)向電機(jī)的疲勞運(yùn)轉(zhuǎn)、進(jìn)而延長(zhǎng)電機(jī)使用壽命。
【IPC分類】F03B15/00
【公開號(hào)】CN105673313
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610017194
【發(fā)明人】陳榮杰, 高冉冉, 闞闞, 鄭源, 韓星星, 陳宇杰, 劉惠文, 李丹, 謝占山
【申請(qǐng)人】河海大學(xué)
【公開日】2016年6月15日
【申請(qǐng)日】2016年1月12日