专利名称：径流水轮发电机组的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是发电机组，具体的是不用修筑堤坝，仅利用江、河径流和大中型水
电站排入渠道中的尾水而进行径流发电的机组。
背景技术：
目前世界上发电形式无非有水力、火力、风力、太阳能、生物能源等几种，这些发电
形式共同存在的一个突出的问题就是电站初建时投资费用较大，其中基础设施和发电机组 占用相当比例的经费。 另外，除水力、火力之外，其它发电形式的一次能源的动力不能保持恒定，最终反
应到发电机的转动也无法恒定，这是发电系统的大忌，发生这个问题是不能与电网并机运 转。虽然水力发电因有坝高的限定，可保证发电机正常安全运行，然而水力发电的庞大设施 与占地又不是局部地区可以实施的。 针对上述所提到的问题，目前电力行业中还没有一种实施方法简单、投资小、仅利 用江河的径向水流就可因地制宜进行发电的一种发电方式，自然也就没有相应的径流水轮 发电机组。
发明内容
本发明的目的是针对目前各种发电的方式方法中存着设施构建庞大，投资费用昂 贵，施工期长，平日维护量大，运营成本高的问题，而提供一种投资费用小，见效快，颇为实 用，仅利用江河径流就可发电的径流水轮发电机组。
采用的技术方案是 径流水轮发电机组，包括传动机构、调速机构、水轮升降机构和控制机构；所述传 动机构包括水轮、主轴、离合器、行星齿轮增速器和发电机；所述水轮套设在主轴上，并与主 轴固定连接，主轴上设置有轴承座，主轴的一端装设有水轮升降机构，主轴与水轮升降机构 的大齿轮同心固定连接，水轮升降机构的传动轴经联轴器与离合器输入轴固定连接，离合 器输出轴与行星齿轮增速器的输入轴固定连接，行星齿轮增速器的输出轴与液压无级调速 器的输入轴相连接，液压无级调速器的输出轴与发电机轴相连接； 所述调速机构由粗调和细调两个单元所组成，所述粗调单元包括左、右两个扰流 板、摆动轴和扰流板支架上的轴套；所述扰流板设置为左、右相互对称的两个，左、右扰流 板分别贴靠在水轮左、右两侧的混凝土基座的边旁，左、右扰流板的后面部位分别与左、右 两个结构相同的摆动轴的前端固定连接，左、右摆动轴分别插入左、右扰流板支架上的轴套 内，左、右扰流板分别与左、右扰流板支架上的轴套通过摆动轴转动连接；左扰流板的根部 与双活塞液压油缸的左活塞连杆的顶端固定连接，右活塞连杆的顶端与右扰流板的根部固 定连接。两个活塞连杆的伸张或收縮，使左、右扰流板分别以摆动轴为定点同时相向或相 背转动，通过调节扰流板的角度控制进入水轮机的水流量，当扰流板与水流方向平行时，水 流量为正常，当其向外侧转动30。角时水流量最大。当水流量最大时冲击水轮的动能也最大，水轮自然转动的就快，以至传动轴转数最大，反之，扰流板向内侧转动30。角时水流量 最小，传动轴转数自然也最小。从而控制扰流板的转动角度便能控制水流量，进而达到控制 传动轴转数的粗调目的。 上述调速机构的细调单元包括液压无级调速器，所述液压无级调速器为市场定型 产品，液压无级调速器装设在行星齿轮增速器和发电机之间，当传动轴的转数通过扰流板 转动角度粗调后尚有正偏差时，CPU输出控制信号送至液压无级调速器，使液压无级调速器
的输出轴转数减慢，直至输出轴转数与发电机要求的转数相等，反之，当传动轴的转数粗调 后尚有负偏差时，通过液压无级调速器控制其输出轴转数增快，直至输出轴转数与发电机 要求的转数相等。 所述水轮升降机构包括大、小齿轮、中间介齿轮、滑道、活动梁、活动横梁和传动 轴；所述的活动梁设有左、右两个，左、右两个活动梁分别装设在水轮左、右两侧机架的中 部，机架设置在混凝土基座上，每个活动梁的两端分别设置有能升降的滑道，滑道设置在机 架上，与机架固定连接，左、右两个活动梁两端的底面分别对应设置有左一活动横梁、左二 活动横梁、右一活动横梁和右二活动横梁，四个活动横梁的两端分别设有滑块，滑块分别位 于滑道内，与滑道滑动连接，四个活动横梁的下面分别对应设有左一液压油缸、左二液压油 缸、右一液压油缸和右二液压油缸，并与对应的液压油缸转动连接，活塞连杆顶端顶举连 接；上述主轴上设有的两个轴承座分别固定装设在左、右两个活动梁上；上述四个液压油 缸的液压油的进油口和回油口均与液压机的高压油输出口相连接，通过控制液压油缸的进 油和回油使活塞连杆顶起或沉下活动横梁，进而带动左、右活动梁实现水轮的提升和下降， 即调节水轮叶片的入水深度。 主轴一端的端头部位设置有大齿轮，大齿轮与中间介齿轮相啮合，中间介齿轮装 设在中间介轴上，大齿轮的两侧分别设有左、右两个连动杆，连动杆的两端分别与主轴和中 间介轴转动连接；中间介轴的两端部位分别设有左、右两个摆动杆，两个摆动杆的两端分别 与中间介轴和传动轴转动连接，传动轴的一端装设有小齿轮，小齿轮与中间介齿轮相啮合， 传动轴通过轴承固定在机架上；连动杆和摆动杆随着水轮的升降而摆动，因为连动杆和摆 动杆的联结使大齿轮与中间介齿轮、中间介齿轮与小齿轮始终保持相互啮合的状态。从而 使水轮在水的径流作用下获得的动能通过大齿轮、中间介齿轮和小齿轮的啮合传递给传动 轴，传动轴的转动最终使发电机发电。 所述控制机构包括测速传感器、水位计和控制柜；所述测速传感器和水位计均为 市售的定型产品，测速传感器装设在传动轴的末端，测速传感器的输出端脚通过导线与控 制柜的对应端相连接；水位计固定装设在左活动梁上，水位计的输出端脚通过导线与控制 柜的对应端相连接；上述控制柜内装设有单端输入双端输出的线形运放一号芯片Ul和单 端输入单端输出的线形运放二号芯片U2、 CPU芯片U3、 I/O输入输出芯片U4和功放级模块 U5 ;测速传感器的输出端脚经控制柜相关输入端脚与一号芯片Ul的输入端相连接；线型运 放一号芯片Ul的双端输出端口与CPU芯片U3的相对应两组端脚相连接，经CPU芯片U3的 运算处理后从两组相对应端脚连接到I/O输入输出芯片U4相对应的两组端脚，从I/O输入 输出芯片U4相应的输出端脚经功放级模块U5的两组输出分别与双活塞液压油缸和液压无 级调速器的控制端相连接；水位计的输出端脚经控制柜相关输入端脚与二号芯片U2的输 入端相连接，线型运放二号芯片U2的输出端口与CPU芯片U3的对应端脚相连接，经CPU芯片U3的运算处理后从对应端脚连接到I/O输入输出芯片U4相应的端脚，从I/O输入输出 芯片U4相应的输出端脚经功放级模块U5与液压机通向四个液压油缸的高压油输出控制回 路相连接。 上述行星齿轮增速器与发电机之间的传动轴上设有测速传感器。 上述扰流板的长度在1米-3米之间，高度在0. 75米-1. 5米之间。 上述左、右扰流板支架上的轴套分别固定装设在机架上，机架设置在混凝土基座上。 本发明的工作原理 根据水在径流过程中的流速、流量产生的动能推动水轮转动，水轮将水流的动能 转变成机械能，因经摆动杆及连动杆的连接，使大齿轮、中间介齿轮、小齿轮转动的同时带 动传动轴旋转，再经离合器、行星齿轮增速器和液压无级调速器带动发电机旋转发电。通过 行星齿轮增速器将水轮的低转速增加到发电机应需的额定转速750r/min左右。通过扰流 板张开的角度控制水流量，也就是控制施加到水轮的动能的大小，将转速控制在发电机允 许的转速范围内，这是转数的粗调，转数的细调是由液压无级调速器实施的，粗、细调的过 程是这样的 测速传感器将测得的传动轴转数信号输入到控制柜中的线型运放芯片Ul的输入 端，其双端的输出信号输入到CPU芯片U3的相应端脚，经CPU芯片U3的运算处理，若转数低 时CPU芯片U3输出的信号经I/O输入输出芯片U4和功放模块U5输送到双活塞液压油缸使 左、右扰流板相对张开转动，从而使水流量增加，水轮受到的冲击力自然就会跟着加大，转 数就会提升。若转数高时CPU芯片U3输出相反信号，使左、右步进电机相对转动，带动左、右 扰流板相对闭合转动，从而使水流量减少，水轮受到的冲击力自然就小，转数就会降下来。
CPU芯片U3的另一组输出信号经I/0输入输出芯片和功放级加到液压无级调速器 的控制端，使其依据送来的信号大小而自动调节转数。 水位计将测得的水位信号输入到控制柜中的线型运放二号芯片U2的输入端，其
输出信号输入到CPU芯片U3，经CPU芯片U3的运算处理，若水位低时CPU芯片U3输出的信
号会使液压机开启输出高压油，从左一、左二、右一和右二液压油缸的上进油口进油，从而
使四个液压油缸分别动作，而降低左、右两个活动梁，进而带动水轮向水中下沉，从而使水
流量增加，水轮受到的冲击力自然就会跟着加大；若水位高时整个过程正好相反。 径流水轮发电机组是针对国内低水头自然流水的河流而设计发明的一种发电装
置。适用于自然河流及水电站出水渠末端安装发电，其主要特征是通过扰流板和液压无级
调速器控制传动轴转数，采用液压机构升降机构可保障整个发电机组长期安全正常运行，
既可手动调节，又可实行自动控制调节。可以通过大齿轮、中间介齿轮、小齿轮及其之间连
接的连动杆和摆动杆组成的拉链式水轮升降机构，可调将水轮提出水面，水轮直径和机组
长度可根据河水深度及高度确定。发电功率在70kw-1000kw。水轮采用弧线型工作面，增加
水的重力，减少出水阻力。 整个系统结构简单，便于推广应用。 本发明的特点 1、经济效益巨大目前国内水轮发电机组发电，需要修筑水库及挡水坝，建设周期 长，投资大，国内水电站发电投资平均每千瓦在l万元左右。以建设ioo千瓦水轮发电机为例，需要投资100万元左右，而潜水径流发电机组只需要25万元左右，只是水电站投资额的 1/4，而且建设时间大大縮短。 2、生态效益巨大正常的水轮发电机组发电必须修建水库或堤坝，水库及堤坝的 修建必然带来河道下游断流，从而影响和破坏其下游的自然生态，生态环境一旦破坏和失 衡，有些是无法恢复的。潜水径流水轮发电机发电的优点是一不破坏环境，二是不破坏生 态，它是对白白浪费的水力资源动力的有效利用。 3、社会效益巨大第一是有利于社会稳定，这种设备不用移民，不用动迁人口 ；第 二是增加社会发电量，有利于国家的国民经济发展；第三是有利于地方经济建设，增加地方 税收，增加当地人员就业，提高当地人民的生活水平。 4、扰流板通过自动控制机构控制水量和流速，是本设备的特点和优势。 5、本发明采用调速机构，使转数达到发电机的要求，提高稳定性。目前国内尚没有
此项技术应用在径流水轮发电机组中。 本发明与现有类似的发电机组相比优点在于设施简单，施工容易，免除一般电站 施工大动干戈的浩大工程，投资少，成本低，日常便于维护，便于管理，投入人力较少，本发 明设计科学、合理、富有创意，结构紧凑、严密，性能稳定可靠，操作简便、具有较好的发展前 景。适用与农村，山区及水乡地区发电使用。
图1是本发明结构连接示意图。 图2是本发明的调速机构和升降机构结构示意图。 图3是图2的俯视示意图。 图4是本发明控制机构连接示意图。
具体实施方式
实施例 径流水轮发电机组，包括传动机构、调速机构、水轮升降机构和控制机构；所述传 动机构包括水轮16、主轴12、离合器23、行星齿轮增速器24和发电机26 ;
水轮16套设在主轴12上，并与主轴12固定连接，主轴12上设置有轴承座3，主轴 12的一端装设有水轮升降机构，主轴12与水轮升降机构的大齿轮11同心固定连接，水轮 升降机构的传动轴21经联轴器22与离合器23的输入轴固定连接，离合器23的输出轴与 行星齿轮增速器24的输入轴固定连接，行星齿轮增速器24的输出轴与液压无级调速器44 的输入轴相连接，液压无级调速器44的输出轴与发电机26的轴相连接，在行星齿轮增速器 24与液压无级调速器44之间的传动轴21上设有测速传感器25 ; 调速机构由粗调和细调两个单元所组成，所述粗调单元，包括左、右两个扰流板8 和7、摆动轴6和扰流板支架上的轴套5 ;所述左、右扰流板8和7设置为左、右相互对称的 两个，扰流板的长度在1米_3米之间，高度在0. 75米-1. 5米之间，左、右扰流板8和7分别 贴靠在水轮16左、右两侧的混凝土基座27的边旁，左、右扰流板8和7的后面部位分别与 左、右两个相同摆动轴6的前端固定连接，左、右摆动轴6分别插入左、右扰流板支架上的轴 套5内，左、右扰流板支架上的轴套5分别固定装设在机架32上，机架32设置在混凝土基
7座27上，左、右扰流板8和7分别与左、右扰流板支架上的轴套5通过摆动轴6转动连接， 右扰流板7的根部与双活塞液压油缸28的右活塞连杆29的顶端固定连接，左活塞连杆30 的顶端与左扰流板8的根部固定连接。两个活塞连杆29和30的伸张或收縮，使左、右扰流 板8和7分别以摆动轴6为定点同时相向或相背转动，通过调节左右两个扰流板8和7的 角度控制进入水轮16的水流量，当扰流板8和7与水流方向平行时，水流量为正常，当其向 外侧转动30°角水流量最大，当其向内侧转动30。角水流量最小。 上述调速机构的细调单元包括液压无级调速器44，所述液压无级调速器44为市 场定型产品，液压无级调速器44装设在行星齿轮增速器24和发电机26之间；
所述水轮16升降机构包括大、小齿轮11和18、中间介齿轮14、滑道31、活动梁10 和2、活动横梁40、39、41和42及传动轴21 ;所述的活动梁10和2设有左、右两个，左、右两 个活动梁10和2分别装设在水轮16左、右两侧的机架32的中部，机架32设置在混凝土基 座27上，左、右活动梁10和2的两端分别设置有能升降的滑道31，滑道31设置在机架32 上，与机架32固定连接，左、右两个活动梁10和2两端的底面分别对应设置有左一活动横 梁40、左二活动横梁39、右一活动横梁41和右二活动横梁42，并与其转动连接，四个活动横 梁40、39、41和42的两端分别设有滑块43，滑块43分别位于滑道31内与滑道31滑动连 接，四个活动横梁40、39、41和42的下面分别对应设有左一液压油缸17、左二液压油缸9、 右一液压油缸1和右二液压油缸4，并与相对应的液压油缸的活塞连杆顶端顶举连接；上述 主轴12上设有的两个轴承座3分别固定装设在左、右两个活动梁10和2上；上述四个液压 油缸17、9、 1和4的液压油的进油口和回油口均与液压机的高压油输出口相连接，通过控制 液压油缸的进油和回油实现水轮16的提升和下降，即调节水轮16叶片的入水深度。
主轴12 —端的端头部位设置有大齿轮ll，大齿轮11与中间介齿轮14相啮合，中 间介齿轮14装设在中间介轴15上，大齿轮11的两侧分别设有左、右两个连动杆13，连动 杆13的两端分别与主轴12和中间介轴15转动连接；中间介轴15的两端部位分别设有左、 右两个摆动杆19，两个摆动杆19的两端分别与中间介轴15和传动轴21转动连接，传动轴 21的一端装设有小齿轮18，小齿轮18与中间介齿轮14相啮合，传动轴21通过轴承20固 定在机架32上；连动杆13和摆动杆19随着水轮16的升降而摆动，因为连动杆13和摆动 杆19的联接使大齿轮11与中间介齿轮14、中间介齿轮14与小齿轮18始终保持相互啮合 的状态。从而使水轮16在水的径流作用下获得的动能通过大齿轮11、中间介齿轮14和小 齿轮18的啮合传递给传动轴21，传动轴21的转动最终使发电机26发电。
所述控制机构包括测速传感器25、水位计33和控制柜38 ;所述测速传感器25和 水位计33均为市售的定型产品，测速传感器25装设在传动轴21的末端，测速传感器25的 输出端脚通过导线与控制柜38的对应端34和35相连接；水位计33固定装设在左活动梁 10上，水位计33的输出端脚通过导线与控制柜38的对应端36和37相连接；上述控制柜 38内装设有单端输入双端输出的线形运放一号芯片Ul和单端输入单端输出的线形运放二 号芯片U2、CPU芯片U3、I/C)输入输出芯片U4和功放级模块U5 ;测速传感器25的输出端脚 经控制柜38的对应端34、35与一号芯片Ul的输入端相连接；线型运放一号芯片Ul的双端 输出端口与CPU芯片U3的相对应两组端脚相连接，经CPU芯片U3的运算处理后从两组相 对应端脚连接到I/O输入输出芯片U4相对应的两组端脚，从I/O输入输出芯片U4相应的 输出端脚经功放级模块U5的两组输出端45、46和47、48分别与双活塞液压油缸28和液压无级调速器44的控制端相连接；水位计33的输出端脚经控制柜38的对应端36、37对应与 二号芯片U2的输入端相连接，线型运放二号芯片U2的输出端口与CPU芯片U3的对应端脚 相连接，经CPU芯片U3的运算处理后从对应端脚连接到I/O输入输出芯片U4相应的端脚， 从I/O输入输出芯片U4相应的输出端脚经功放级模块U5输出端49、50与液压机通向四个 液压油缸17、9、1和4的高压油输出控制回路相连接。
权利要求
径流水轮发电机组，包括传动机构、调速机构、水轮升降机构和控制机构；所述传动机构包括水轮(16)、主轴(12)、离合器(23)、行星齿轮增速器(24)和发电机(26)；其特征在于所述水轮(16)套设在主轴(12)上，并与主轴(12)固定连接，主轴(12)上设置有轴承座(3)，主轴(12)的一端装设有水轮升降机构，主轴(12)与水轮升降机构的大齿轮(11)同心固定连接，水轮升降机构的传动轴(21)经联轴器(22)与离合器(23)的输入轴固定连接，离合器(23)的输出轴与行星齿轮增速器(24)的输入轴固定连接，行星齿轮增速器(24)的输出轴与液压无级调速器(44)的输入轴相连接，液压无级调速器(44)的输出轴与发电机(26)轴相连接；所述调速机构由粗调和细调两个单元所组成，所述粗调单元包括左、右两个扰流板(8)和(7)、摆动轴(6)和扰流板支架上的轴套(5)；所述左、右扰流板(8)和(7)设置为左、右相互对称的两个，左、右扰流板(8)和(7)分别贴靠在水轮(16)左、右两侧的混凝土基座(27)的边旁，左、右扰流板(8)和(7)的后面部位分别与左、右两个结构相同的摆动轴(6)的前端固定连接，左、右摆动轴(6)分别插入左、右扰流板支架上的轴套(5)内，左、右扰流板(8)和(7)分别与左、右扰流板支架上的轴套(5)通过摆动轴(6)转动连接；右扰流板(7)的根部与双活塞液压油缸(28)的右活塞连杆(29)的顶端固定连接，左活塞连杆(30)的顶端与左扰流板(8)的根部固定连接；上述调速机构的细调单元包括液压无级调速器(44)，所述液压无级调速器(44)装设在行星齿轮增速器(24)和发电机(26)之间，液压无级调速器(44)的控制端通过导线与控制柜的对应输出端相连接；所述水轮升降机构包括大、小齿轮(11)和(18)、中间介齿轮(14)、滑道(31)、左、右活动梁(10)和(2)、左一、左二、右一和右二活动横梁(39)、(40)、(41)和(42)及传动轴(21)；所述的活动梁(10)和(2)设有左、右两个，左、右两个活动梁(10)和(2)分别装设在水轮(16)左、右两侧的机架(32)的中部，机架(32)设置在混凝土基座(27)上，左、右活动梁(10)和(2)的两端分别设置有能升降的滑道(31)，滑道(31)设置在机架(32)上，与机架(32)固定连接，左、右两个活动梁(10)和(2)两端的底面分别对应设置有左一活动横梁(40)、左二活动横梁(39)、右一活动横梁(41)和右二活动横梁(42)并转动连接，四个活动横梁(40)、(39)、(41)和(42)的两端分别设有滑块(43)，滑块(43)分别位于滑道(31)内，与滑道(31)滑动连接，四个活动横梁(40)、(39)、(41)和(42)的下面分别对应设有左一液压油缸(17)、左二液压油缸(9)、右一液压油缸(1)和右二液压油缸(4)，并与相对应的液压油缸活塞连杆顶端顶举连接；上述主轴(12)上设有的两个轴承座(3)分别固定装设在左、右活动梁(10)和(2)上；主轴(12)一端的端头部位设置有大齿轮(11)，大齿轮(11)与中间介齿轮(14)相啮合，中间介齿轮(14)装设在中间介轴(15)上，大齿轮(11)的两侧分别设有左、右两个连动杆(13)，连动杆(13)的两端分别与主轴(12)和中间介轴(15)转动连接；中间介轴(15)的两端部位分别设有左、右两个摆动杆(19)，两个摆动杆(19)的两端分别与中间介轴(15)和传动轴(21)转动连接，传动轴(21)的一端装设有小齿轮(18)，小齿轮(18)与中间介齿轮(14)相啮合，传动轴(21)通过轴承(20)固定在机架(32)上。
2. 根据权利要求1所述的径流水轮发电机组，其特征在于上述行星齿轮增速器(24)与发电机(26)之间的传动轴(21)上设有测速传感器(25)。
3. 根据权利要求1所述的径流水轮发电机组，其特征在于上述扰流板(8)和(7)的 长度在l米-3米之间，高度在0. 75米-1.5米之间。
4. 根据权利要求l所述的径流水轮发电机组，其特征在于上述左、右扰流板支架上的 轴套(5)分别固定装设在机架(32)上，机架(32)设置在混凝土基座(27)上。
全文摘要
径流水轮发电机组，包括传动机构、调速机构、水轮升降机构和控制机构；水轮套设在主轴上，主轴与水轮升降机构的大齿轮同心固定连接，水轮升降机构的传动轴经联轴器与离合器固定连接，经行星齿轮增速器和液压无级调速器与发电机轴相连接；调速机构有粗、细调，粗调是左、右扰流板与摆动轴的前端连接，摆动轴插入扰流板支架上的轴套内，细调采用液压无级调速器进行，水轮升降机构的活动梁的两端设置有能升降的滑道，与机架固定连接，左、右两个活动梁两端的底面分别对应设置有四个活动横梁、其下面分别对应设有四个液压油缸，液压油缸活塞连杆顶端与活动横梁顶举连接，本发明设计科学、结构紧凑、施工简单，成本低、适用农村，山区发电使用。
文档编号E02B9/00GK101718244SQ20081001359
公开日2010年6月2日 申请日期2008年10月9日 优先权日2008年10月9日
发明者吴登科, 杨树立, 王金伟, 路奔, 雷万德, 韩树君 申请人:韩树君