一种新型横卧式平水流发电装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种新型横卧式平水流发电装置。
【背景技术】
[0002] 我国内河航道目前存在趸船用电难、依赖柴油发电机、纵向水轮发电占用空间大 等诸多工程实际问题。我国虽然水能资源蕴藏丰富，但长期以来多在江河上游水位落差大 的河段上建坝蓄水，利用水头势能发电进行发电，因此低水头的水能一直未能得到很好的 开发利用。此外，对于那些水能资源丰富但不宜修建水电站的区域，水能资源也一直处在闲 置未开发利用的状态。其中码头上大量的趸船具有特殊性，它们远离岸边，不适宜接岸电， 多采用柴油机发电，既不经济也不环保。而对于现有的纵向水轮发电存在着占用空间较大 的工程实际问题。
【发明内容】
[0003] 本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种新型横卧式平水流发电装置，该装 置能为趸船提供电能，可解决趸船用电难、依赖柴油发电机、纵向水轮发电占用空间大等工 程实际问题。
[0004] 本实用新型所采用的技术方案是：一种新型横卧式平水流发电装置，包括相连的 水轮叶片和转动毂，水轮叶片外罩有导流罩，水轮叶片通过叶片自旋转机构连接转动毂，转 动毂的插槽连接转轴，转轴再连接储能与发电装置。
[0005] 所述的装置，导流罩包括挡板外壳和设置在挡板外壳两端的导流槽。
[0006] 所述的装置，入水口处的导流槽的截面面积大于出水口处的导流槽的截面面积。
[0007] 所述的装置，挡板外壳入水口敞开度为120度，挡板外壳出水口敞开度为90度。
[0008] 所述的装置，水轮叶片包括多片（比如6片），每片为弓形机翼的勺状。
[0009] 所述的装置，转动毂的叶片自旋转机构包括弧形槽，弧形槽内设有弧形弹簧。
[0010] 所述的装置，弧形槽和弧形弹簧均为90度弧状。
[0011] 所述的装置，储能与发电装置包括相连的多发条储能释能装置和发电机。
[0012] 本实用新型所采用的有益效果是：
[0013] 发电总效率：大多新能源发电装置的发电总效率并不高，主要由于正常情况下能 量时刻变化，且分散不易集中。而本发电系统一是利用整流罩整流，吸收效率较高；另外，运 用叶背遇来流的勺形叶片机构进行减阻，效率大大提高；
[0014] 发电方式：相对其它的发电方式，本系统在趸船上可利用性高。一是横卧式平水流 发电系统设置在趸船船底，占据空间小，不影响航道以及趸船作业；二是本发电系统利用平 水流发电，满足趸船用电需求，不对生态造成潜在危险，具有较高的绿色性和环保性；
[0015] 工程应用性：本发电系统解决了趸船用电难、依赖柴油发电机、纵向水轮发电占用 空间大的工程实际问题，加以应用可促进我国内河绿色化发展。此外，本系统设计原理易 懂，装置结构较为简单，因此制作安装简单方便。
【附图说明】
[0016] 图1是装置的模型图，包括了导流罩、勺状水轮叶片、叶片自旋转机构、转动毂。
[0017] 图2是水轮叶片机构简化图。
[0018] 图3是转动毂上的弧形槽及弹簧。
[0019] 图4是导流部分轴测图。
[0020] 图5是导流部分俯视图。
[0021] 图中，1 :导流罩；2 :水轮叶片；3 :叶片自旋转机构；4 :转动毂；5 :转轴；6 :多发条 储能释能装置；7 :发电机；8 :挡板外壳；9 :导流槽；10 :弧形槽；11 :弧形弹簧。
【具体实施方式】
[0022] 本实用新型通过利用现有资源与技术，以趸船为搭载平台，设计了一种安置在趸 船船底的横卧式平水流发电系统。本系统由冲击式水轮机驱动，将水流的能量转化为机械 能。水流经过导流罩后，速度增大，并以较为规整的方向冲击水轮叶片，叶片的轴系通过齿 轮与多发条储能释能装置连接储存能量，已储存好能量的多发条储能释能装置与发电机连 接，为水力发电提供稳定的转速，继而将机械能转化为电能，满足趸船的日常用电。本实用 新型占用空间小，不影响航道，能代替柴油机发电，避免了从岸上牵设电缆，节省人力财力， 绿色环保。
[0023] 下面结合附图进一步详述本发明。
[0024] 本系统由冲击式水轮机驱动，将水流的能量转化为机械能。如（图1、2)所示，水 流经过导流槽9后（导流槽9的截面面积由大变小，实现水流加速），速度增大，并以较为规 整的方向冲击水轮叶片2,叶片2的轴系5通过齿轮与储能释能装置6连接储存能量，已储 存好能量的储能释能装置6与发电机7连接，为水力发电机提供稳定转速，继而将机械能转 换为电能，满足趸船日常用电。
[0025] 储能释能装置6的一种方案可参见专利号为201010242059. 3的专利文档，其采用 多发条储能装置的方案，包括箱体、输入部分、储能部分和输出部分，输入部分、储能部分和 输出部分安装在箱体内，所述输入部分由输入轴和输入主动轮组成，所述输入轴是直长轴， 输入轴通过轴承支承在箱体上，轴的前端伸出箱体，与外部输入源连接，所述输入主动轮是 轴套一端带有圆盘的法兰式轮，中心设有轴孔，输入主动轮安装在输入轴的前部，轴孔与输 入轴紧密连接，输入主动轮上设有防止输入主动轮反向转动的棘轮；所述储能部分由η个 发条储能单元串联组成，所述发条储能单元由发条和被动/主动轮组成，被动/主动轮是轴 套前端带有圆盘的法兰式轮，沿圆盘的圆周设有一圈侧壁，呈圆盘盒状，被动/主动轮中心 设有轴孔，滑动安装在输入轴的中后部，所述发条的圆心端与前一级发条储能单元的被动/ 主动轮的轴套部分固定连接，发条的外圆端与本级的被动/主动轮前端的圆盘盒的侧壁固 定连接，其中第一级发条储能单元的发条的圆心端与输入主动轮的轴套固定连接，第η个 发条储能单元的被动/主动轮的轴套与输出部分连接，第η个发条储能单元的被动/主动 轮的轴套通过轴承支承在输入轴上；所述输出部分包括输出齿轮和释能调速器，所述输出 齿轮安装在第η个发条储能单元的被动/主动轮的轴套上，与被动/主动轮的轴套紧密连 接，安装齿轮部位的箱体上开有与负载连接的口，所述释能调速器由制动吸盘和电磁控制 器组成，制动吸盘是中心设有轴孔的轮盘，制动吸盘安装在第η个发条储能单元的被动/主 动轮的轴套上，与被动/主动轮的轴套间隙连接，电磁控制器控制对制动吸盘磁力大小。所 述储能部分的η个发条储能单元的η的取值范围为1 一 100的整数。所述电磁控制器由置于 线圈内的铁芯和直流电源调节器组成，线圈通过直流电源调节器与外部直流电源连接，铁 芯与制动吸盘接靠，直流电源调节器调节线圈的直流电的大小，控制对制动吸盘磁力大小。
[0026] 横卧式平水流发电系统主要由以下几个部分组成：1、导流罩；2、勺状水轮叶片； 3、叶片自旋转机构；4、转动毂。
[0027] 发电系统各部分尺度数据如表1所示。
[0028] 导流罩1由导流槽9与挡板外壳8组成：（图1、2、4、5)
[0029] 导流槽9 :其截面面积逐渐由大变小，水流由大截面处进入导流槽9,由小截面处 流出冲击水轮叶片2,目的是增大冲击水轮叶片2的流速且调整水流的流向。
[0030] 挡板外壳8 :挡住横向流场流向叶片2的水流，减小其对叶片2转动的影响，即减 小阻力。水流出口处设计成90°的开口而非180°的开口，可以使水流作用于水轮叶片2 的时间更长，并且可避免横流的影响。
[0031] 仿弓形机翼形的勺状水轮叶片2 :(图2)
[0032] 我们将发电系统的水轮叶片2设计成仿弓形机翼的勺状，在水流冲击叶片2正面 (勺内面）时，叶片2的受力面积大，可有效地兜住水流，带动转动毂4旋转；水流冲击叶片 2背面（勺外面）时，勺状叶片2的流线型设计可使叶片2受到的阻力减小。
[0033] 叶片自旋转机构：（图2、3)
[0034] 发电系统设置有挡板外壳8和勺状水轮叶片2以减少水流对反侧叶片2背面的冲 击，但仍有较大的阻力，于是我们设计了叶片自旋转机构，以进一步减少水流冲击反侧叶片 2产生的阻力。在叶片2与转轴5连接处设计了特制的转动毂4,转动毂4上有90°的弧 形槽10和弧形弹簧11。当阻力大于动力时，叶片2在阻力的作用下沿弧形槽旋转，使得叶 片2有效受阻面积减小，对减阻有着明显效果；当阻力小于动力时，弧形槽10及弹簧11可 使叶片2重新回到初始状态，带动转动毂4旋转。
[0035] 横卧式平水流发电系统利用天然水流能源进行高效发电，而横卧式的结构设计使 本装置占用空间小，易于安放，且不影响航道，所以除了安装在趸船船底，本系统还可安装 于其它水上平台或者可利用本发电系统进行新型水上平台的开发，为绿色化海洋与内河作 出贡献。
[0036] 此外，本系统可根据水流特点多方位调节导流罩1进口方向，达到更高效的发电。 本系统能够针对不同水域、不同流速进行发电。
[0037] 表1发电系统各部分尺度数据
[0038]
【主权项】
1. 一种新型横卧式平水流发电装置，其特征在于：包括相连的水轮叶片（2)和转动毂 (4)，水轮叶片（2)外罩有导流罩（1)，水轮叶片（2)通过叶片自旋转机构连接转动毂（4)， 转动毂（4)的插槽连接转轴（5)，转轴（5)再连接储能与发电装置。2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于：导流罩（1)包括挡板外壳（8)和设置在 挡板外壳（8)两端的导流槽（9)。3. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于：入水口处的导流槽（9)的截面面积大于 出水口处的导流槽（9)的截面面积。4. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于：挡板外壳（8)入水口敞开度为120度，挡 板外壳⑶出水口敞开度为90度。5. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于：水轮叶片（2)包括多片，每片为弓形机翼 的勺状。6. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于：转动毂（4)的叶片自旋转机构包括弧形 槽（10)，弧形槽（10)内设有弧形弹簧（11)。7. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于：弧形槽（10)和弧形弹簧（11)均为90度 弧状。8. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于：储能与发电装置包括相连的多发条储能 释能装置（6)和发电机（7)。
【专利摘要】本实用新型一种新型横卧式平水流发电装置，其包括相连的水轮叶片(2)和转动毂(4)，水轮叶片(2)外罩有导流罩(1)，水轮叶片(2)通过叶片自旋转机构连接转动毂(4)，转动毂(4)的插槽连接转轴(5)，转轴(5)再连接储能与发电装置。该装置能为趸船提供电能，不用再依赖柴油发电机，占用空间小，发电效率高。
【IPC分类】F03B3/00, F03B3/12, F03B3/18, F03B13/00
【公开号】CN204677357
【申请号】CN201520251028
【发明人】周利兰, 王钱, 汪皓
【申请人】武汉理工大学
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2015年4月23日