一种水能发电机组及船载水能发电装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型旨在解决现有技术中的水能发电机组使用寿命短、发电效率低的问题，提供一种水能发电机组，其包括水轮机、发电机和连接在水轮机和发电机之间的转轴，水轮机包括转轮和多个均匀分布在转轮外圆周上的叶片，叶片包括内叶和外叶；内叶连接在转轮外圆周上，外叶连接在内叶上；内叶为碗形，外叶为片状。本实用新型还提供一种船载水能发电装置，其包括多个上述水能发电机组，还包括船体；船体上固定连接有支架，发电机固定连接在支架上；水轮机位于船体之外；船体上还连接有轴承座，转轴通过轴承转动连接在轴承座上。本实用新型的有益效果是发电量和发电效率高；转移方便、能够持续发电且对所在水域的水生态环境无不良影响。
【专利说明】
一种水能发电机组及船载水能发电装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及水能发电技术领域，具体而言，涉及一种水能发电机组及船载水能发电装置。【背景技术】
[0002]现有的水能发电装置一般指水能发电站，水能发电站在投入使用之前需要进行大量的工程施工，完成挡水坝等建设，投入较大。并且水能发电站使用时需要反复地截流蓄水和开坝放水，这对其上下游的水生态环境都会带去较大的不良影响。另外，当水电站所在的区域的水流量发生较大变化(如季节性枯水期等)时，发电站往往无法正常地进行发电。
[0003]水能发电机组是利用水轮机和发电机将流水的动能转换成电能进行存储和利用的设备。现有的水能发电机存在结构刚度低、使用寿命短、发电量和发电效率低的问题。【实用新型内容】
[0004]本实用新型提供一种水能发电机组，旨在解决现有技术中的水能发电机组结构刚度低、使用寿命短、发电效率低的问题。
[0005]本实用新型的另一目的在于提供一种船载水能发电装置，其能够解决现有技术中的水能发电装置建设周期长、成本高，且使用过程中对其上下游的水生态环境造成较大不良影响的问题。
[0006]本实用新型的实施例是这样实现的:
[0007]—种水能发电机组，包括水轮机、发电机和连接在水轮机和发电机之间的转轴，水轮机包括转轮和多个均匀分布在转轮外圆周上的叶片，叶片包括内叶和外叶；内叶连接在转轮外圆周上，外叶连接在内叶上；内叶为碗形，外叶为片状。
[0008]水轮机和发电机通过转轴连接，这样，当水轮机在流水的带动下进行旋转时，其运动和动能会通过转轴传递给发电机，从而将流水的动能转化为电能。作为直接承受水能作用的叶片需具有一定的结构刚度，以保持其在流水作用下的形状。本实施例中的叶片由外叶和内叶连接而成，其中碗形的内叶既具有较高的刚度，能够承受较大的流水的冲击而保持形状，使本发电机组的使用寿命提高;而片状的外叶则具有较大的挡水面积，能够获得较多的流水的动能，从而提高发电量和发电效率。
[0009]在本实用新型较佳的实施例中，上述外叶的外边沿向外侧翻卷，形成弧形的卷边。
[0010]外叶的外边沿形成卷边，一方面能够增强外叶在垂直于其工作面的方向上的刚度使外叶在流水的冲击下保持形态，不易发生弯曲变形，从而保证了外叶充分接收水流的动能，进一步提尚发电效率。
[0011]在本实用新型较佳的实施例中，上述转轮还包括固定环，多个叶片的中间位置通过固定环相互连接。
[0012]固定环的设置进一步增加了叶片的刚度，提高发电效率;也大大改善了叶片在承受水流冲击时的应力分布情况，能够将水轮机下部少数几个正在承受水流冲击的叶片所承受的荷载在所有叶片上进行重新分布，避免应力完全集中在水轮机下部少数几个叶片与转轮的连接处，造成疲劳破坏等不利后果，确保水轮机的叶片的使用寿命，保证水轮机的发电效率。
[0013]在本实用新型较佳的实施例中，上述叶片的长度方向与转轮的通过转轮与该叶片连接处的直径所在直线方向之间的夹角为0°到30°。
[0014]本实用新型实施例中的水能发电机组的有益效果是，发电量和发电效率高、结构刚度大、使用寿命长。
[0015]—种船载水能发电装置，其包括多个上述水能发电机组，还包括船体;船体上固定连接有支架，发电机固定连接在支架上;水轮机位于船体之外;船体上还连接有轴承座，转轴通过轴承转动连接在轴承座上。
[0016]通过船体作为载体，并将水能发电机组设置在其上，不需要建立混凝土挡水坝等结构，也不会截断水流，减少了工程施工对该处水生态环境的影响；另外，虽然本实施例的船体位置为固定设置，当时相对于现有的混凝土挡水坝，其可通过拆除其固定装置，使船体恢复在水上行动的能力。这样，当某水域的流水应水位下降过多、水流流速过慢而不在适用于发电时，可方便快捷地转移船体至另一处水能丰富、发电效率高的水域，再次固定船体的位置即可继续发电，从而使本实施例中的水能发电装置不会应季节、气候以及其他因素而无法持续发电。因此，本实施例中的船载水能发电装置具有转移方便，能够持续发电且对其所在水域的水生态环境无不良影响的有益效果。
[0017]在本实用新型较佳的实施例中，上述轴承座与船体之间设有防振垫块。
[0018]当流水中具有上下起伏的波浪或紊流时，水轮机会受到沿竖直方向的往复作用力，引起轴承座和发电机的振动。在轴承座与船体之间设置防振垫块能够有效地吸收该振动，降低其对发电机部分的影响，确保发电过程正常稳定进行。
[0019]在本实用新型较佳的实施例中，上述船体的下端面上连接有浮力气囊，浮力气囊上设有用于充气或放气的气孔。
[0020]设置浮力气囊的作用在于调节船体的吃水深度。这样当因船体上的荷载发生变化时(如增加或减少安装在船体上的发电机组的数量时船体荷载相应增加或减少)，船体的吃水深度相应变化，这样水轮机下部的叶片可能会出现离开流水或者浸入过深的情况，进一步保证发电机组的发电效率。
[0021]在本实用新型较佳的实施例中，上述多个发电机组的水轮机分布于船体两侧，在船体两侧的多个发电机组的水轮机均排成内外两排。
[0022]将多个发电机组的水轮机设置在船体的两侧，每侧设置内外两排，这样能够增加本发电装置的接受水能的范围，提高总发电量。相较于在船体的一侧的水轮机设置成一排， 设置成内外两排的水轮机可以较紧密的排列，即内外两排水轮机可以依次交错设置，避开可水轮机大直径的相互影响，使得其能实现较紧密的设置，从而更好地获得水能，提高发电量和发电效率。[〇〇23]在本实用新型较佳的实施例中，上述内外两排水轮机之间的距离为50cm。内外两排水轮机之间的距离为50cm，为实践得出的一个最佳的间距，即当该间距为50cm时，能够获得最好的发电效果。
[0024]在本实用新型较佳的实施例中，上述船体的两侧分别设有导水板，水轮机位于导水板和船体外边缘之间，在从船体前方指向船体后方的方向上，导水板的内侧面与船体外边缘之间的间距逐渐变小。
[0025]导水板的设置形式使流入其与船体边缘之间的水较多，由于流出出口较小，相应的水轮机能够接收到的水能较大，从而能够得到较多的电能，提高了发电量。
[0026]本实用新型实施例中的船载水能发电装置的有益效果是，发电量和发电效率高、 结构刚度大、使用寿命长;转移方便，能够持续发电;对所在水域的水生态环境无不良影响。【附图说明】
[0027]为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
[0028]图1为本实用新型实施例一中的水能发电机组的结构示意图；
[0029]图2为图1中的水轮机的结构示意图；
[0030]图3为图2中的叶片的结构示意图；[0031 ]图4为本实用新型实施例二中的船载水能发电装置的主视图；[〇〇32]图5为图4的俯视图；
[0033]图6为图5的A-A剖视图
[0034]图7为本实用新型实施例三中的船载水能发电装置的俯视图。
[0035]图中:
[0036]1000 ?发电机组；
[0037]1100 ?水轮机；
[0038]1110.转轮；
[0039]1120.叶片，1121.内叶，1122.外叶，1123.卷边；
[0040]1130.固定环；[0041 ]1200 ?发电机；
[0042]1300.转轴；[〇〇43]2000 ?发电装置；[〇〇44]2100.船体，2200.支架，2300.轴承座，2400.防振垫块；
[0045]2500 ?浮力气囊，2510.气孔；
[0046] 2600 ?导水板。【具体实施方式】
[0047]为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0048]因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0049]应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0050]在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。[0051 ]此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或竖直，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。[〇〇52] 实施例一:[〇〇53]请参照图1，本实施例提供一种水能发电机组1000,其包括水轮机1100、发电机 1200和连接在水轮机1100和发电机1200之间的转轴1300。[〇〇54] 请参照图2和图3,水轮机1100包括转轮1110和多个均匀分布在转轮1110外圆周上的叶片1120,叶片1120包括内叶1121和外叶1122;内叶1121连接在转轮1110外圆周上，外叶 1122连接在内叶1121上；内叶1121为碗形，外叶1122为片状。优选地，可将内叶1121的直径设置成30cm，外叶1122的长度设置成40cm。内叶1121为碗形，具有较高的结构强度，能够在水流的作用下保持形状刚度，确保水流的动能顺利地传递。内叶1121的一侧连接固定在转轮1110的外圆周上。内片与转轮1110之间的连接可以通过螺钉连接，也可以是铆接等其他连接形式。外叶1122为片状，侧面面积较大，能够接收较多的水流的动能。
[0055]优选地，外叶1122的外边沿向外侧翻卷，形成弧形的卷边1123,如图3所示。外叶 1122的外边沿形成卷边1123,一方面能够增强外叶1122在垂直于其工作面的方向上的刚度使外叶1122在流水的冲击下保持形态，不易发生弯曲变形，从而保证了外叶1122充分接收水流的动能，进一步提尚发电效率。[〇〇56] 优选地，请参照图2，转轮1110还包括固定环1130，多个叶片1120的中间位置通过固定环1130相互连接。固定环1130为环形结构，其与叶片1120的连接方式可以是在连接在转轮1110上的所有叶片1120的中间位置设置连接槽，然后固定环1130卡入各个叶片1120的槽之中并通过焊接、卡接等方式将各个叶片1120连城一个整体。从而进一步增加了叶片 1120的刚度，提高发电效率;也大大改善了叶片1120在承受水流冲击时的应力分布情况，能够将水轮机1100下部少数几个正在承受水流冲击的叶片1120所承受的荷载在所有叶片 1120上进行重新分布，避免应力完全集中在水轮机1100下部少数几个叶片1120与转轮1110 的连接处，造成疲劳破坏等不利后果，确保水轮机1100的叶片1120的使用寿命，保证水轮机 1100的发电效率。作为本实施例的一种可选方案，固定环1130还可以另外通过支撑杆支撑在转轮1110上，以进一步增加水轮机1100中叶片1120的刚度。[〇〇57]本实施例中的水能发电机组1000使用时，水轮机1100下部的叶片1120浸在流水中，流水推动叶片1120进而带动转轮1110旋转，即将流水的动能传递到水轮机1100上;转轴 1300连接在水轮机1100和发电机1200之间，可将水轮机1100的动能传递给发电机1200,并由发电机1200转化为电能进行储存。源源不断的流水提供的动能可以持续转化为电能进行存储。[〇〇58]其中水轮机1100与转轴1300之间的连接可以是键连接、也可以是型面连接，例如可将转轴1300连接水轮机1100的一端沿轴向切去一部分，使转轴1300的截面为一个不完成的圆；相应的，水轮机1100上设置的连接孔与该截面相配合。[〇〇59]据统计，全中国的大江小河常年流水能达到80公分以上水深的江河有上万公里， 本实用新型实施例只需一年四季流水深度能得到80cm即可24小时不间断地正常发电，具有较大的使用前景。
[0060]另外，随着环境污染的加剧及煤炭资源的枯竭，国家在大力发展请洁替代能源，本实用新型利用清洁的水能进行发电具有绿色环保的优点。
[0061]本实用新型实施例中的水能发电机组1000的有益效果是，发电量和发电效率高、 结构刚度大、使用寿命长。
[0062]实施例二:[〇〇63]请参照图4、图5、图6,本实施例提供一种船载水能发电装置2000,本发电装置2000 包括多个实施例一中所述的水能发电机组1000,还包括船体2100;船体2100上固定连接有支架2200,发电机1200固定连接在支架2200上;水轮机1100位于船体2100之外;船体2100上还连接有轴承座2300,转轴1300通过轴承转动连接在轴承座2300上。
[0064]本实施例中的船体2100可以是普通船只(如航标船等)，并通过连接架等结构可拆卸地连接在岸上。这样，在正常使用状态下，船体2100位置固定。当船体2100因所在水域的水能不足时，可拆下将船体2100固定连接在岸上的连接架，然后行驶船体2100到其他合适的水域，再重新将船体2100固定在岸上，便可继续利用水能进行发电，使本实施例中的水能发电装置2000不会应季节、气候以及其他因素而无法持续发电。
[0065]另外，通过船体2100作为载体，并将水能发电机组1000设置在其上，不需要建立混凝土挡水坝等结构，也不会截断水流，减少了工程施工对该处水生态环境的影响；因此，本实施例中的船载水能发电装置2000具有转移方便，能够持续发电且对其所在水域的水生态环境无不良影响的有益效果。[〇〇66]优选地，轴承座2300与船体2100之间设有防振垫块2400。减震垫可以由橡胶材料制成。当流水中具有上下起伏的波浪或紊流时，水轮机1100会受到沿竖直方向的往复作用力，引起轴承座2300和发电机1200的振动。在轴承座2300与船体2100之间设置防振垫块 2400能够有效地吸收该振动，降低其对发电机1200部分的影响，确保发电过程正常稳定进行。[〇〇67] 优选地，船体2100的下端面上连接有浮力气囊2500,浮力气囊2500上设有用于充气或放气的气孔2510。浮力气囊2500可以是一个，也可以是均匀分布的多个。设置浮力气囊 2500的作用在于调节船体2100的吃水深度。这样当因船体2100上的荷载发生变化时(如增加或减少安装在船体2100上的发电机组1000的数量时船体2100荷载相应增加或减少)，船体2100的吃水深度相应变化，这样水轮机1100下部的叶片1120可能会出现离开流水或者浸入过深的情况。这时可通过从气孔2510孔冲入气体或放出气体的方式来改变本发电装置 2000的整体浮力和吃水深度，使水轮机1100的叶片1120浸入水中的深度始终保持一个最优值，进一步保证发电机组1000的发电效率。
[0068]多个发电机组1000的水轮机1100分布于船体2100两侧，在船体2100两侧的多个发电机组1000的水轮机1100均排成内外两排。优选地，内外两排水轮机1100之间的距离为 50cm〇
[0069]将多个发电机组1000的水轮机1100设置在船体2100的两侧，每侧设置内外两排， 这样能够增加本发电装置2000的接受水能的范围，提高总发电量。相较于在船体2100的一侧的水轮机1100设置成一排，设置成内外两排的水轮机1100可以较紧密的排列，即内外两排水轮机1100可以依次交错设置，避开可水轮机1100大直径的相互影响，使得其能实现较紧密的设置，从而更好地获得水能，提高发电量和发电效率。
[0070]在使用时，可以将多个发电机组1000通过串联的方式连接，发电机组1000串联后产生的电通过整器将交流电转变成直流电，再通过逆变器将整流后的直流电转变成与国家电网相序、相位和频率相同的交流电，再通过工频升压变压器提升电压，最后将小型水能发电机发出的电传输到电力网络，供全国人民使用。
[0071]本实用新型实施例中的船载水能发电装置2000的有益效果是，发电量和发电效率高、结构刚度大、使用寿命长;转移方便，能够持续发电；对所在水域的水生态环境无不良影响。[〇〇72] 实施例三:
[0073]请参照图7,本实施例是实施例二的进一步改进方案。
[0074]与实施例二相比，本实施例的改进之处在于，船体2100的两侧分别设有导水板 2600,水轮机1100位于导水板2600和船体2100外边缘之间，在从船体2100前方指向船体 2100后方的方向上，导水板2600的内侧面与船体2100外边缘之间的间距逐渐变小。需要说明的是，此处所描述的“船体2100前方”指船体2100迎着水流的一端，相应的“船体2100后方”指船体2100背向流水的一端。
[0075]优选地，所述导水板2600可以是前端较小，后端较大的结构。其下端面可与水轮机 1100的下端面在同一水平面上，也可设置得再深一些。导水板2600可通过连接杆等结构连接在船身的两个侧面之上。[〇〇76] 在从船体2100前方指向船体2100后方的方向上，导水板2600的内侧面与船体2100 外边缘之间的间距逐渐变小，即流水入口处较宽，出口处较窄，形成缩口，这样能够提高经过水轮机1100的流水的流速，也就提高了流水传递到水轮机1100乃至发电机1200的能量。 [〇〇77]本实施例具有实施例二的所有特征和有益效果，并且进一步地增加了水轮机1100 获得的水能，进一步增加发电量和发电效率。
【主权项】
1.一种水能发电机组，其特征在于，所述发电机组包括水轮机、发电机和连接在所述水 轮机和所述发电机之间的转轴，所述水轮机包括转轮和多个均匀分布在所述转轮外圆周上 的叶片，所述叶片包括内叶和外叶;所述内叶连接在所述转轮外圆周上，所述外叶连接在所 述内叶上;所述内叶为碗形，所述外叶为片状。2.根据权利要求1所述的水能发电机组，其特征在于，所述外叶的外边沿向外侧翻卷， 形成弧形的卷边。3.根据权利要求1所述的水能发电机组，其特征在于，所述转轮还包括固定环，所有所 述叶片的中间位置通过固定环相互连接。4.根据权利要求1所述的水能发电机组，其特征在于，所述叶片的长度方向与所述转轮 的通过所述转轮与该叶片连接处的直径所在直线方向之间的夹角为0°到30°。5.—种船载水能发电装置，其特征在于，所述发电装置包括多个如权利要求1至4任一 项所述的水能发电机组，还包括船体;所述船体上固定连接有支架，所述发电机固定连接在 所述支架上;所述水轮机位于所述船体之外;所述船体上还连接有轴承座，所述转轴通过轴 承转动连接在所述轴承座上。6.根据权利要求5所述的船载水能发电装置，其特征在于，所述轴承座与所述船体之间 设有防振垫块。7.根据权利要求5所述的船载水能发电装置，其特征在于，所述船体的下端面上连接有 浮力气囊，所述浮力气囊上设有用于充气或放气的气孔。8.根据权利要求5至7任一项所述的船载水能发电装置，其特征在于，多个所述发电机 组的水轮机分布于所述船体两侧，在所述船体两侧的多个所述发电机组的水轮机均排成内 外两排。9.根据权利要求8所述的船载水能发电装置，其特征在于，内外两排所述水轮机之间的 距离为50cm〇10.根据权利要求8所述的船载水能发电装置，其特征在于，所述船体的两侧分别设有 导水板，所述水轮机位于所述导水板和所述船体外边缘之间，在从船体前方指向船体后方 的方向上，所述导水板的内侧面与所述船体外边缘之间的间距逐渐变小。
【文档编号】F03B3/12GK205654477SQ201620440386
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2016年5月16日 公开号201620440386.2, CN 201620440386, CN 205654477 U, CN 205654477U, CN-U-205654477, CN201620440386, CN201620440386.2, CN205654477 U, CN205654477U
【发明人】阚贵荣
【申请人】阚贵荣