专利名称:一种水力冲击发电装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种水力冲击发电装置，包括发电机和驱动装置，所述驱动装置包括动力设备、弹片、转轴和齿轮，所述齿轮安装在转轴上，所述转轴通过连接件与发电机的输入轴连接，所述弹片固定在齿轮之间的齿槽中。本实用新型提供的水力冲击发电装置的结构简单、不需要水位落差、投资小、无污染。
【专利说明】_种水力冲击发电装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及可再生能源领域，尤其涉及一种水力冲击发电装置。
【背景技术】
[0002]目前随着石化能源的使用量不断地增加，大气污染问题越来越严重，环境问题已得到全世界人们的高度重视，人们将目光投向可再生能源，可再生能源为来自大自然的能源，是取之不尽、用之不竭的能源。水能是一种取之不尽、用之不竭、可再生的清洁能源，我国的水资源主要分布在西部地区，占全国四分之三以上，但目前的开发率大约为8%，水资源开发的潜力非常大，水力发电是利用河流、湖泊等位于高处具有势能的水流至低处，将其中所含势能转换成水轮机之动能，再借水轮机为原动力，推动发电机产生电能，因此水力发电在某种意义上讲是将水的势能转变成机械能，再转变成电能的过程。
[0003]传统的水力发电的基本原理是利用水位落差，配合水轮机推动发电机发电，水力发电的先决条件是以水位落差为前提，但是，在水资源丰富的山区或平坦的河流，具备建立高水位落差来发电的天然条件比较少，而且投资大、建设周期长。
实用新型内容
[0004]鉴于目前水力发电存在的上述不足，本实用新型提供一种不需要水位落差、投资小的水力冲击发电装置。
[0005]为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案:
[0006]一种水力冲击发电装置，包括发电机和驱动装置，所述驱动装置包括动力设备、弹片、转轴和齿轮，所述齿轮安装在转轴上，所述转轴通过连接件与发电机的输入轴连接，所述弹片固定在齿轮之间的齿槽中。
[0007]依照本实用新型的一个方面，所述弹片的宽度大于水柱宽度4 mm以上。
[0008]依照本实用新型的一个方面，所述动力设备包括水泵和支架，所述水泵固定在支架上，水泵的出水口所形成的水柱不停地冲击弹片。
[0009]依照本实用新型的一个方面，所述动力设备形成的具有冲击动能的水柱冲击弹片后，所述弹片冲击齿轮的齿面产生瞬间冲击力驱动齿轮旋转，所述齿轮通过转轴带动发电机进行旋转发电。
[0010]依照本实用新型的一个方面，所述支架的顶面与转轴的垂直距离不小于2米。
[0011]依照本实用新型的一个方面，所述水泵通过电动机带动旋转，所述电动机的电源由发电机提供。
[0012]依照本实用新型的一个方面，所述弹片通过铰接固定在齿槽中，所述弹片通过拉结件与齿轮连接。
[0013]依照本实用新型的一个方面，所述弹片的顶端设有铰接孔，所述铰接孔通过插销固定在齿槽的根部，所述弹片通过弹簧与齿轮的侧面进行连接。
[0014]依照本实用新型的一个方面，所述齿槽的数量为偶数，所述弹片间隔地安装在齿槽中。
[0015]本实用新型实施的优点:由于本实用新型的驱动装置包括动力设备、弹片、转轴和齿轮，齿轮安装在转轴上，转轴通过连接件与发电机的输入轴连接，弹片固定在齿轮之间的齿槽中，动力设备形成的具有冲击动能的水柱冲击弹片后，弹片冲击齿轮的齿面产生瞬间冲击力驱动齿轮旋转，齿轮通过转轴带动发电机进行旋转发电，与传统的水力发电相比，本实用新型的水力发电不需要水位落差、投资小；动力设备包括水泵和支架，水泵固定在支架上，水泵的出水口所形成的水柱不停地冲击弹片，带动齿轮旋转，由于水泵通过电动机带动旋转，电动机的电源由发电机提供，所以本实用新型的水力冲击发电装置不会改变生态环境、结构简单、不需要水位落差、投资小，实现了可再生能源的利用、无污染。
【附图说明】
[0016]为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1为本实用新型所述的一种水力冲击发电装置的示意图；
[0018]图2为本实用新型的驱动装置的结构示意图；
[0019]图3为本实用新型的弹片的结构示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。
[0021]如图1、图2、图3所示，一种水力冲击发电装置，包括发电机9和驱动装置，所述驱动装置包括动力设备、弹片4、转轴5和齿轮3，齿轮3安装在转轴5上，转轴5通过连接件与发电机9的输入轴连接，弹片4固定在齿轮3之间的齿槽7中；动力设备形成的具有冲击动能的水柱2冲击弹片4后，弹片4冲击齿轮3的齿面产生瞬间冲击力驱动齿轮3旋转，齿轮3通过转轴5带动发电机9进行旋转发电。
[0022]在实际应用中，动力设备利用具有水力冲击动能的水柱2冲击弹片4从而带动齿轮3旋转，齿轮3通过转轴5带动发电机9进行旋转发电，发电机9固定在底座16上，转轴5固定在两端的轴承座17上，轴承座17固定在底座16上，动力设备包括水泵I和支架19，水泵I固定在支架19上，水泵I的进水管安装有过滤器18，过滤器18将水中的杂物过滤干净，水泵I工作时先将河流中的水提升后，然后水泵I的出水口所形成的水柱2不停地冲击弹片4，这样弹片4冲击齿轮的齿面产生瞬间冲击力，瞬间冲击力相当电动机20的100—200倍的冲击力，齿轮3将冲击力转化为扭矩力，带动转轴5旋转，从而实现发电，与传统的水力发电相比，本发明的水力发电不需要水位落差；支架19可为钢支架，也可为混凝土支架，支架19的安装非常方便，因此整个水力发电的投资小，支架19的顶面与转轴5的垂直距离一般不小于2米，具体的垂直距离根据实际情况而定，垂直距离越大，水柱2的冲击力越大，发电量就大，反之，垂直距离越小，水柱2的冲击力越小，发电量就小；水泵I通过电动机20带动旋转，电动机20安装在支架19上，电动机20的电源由发电机9提供，实现了再生能源的循环利用，所以本发明的水力冲击发电装置的不会改变生态环境、无污染，实现了可再生能源的利用。
[0023]在实际应用中，弹片4通过铰接固定在齿槽7中，弹片4通过拉结件6与齿轮3连接，拉结件6 —般选用弹簧，弹片4通过弹簧与齿轮3的侧面进行连接，为了充分利用水泵I的出水口所形成的水柱2，弹片4的宽度大于水柱2宽度4 mm以上，也就是说弹片4的边缘大于水柱2的外边缘至少2 mm以上。为了提高水力发电的效率，或者齿轮3的尺寸偏大时，齿轮3的所有齿槽7中均安装了弹片4，这样齿轮3运行比较平衡，为了方便弹片4的维修和更换，弹片4的顶端设有铰接孔21，铰接孔21通过插销固定在齿槽7的根部，弹片4通过弹簧与齿轮的侧面进行连接，弹片4的截面形状为“一”字形或折形，具体的截面形状根据实际情况而定，如果弹片4的截面形状选用折形，如图3所示，折形的角度一般大于90°，优先角度在120° —150°之间；当齿轮3的尺寸偏小时，或者用电量不大时，为了齿轮3运行比较平衡，齿槽7的数量一般设置为偶数，弹片4间隔地安装在齿槽7中。
[0024]发电机9产生的电能输送给充电器10，充电器10将电能储存在蓄电池11里，充电器10通过微机控制技术，实现优化的充电特性曲线，充电电流随着蓄电池11的充电电压的升高而自动下降，结合充电末期的脉冲充电方式，使充电效果更为理想，保证蓄电池11充足，也就是说蓄电池11即不欠充、也不过充，充电同时具有充电参数动态跟踪调整功能以及完善的保护功能；蓄电池11储存的电再通过交流逆变器12进行变压，变压后的电通过电网进行并网输电，为了方便人员控制，交流逆变器12与电网之间设有配电箱13和并网控制器14。另外，蓄电池11储存的电可通过电器控制开关15向电动机20供电，电动机20—般选用直流电动机。
[0025]本发明的工作原理:水泵I工作时先将河流中的水提升后，然后水泵I的出水口所形成的水柱2不停地冲击弹片4，这样弹片4对齿槽7进行冲击，产生瞬间冲击力相当电动机20的100— 200倍的冲击力，齿轮3将冲击力转化为扭矩力，带动转轴5旋转，转轴5通过连接件8与发电机9旋转发电，“连续冲击力”计算如下:
[0026]假设:(I)电动机20的功率为3kw,转速1480转/分；
[0027](2)水泵 I 的流量 Q:83m3/h (23L/s)，扬程 H:6.8m ；
[0028](3)水泵I出口处的水柱2的水流速V1:10m/s ；
[0029](4)钢片4与齿轮3的侧面接触面积:0.0025 Hl2 ；
[0030](5)水柱2与钢片4接触瞬间时间T2:0.1s ；
[0031](6)水泵I出口处与水柱2与弹片4接触处的垂直距离h1:2m。
[0032]流体部分计算:
[0033]一、根据伯努利方程计算出V2
[0034]伯努利方程:P1+1/2P 水 V/+P 水 g(hl+H) = P2+1/2 P 水 V22+P 水 gh2 式中:P1 为水泵I出口处的水的压强；
[0035]P2为水柱2与弹片4接触处的水的压强；
[0036]P 水为水的密度，P 水=1.0X 103kg/m3；
[0037]g为重力加速度，g = 9.8m/s2;
[0038]H为水泵I的扬程，H = 6.8m ;
[0039]hi为水泵I出口处该点水所在高度，hi = 2m ；
[0040]h2为水柱2与弹片4接触处的该点水所在高度，h2 = O ；
[0041]V1为水泵I出口处的水柱2的水流速，V1= 10m/s ；
[0042]V2为水柱2与弹片4接触处的水流速。
[0043]假设水柱2与弹片4接触处的水的压强P2与水泵I出口处的水的压强Pl不变，则:
[0044]1/2 P 水 *102+ P 水 g (2+6.8) = 1/2 P 水 *V22
[0045]计算得出:/=16.5m/s
[0046]二、由动量方程计算出F7ic
[0047]假设水柱2冲击弹片4后速度为0，则:
[0048]F水=P 水 QV2= 10 3 X 0.023 X 16.5 = 379.5N
[0049]式中:F水为水柱2冲击弹片4的冲击力；
[0050]P 水为水的密度，P 水=1.0X 103kg/m3;
[0051]Q为水泵I的流量，Q = 23L/s ；
[0052]V2为水柱2与弹片4接触处的水流速，V2= 16.5m/s。
[0053]三、弹片4将冲击力传递给齿轮侧面的压力F齿计算
[0054](I)假设弹簧部分的损失忽略不计
[0055](2)假设水柱2冲击到弹片4时，弹片4开始运动到弹片4接触到齿轮侧面的时间为 Tl，Tl = 0.5s。
[0056]由动星方程得知:F水Tl = M弹片V齿面
[0057]M弹片V齿面=F齿T2
[0058]因此:F水Tl = F齿 T2，计算出 F齿=F水 T1/T2 = 1897.5N
[0059]式中:F水为水柱2冲击弹片4的冲击力，F水=379.5N ；
[0060]T2为水柱2与钢片4接触瞬间时间，T2 = 0.1s ；
[0061]Tl为水柱2冲击到弹片4时，弹片4开始运动到弹片4接触到齿轮侧面的时间，Tl = 0.5s ；
[0062](3)假设齿轮3的直径为Φ400πιπι，则齿轮3受水柱2的冲击力转化为静态扭矩％为= 379.5Ν.mo假设齿轮3在动态下效率为60%，则转轴5扭矩N转为=379.5*60%= 227.7N.ι?，转轴5带动发电机9可发电35KW以上(转速为1450转/分的发电机发电)，也就是说用功率为3KW的电动机20带动水泵I旋转，通过本实用新型的水力冲击发电装置后能产生35KW以上的电，等于增加新能源32KW，比原电动机20的功率增加10.6倍以上，由此可见，本实用新型的水力冲击发电装置的不会改变生态环境、结构简单、成本低、无污染，实现可再生能源的利用，污染物零排放。
[0063]本实用新型的水力冲击发电装置在水力发电方面，具有十分重要的实用价值，比如:以功率为3KW的电动机20的水力冲击发电装置为一个系统，设立三个系统连动，则产生的电源的效率以10倍递增，那么整个水力发电系统就能产生3000KW的电能，等于一个中型水库的发电量，因此本实用新型的水力冲击发电装置可将海洋孤岛变为能源基地，也可安装在海洋上行驶的船只，可解决船只的动力问题，每年为国家节省大量的石化能源，对于大力发展再生能源、倡导绿色生活有着重要的意义，为国民经济的发展贡献力量。
[0064]本实用新型的水力冲击发电装置不需要高位水库、拦水河坝、水轮机等传统小水电建设模式，只要用河流、海洋中的水资源作为水泵水液体冲击介质，利用动量定理冲击齿轮3产生巨大扭矩力，带动发电机发电，然后水流体又回流到河流、海洋中，没有废气排放，不改变生态环境，节省大量人力物力财力，安全可靠，与传统水力发电相比，具备如下优占.V.
[0065](I)不需在高山峻岭中建立水库，不需在河流中建筑拦水坝，不需传统水力轮机等。
[0066](2)水资源全国各地比比皆是，可重复多层次利用，提高水资源的利用价值。
[0067](3)实现零排放，杜绝水库排放的水流冲刷力，有效保护土壤流失，保护生态环境。
[0068](4)结构简单，材料易购，施工方便，安全有保证。
[0069](5)建设周期短，投资成本回收快。
[0070](6)不会发生水坝决堤等重大事故，容易避开自然灾害所造成的损失。
[0071](7)容易选择建站地址，方便电力并网，实现无人的地区、海岛等供电，有利于国防守护、农村电气化建设。
[0072](8)水力冲击发电装置可安装在船体中，作为动力躯动船只在海洋中行使，大量节约船只对石化能源的消耗。
[0073](9)本实用新型项目利于向全国、甚至全世界推广，利于发展国民经济和国家能源安全战略。
[0074]以上所述，仅为本实用新型的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本实用新型公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种水力冲击发电装置，包括发电机和驱动装置，其特征在于:所述驱动装置包括动力设备、弹片、转轴和齿轮，所述齿轮安装在转轴上，所述转轴通过连接件与发电机的输入轴连接，所述弹片固定在齿轮之间的齿槽中。2.按照权利要求1所述的水力冲击发电装置，其特征在于:所述弹片的宽度大于水柱宽度4 mm以上。3.按照权利要求1所述的水力冲击发电装置，其特征在于:所述动力设备包括水泵和支架，所述水泵固定在支架上，水泵的出水口所形成的水柱不停地冲击弹片。4.按照权利要求1所述的水力冲击发电装置，其特征在于:所述动力设备形成的具有冲击动能的水柱冲击弹片后，所述弹片冲击齿轮的齿面产生瞬间冲击力驱动齿轮旋转，所述齿轮通过转轴带动发电机进行旋转发电。5.按照权利要求3所述的水力冲击发电装置，其特征在于:所述支架的顶面与转轴的垂直距离不小于2米。6.按照权利要求3所述的水力冲击发电装置，其特征在于:所述水泵通过电动机带动旋转，所述电动机的电源由发电机提供。7.按照权利要求1至6任一所述的水力冲击发电装置，其特征在于:所述弹片通过铰接固定在齿槽中，所述弹片通过拉结件与齿轮连接。8.按照权利要求7所述的水力冲击发电装置，其特征在于:所述弹片的顶端设有铰接孔，所述铰接孔通过插销固定在齿槽的根部，所述弹片通过弹簧与齿轮的侧面进行连接。9.按照权利要求8所述的水力冲击发电装置，其特征在于:所述齿槽的数量为偶数，所述弹片间隔地安装在齿槽中。
【文档编号】F03B13-00GK204283711SQ201420499544
【发明者】吕永江, 訚耀保, 吕干彬 [申请人]上海粤江实业有限公司