一种带有可折叠类椭圆导流罩的便携式水力发电装置的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种带有可折叠类椭圆形导流罩的便携式水力发电装置，包括发电模块、蓄电模块和悬浮导向固定装置，所述发电模块与蓄电模块为组装式连接，其特征在于，还包括可折叠类椭圆形导流罩，它包括设有进水口和出水口的水流道；所述水流道的横截面为类椭圆形，该横截面的长轴平行于水流方向的水平面；水流道的进水口的横截面呈类椭圆形，该横截面的短轴与长轴之比为黄金分割比；水流道的出水口的横截面为圆形；在进水口的类椭圆形横截面至出水口的圆形横截面之间，短轴与长轴之比呈线性递增，即由类椭圆形横截面渐变为圆形横截面。本发明能够将河流中水流的机械能转化为蓄电池中的电能，便于在野外旅行时提供电子产品和满足小型用电器的充电。
【专利说明】
一种带有可折叠类椭圆导流罩的便携式水力发电装置
技术领域
[0001]本发明属于流体机械及水利水电工程设备技术领域，特别是涉及一种带有可折叠类椭圆导流罩的便携式水力发电装置。
【背景技术】
[0002]当今经济社会发展对能源的依赖程度不断加大，能源已经成为经济社会可持续发展的关键因素。传统能源主要是煤炭、石油、天然气等不可再生的能源，占全球能源消费总量重达80%以上，但石化能源供应也日趋紧张，与此同时，石化能源的开发利用也改变了人类赖以生存的自然环境，因此，可再生的清洁能源已成为能源开发的重点。
[0003]我国水能资源居世界首位，相对于其他清洁能源而言，水电资源开发成本低，开发技术成熟，机组水力性能好，出力较高，是实现可持续发展的首选能源。
[0004]外出旅游、探险、科考、作业时，受环境影响需要携带发电设备，然而公知的一些发电设备往往体积较大，比较笨重，不利于随身携带，而适用于野外的便携式发电设备因主要依靠太阳能发电，往往功率较小，当光照不足时容易受到限制。
[0005]中国专利201410063582.8公开了“一种野外便携式水力风力互补发电装置”，它包括用于水力发电的水轮机和用于风力发电的垂直轴风力机、发电机装置，水轮机和垂直轴风力机不同时使用;所述水轮机包括进水流道、出水流道、水轮机转轴、转轮室、转轮;所述转轮包括导水锥、轮毂、水轮机叶片;所述水轮机叶片安装在轮毂上;所述垂直轴风力机包括风力机转轴、叶轮;所述叶轮包括多个风力机叶片、两个叶片固定架;所述发电机主体的转子与水轮机转轴相连;所述水轮机转轴和风力机转轴通过联轴器相连。虽然该装置具有可实时实地地将水力或风力转化为电能，适合于野外照明等优点，但还存在以下明显的不足:一是由于所述进水流道为一个渐缩筒型金属外壳，其重量较大，且金属结构不能折叠，占用较大的存放空间，且不易携带;二是所述进水流道的轴向距离较短，且采用圆形截面，其聚集水流能的效率不高，水力性能较差。
[0006]因此，如何克服现有技术所存在的不足已是当今流体机械及水利水电工程设备技术领域中亟待解决的重点难题之一。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是为克服现有技术所存在的不足而提供一种带有可折叠类椭圆导流罩的便携式水力发电装置，本发明能够在野外旅行时，将附近的河流中水流的机械能转化为蓄电池中的电能，供电子产品充电和满足小型用电器的用电。
[0008]根据本发明提出的一种带有可折叠类椭圆形导流罩的便携式水力发电装置，包括发电模块、蓄电模块和悬浮导向固定装置，所述发电模块与蓄电模块为组装式连接，其特征在于，还包括可折叠类椭圆形导流罩，所述可折叠类椭圆形导流罩包括设有进水口和出水口的水流道、吊耳;所述水流道为光滑的内表面，水流道的外表面设有折叠褶皱;所述水流道的横截面为类椭圆形，该横截面的长轴平行于水流方向的水平面;水流道的进水口的横截面呈类椭圆形，该横截面的短轴与长轴之比为黄金分割比；水流道的出水口的横截面为圆形;在所述进水口的类椭圆形横截面至出水口的圆形横截面之间，短轴与长轴之比呈线性递增，即由类椭圆形横截面渐变为圆形横截面;所述进水口类椭圆形横截面的长轴的长度为2a = 33.6cm、短轴的长度为2b = 20.8cm，且a/b = 0.618;所述进水流道与发电模块的转轮室连接处的圆形横截面的直径为d=12cm;所述进水流道的轴向长度为36cm;所述悬浮导向固定装置与所述可折叠类椭圆形导流罩上端的吊耳以及转轮室上端的吊耳为组装式连接。
[0009]本发明提出的一种带有可折叠类椭圆形导流罩的便携式水力发电装置的进一步的优选方案是:
[0010]所述发电模块包括转轮室、吊耳、导叶、水轮机叶轮、转轴、轴承、永磁发电机、永磁发电机防水罩和隔水橡胶;所述转轮室为两端开口的圆柱形空筒，该转轮室的进水端与进水流道的圆形截面连接;所述转轮室、的底面直径为d = 12cm、高h = 18cm;所述导叶设置在转轮室的进水口；所述水轮机叶轮包括导水锥、叶片以及转轴，在导叶与永磁发电机之间设置水轮机叶轮;所述转轴与水轮机叶轮通过转轴与永磁发电机连接;所述轴承为转轴的径向和轴向的限位;所述永磁发电机防水罩中设置永磁发电机;所述发电机防水罩与转轴之间设置隔水橡胶;所述转轮室的正上方设置与转轮室连接一体的吊耳。
[0011 ]所述水轮机叶轮的导水锥的外轮廓为纺锤形。
[0012]所述叶片为扭曲形状、其翼型从叶根至叶缘呈逐渐增大的形状、其数量为6片。
[0013]所述发电机防水罩的外形沿水流流动方向的横截面的尺寸由小变大，其曲面方程为一个抛物面方程，该曲面方程的公式为z = 2(x2+y2)/3，其中坐标系建立如下:z轴与转轮室圆筒的中心线重合且以水流动方向为其正方向，X轴和y轴建立在与转轮室底面平行且过防水罩顶点的平面内，其中X轴和y轴相互正交于防水罩的顶点处。
[0014]所述蓄电模块包括整流器、滤波器、稳压器和蓄电池；所述整流器、滤波器、稳压器、蓄电池和永磁发电机依次串联连接;所述蓄电池的容量为15000mA。
[0015]本发明的实现原理是:本发明运用可折叠的类椭圆导流罩、发电模块、蓄电模块和悬浮导向固定装置的协同作用来集聚水流机械能，并将其以较高效率转化为电能储存在蓄电池中。所述可折叠的类椭圆导流罩将水流的流速在呈逐渐变窄的流道中不断被放大，在水轮机的导叶处汇合并进入水轮机的转轮室，水流冲击转轮叶片，通过转轮叶片转换能量带动输出轴旋转，将水流机械能转化为水轮机动能带动发电机发电；所述蓄电模块将发电机所发出的交流电经过整流、滤波及稳压以后存入蓄电池，供电子设备充电等。
[0016]本发明与现有技术相比其显著优点在于:
[0017]一是本发明的一种带有可折叠类椭圆形导流罩的便携式水力发电装置为一种野外便携式的水力发电设备，充分体现了便携这一特性，其折叠存放时长度不超过20cm、宽度不超过35cm、高度不超过25cm ；所述可折叠类椭圆导流罩在存放时可将导流罩折叠起来，减小了存放体积和重量;所述转轮室采用高强度PVC塑料，减轻了整个装置的重量。
[0018]二是本发明的进水流道为类椭圆形截面，进水口类椭圆形截面的短轴与长轴之比为黄金分割比；进水口的类椭圆截面至出水口类椭圆截面的短轴与长轴之比线性递增，在出水口处截面短轴与长轴之比转变为I，即由类椭圆形截面转变为圆形截面，大大降低了三维建模及制造难度，从而保证水流在类椭圆形流道中平滑、顺畅和流动对称，使得总体发电效率进一步提尚。
[0019]三是本发明的水轮机叶片采用6个扭曲叶片，由于叶片翼型从叶根至叶缘逐渐增大，因此能够产生较大的叶片扭矩，从而提高出力，正对河流水流的特点，当水流流速在
0.2m/s以上就可以产生发电效果。
[0020]四是本发明的便携式水力发电装置携带和使用十分方便，实现了对野外河流中水流的机械能的利用并将其转化为稳定的电力输出，具有能量转换效率高、适应性强、装置有效工作时间长和稳定性好等显著效果。适用于替代现有各种野外水能发电设备。
【附图说明】
[0021]图1是本发明提出的一种带有可折叠类椭圆导流罩的便携式水力发电装置的结构的主视图。
[0022]图2是本发明提出的一种带有可折叠类椭圆导流罩的便携式水力发电装置的结构的俯视图。
[0023]图3是本发明提出的一种带有可折叠类椭圆导流罩的便携式水力发电装置的发电模块结构的示意图。
[0024]图4是本发明提出的一种带有可折叠类椭圆导流罩的便携式水力发电装置的导流罩的示意图。
[0025]图5是本发明提出的一种带有可折叠类椭圆导流罩的便携式水力发电装置的导流罩工作状态时的空间结构的示意图。
[0026]图6是本发明提出的一种带有可折叠类椭圆导流罩的便携式水力发电装置的导流卓折置后结构的俯视图。
[0027]图7是本发明提出的一种带有可折类叠椭圆导流罩的便携式水力发电装置的水轮机转轮结构的示意图。
[0028]图8是本发明提出的一种带有可折叠类椭圆导流罩的便携式水力发电装置蓄电模块的电路不意图。
[0029]附图标记说明:可折类叠椭圆导流罩(1)、发电模块(2)、蓄电模块(3)和悬浮导向固定装置(4)、进水流道(1-1)、吊耳(1-2)、折叠褶皱(1-3)、进水口(1-4)、出水口(1-5)转轮室(2-1)、吊耳(2-2)、导叶(2-3)、水轮机叶轮(2-4)、转轴(2-5)、轴承(2-6)、永磁发电机(2-
7)、发电机防水罩(2-8)、隔水橡胶(2-9)、整流器(3-1)、滤波器(3-2)、稳压器(3-3)和蓄电池(3-4)0
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图和实施例对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。
[0031]结合图1和图2，本发明提出的一种带有可折叠类椭圆形导流罩的便携式水力发电装置，包括发电模块(2)、蓄电模块(3)和悬浮导向固定装置(4)，所述发电模块(2)与蓄电模块(3)为组装式连接，还包括可折叠类椭圆形导流罩(I)，所述可折叠类椭圆形导流罩(I)包括设有进水口(1-4)和出水口(1-5)的水流道(1-1)、吊耳(1-2);所述水流道(1-1)为光滑的内表面，水流道(1-1)的外表面设有折叠褶皱(1-3);所述水流道(1-1)的横截面为类椭圆形，该横截面的长轴平行于水流方向的水平面;水流道(1-1)的进水口(1-4)的横截面呈类椭圆形，该横截面的短轴与长轴之比为黄金分割比；水流道(1-1)的出水口(1-5)的横截面为圆形;在所述进水口(1-4)的类椭圆形横截面至出水口(1-5)的圆形横截面之间，短轴与长轴之比呈线性递增，即由类椭圆形横截面渐变为圆形横截面;所述进水口(1-4)类椭圆形横截面的长轴的长度为2a = 33.6cm、短轴的长度为2b = 20.8cm，且a/b = 0.618;所述进水流道(1-1)与发电模块(2)的转轮室(2-1)连接处的圆形横截面的直径为d=12cm;所述进水流道(1-1)的轴向长度为36cm;所述悬浮导向固定装置(4)与所述可折叠类椭圆形导流罩上端的吊耳(1-2)以及转轮室(2-1)上端的吊耳(2-2)为组装式连接。
[0032]实施例1。结合图4、图5和图6，本发明提出的一种带有可折叠类椭圆形导流罩的便携式水力发电装置的具体装配及要求进一步公开如下:
[0033]本发明所述可折叠的类椭圆导流罩(I)包括进水流道(1-1)和吊耳(1-2);所述进水流道(1-1)设有光滑的内表面，进水流道(1-1)外表面设有折叠褶皱(1-3)，在使用时将其拉伸，存放时将其折叠，可大大节省存放空间;所述进水流道(1-1)横截面为椭圆形，工作时椭圆长轴平行于水流的水平面;进水口(1-4)截面呈椭圆形状，该椭圆形截面的短轴与长轴之比为黄金分割比；导流罩的出水口(1-5)呈圆形形状;进水口(1-4)椭圆截面至出水口(1-
5)椭圆截面之间，截面椭圆的短轴与长轴之比呈线性递增，即由椭圆形截面渐变为圆形截面;所述进水口( 1-4)椭圆形截面长轴2a = 33.6cm、短轴2b = 20.8cm、a/b = 0.618;所述进水流道(1-1)与转轮室(2-1)连接处的圆形截面直径d=12cm;所述进水流道(1-1)轴向长度为36cm;所述进水流道进水口(1-4)的上端设有吊耳(1-2)，用于连接悬浮导向固定装置(4);所述可折叠的类椭圆导流罩(I)椭圆形截面端正对来流方向，为进水口，出水口处与转轮室(2-1)胶连，不可拆卸。
[0034]结合图1、图2、图3和图7，本发明所述发电模块(2)包括转轮室(2-1)、吊耳(2-2)、导叶(2-3)、水轮机叶轮(2-4)、转轴(2-5)、轴承(2-6)、永磁发电机(2_7)、发电机防水罩(2-
8)和隔水橡胶(2-9);所述转轮室(2-1)为两端开口的圆柱形空桶，其一端与进水流道(1-1)的圆形截面连接，其内安放发电部件;所述导叶(2-3)安装在转轮室(2-1)的进水口 ；所述水轮机叶轮(2-4)安装在导叶后3?5cm处;所述水轮机叶轮(2-4)包括导水锥(2-4-1)、叶片(2-4-2)以及转轴(2-5)，在导叶(2-3)与永磁发电机(2-7)之间安装水轮机叶轮(2-4);所述导水锥(2-4-1)外轮廓为纺锤形;所述叶片(2-4-2)呈扭曲状，叶片数为6片，叶片翼型从叶根到叶缘逐渐增大，用于增大扭矩;所述转轴(2-5)与叶轮(2-4)和永磁发电机(2-7)连接，叶轮(2-4)通过转轴(2-5)带动永磁发电机(2-7)转子转动发电；所述轴承(2-6)为转轴(2-
5)的径向和轴向限位;所述发电机防水罩(2-8)中设置永磁发电机(2-7);所述发电机防水罩(2-8)外形沿水流动方向横截面由小变大，其曲面方程为一个抛物面，用于改善转轮后水的流态;所述发电机防水罩(2-8)与转轴(2-5)之间设置密封水橡胶(2-9)，避免发电机进水损坏;所述转轮室(2-1)的正上方设置与转轮室(2-1)—体的吊耳(2-2)，用于安装悬浮导向固定装置(4);
[0035]结合图8，本发明所述蓄电模块(3)包括整流器(3-1)、滤波器(3-2)、稳压器(3-3)和蓄电池(3-4);所述整流器(3-1)、滤波器(3-2)、稳压器(3-3)、蓄电池(3-4)和永磁发电机(2-7)依次串联连接;所述蓄电池(3-4)容量为15000mA。
[0036]实施例2。本发明提出的一种带有可折叠类椭圆形导流罩的便携式水力发电装置的应用方式及要求进一步公开如下:
[0037]本发明所述悬浮导向固定装置使发电设备漂浮在河面上，并通过拴绳(4-3)将其固定于岸边;所述可折叠的类椭圆导流罩(I)将水流的流速在逐渐变窄的流道中不断被放大，在水轮机的导叶(2-3)处汇合并进入水轮机的转轮室(2-1)，水流冲击水轮机叶轮(2-
4)，通过水轮机叶轮(2-4)转换能量带动输出轴旋转，将水流机械能转化为水轮机动能带动永磁发电机(2-7)发电;所述蓄电模块(3)将永磁发电机(2-7)所发出的交流电经过整流、滤波及稳压以后存入蓄电池(3-4)，供电子设备充电及常规用电。
[0038]本发明的【具体实施方式】中未涉及的说明属于本领域公知的技术，可参考公知技术加以实施。
[0039]本发明经反复试验验证，取得了满意的试用效果。
[0040]以上【具体实施方式】及实施例是对本发明提出的一种带有可折叠类椭圆形导流罩的便携式水力发电装置技术思想的具体支持，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在本技术方案基础上所做的任何等同变化或等效的改动，均仍属于本发明技术方案保护的范围。
【主权项】
1.一种带有可折叠类椭圆形导流罩的便携式水力发电装置，包括发电模块(2)、蓄电模块(3)和悬浮导向固定装置(4)，所述发电模块(2)与蓄电模块(3)为组装式连接，其特征在于，还包括可折叠类椭圆形导流罩(I)，所述可折叠类椭圆形导流罩(I)包括设有进水口(1-4)和出水口(1-5)的水流道(1-1)、吊耳(1-2);所述水流道(1-1)为光滑的内表面，水流道(1-1)的外表面设有折叠褶皱(1-3);所述水流道(1-1)的横截面为类椭圆形，该横截面的长轴平行于水流方向的水平面;水流道(1-1)的进水口(1-4)的横截面呈类椭圆形，该横截面的短轴与长轴之比为黄金分割比；水流道(1-1)的出水口(1-5)的横截面为圆形;在所述进水口(1-4)的类椭圆形横截面至出水口(1-5)的圆形横截面之间，短轴与长轴之比呈线性递增，即由类椭圆形横截面渐变为圆形横截面;所述进水口(1-4)类椭圆形横截面的长轴的长度为2a = 33.6cm、短轴的长度为2b = 20.8cm，且a/b = 0.618;所述进水流道(1-1)与发电模块(2)的转轮室(2-1)连接处的圆形横截面的直径为d=12cm;所述进水流道(1-1)的轴向长度为36cm;所述悬浮导向固定装置(4)与所述可折叠类椭圆形导流罩上端的吊耳(1-2)以及转轮室(2-1)上端的吊耳(2-2)为组装式连接。2.根据权利要求1所述的一种带有可折叠类椭圆形导流罩的便携式水力发电装置，其特征在于所述发电模块(2)包括转轮室(2-1)、吊耳(2-2)、导叶(2-3)、水轮机叶轮(2-4)、转轴(2-5)、轴承(2-6)、永磁发电机(2-7)、永磁发电机防水罩(2-8)和隔水橡胶(2-9);所述转轮室(2-1)为两端开口的圆柱形空筒，该转轮室(2-1)的进水端与进水流道(1-1)的圆形截面连接;所述转轮室(2-1)的底面直径为d= 12cm、高h= 18cm;所述导叶(2-3)设置在转轮室(2-1)的进水口 ；所述水轮机叶轮(2-4)包括导水锥(2-4-1)、叶片(2-4-2)以及转轴(2-5)，在导叶(2-3)与永磁发电机(2-7)之间设置水轮机叶轮(2-4);所述转轴(2-5)与水轮机叶轮(2-4)通过转轴(2-5)与永磁发电机(2-7)连接;所述轴承(2-6)为转轴(2-5)的径向和轴向的限位;所述永磁发电机防水罩(2-8)中设置永磁发电机(2-7);所述发电机防水罩(2-8)与转轴(2-5)之间设置隔水橡胶(2-9);所述转轮室(2-1)的正上方设置与转轮室(2-1)连接一体的吊耳(2-2)。3.根据权利要求2所述的一种带有可折叠类椭圆形导流罩的便携式水力发电装置，其特征在于所述水轮机叶轮(2-4)的导水锥(2-4-1)的外轮廓为纺锤形。4.根据权利要求3所述的一种带有可折叠类椭圆形导流罩的便携式水力发电装置，其特征在于所述叶片(2-4-2)为扭曲形状、其翼型从叶根至叶缘呈逐渐增大的形状、其数量为6片。5.根据权利要求4所述的一种带有可折叠类椭圆形导流罩的便携式水力发电装置，其特征在于所述发电机防水罩(2-8)的外形沿水流流动方向的横截面的尺寸由小变大，其曲面方程为一个抛物面方程，该曲面方程的公式为z = 2(x2+y2)/3，其中坐标系建立如下:z轴与转轮室圆筒的中心线重合且以水流动方向为其正方向，X轴和y轴建立在与转轮室底面平行且过防水罩顶点的平面内，其中X轴和y轴相互正交于防水罩的顶点处。6.根据权利要求5所述的一种带有可折叠类椭圆形导流罩的便携式水力发电装置，其特征在于所述蓄电模块(3)包括整流器(3-1)、滤波器(3-2)、稳压器(3-3)和蓄电池(3-4);所述整流器(3-1)、滤波器(3-2)、稳压器(3-3)、蓄电池(3-4)和永磁发电机(2-7)依次串联连接;所述蓄电池(3-4)的容量为15000mA。
【文档编号】F03B3/16GK105863929SQ201610281063
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月29日
【发明人】阚阚, 陈荣杰, 李雨菲, 郑源, 刘珂, 岳志伟, 杨光, 张伟婷
【申请人】河海大学