一种截流装置的制作方法

本发明涉及水力发电领域，特别是水力微型发电方面。

背景技术：

在山区分布众多的小河沟，小河沟一般为长期受到洪水的冲刷而成，小河沟的两侧存在河岸(岸坡)；山区小河沟存在较大的落差，但是水流通常较小不便用于于发电。

技术实现要素：

为较好地收集小河沟的水流，本发明设计一种截流装置。

本发明实现发明目的采用的技术方案是：一种截流装置，包括一张橡胶片和一个河道，河道的两侧有岸坡，其特征是：橡胶片为弧形面；橡胶片外侧上部水平方向固定水平支撑杆，水平支撑杆中间部分为圆柱体、圆柱体向两端延伸为尖端，尖端倒圆角，其尖端的曲率半径为2-3mm；橡胶片的外侧下部固定竖直支撑杆，竖直支撑杆为圆锥形，尖端倒圆角，其尖端的曲率半径为2-3mm；橡胶片放入河道，水平支撑杆的两端接触河道两侧的岸坡，水平支撑杆两端的尖端保证水平支撑杆的弹性，使橡胶片的两侧能够贴合岸坡，起密封的作用，水平支撑杆的中部的圆柱体有较强的支撑作用，起定位和固定作用，橡胶片外侧下端的竖直支撑杆保证橡胶片的下端贴合河床并起密封作用，在橡胶片的密封作用下、在水平支撑杆和竖直支撑杆的支撑作用下，橡胶片形成一个拦水坝，集聚来水、提高水位；橡胶片外侧的竖直方向的中部有一个出水孔，竖直方向的中部是指离河床的底部30-50cm，出水孔连接导流管。

橡胶片的外侧的上半部有竖直方向的气囊，气囊有充气孔和放气阀门，气囊充气后，气囊的下端接触河床，气囊的上端与橡胶片的上端平齐。

橡胶片改变为矩形的下端连接一个弧形面，此处所指的弧形面是指圆面分成两部分、其中小于半圆的那一部分。

橡胶片的顶部呈现平面、平面顺着水流方向抬升，即平面为迎水面，实现方式为橡胶片的上部为一个气囊，气囊由三块厚实的橡胶板外侧包裹橡筋组成，三块的长度方向垂直于水流方向、即从河道的一侧指向另一侧，打气后，橡胶板保持平面形状，橡胶片外侧高、橡胶片内侧低、橡胶片顶部为平面，水流漫过橡胶片后，水的重力给以橡胶片顶部平面一个向下的作用力促进橡胶片向下压缩变矮；在水力的冲刷下，顶部的平面会出现翻转，充气后的气囊具备成型的效果，其右侧平面翻转贴在橡胶片的外侧，其左侧平面翻转向上承受水的压力。

设拦水高度为h，河道宽度为a，则橡胶片的拦水面积为a*h，弧形面橡胶片的弦高为1.5h、弦长为2a，即两侧的密封部分各占为长度a的一半、底部密封部分所占宽度为拦水高度h的一半；水体拦满时底部的压强为ρgh，其中ρ为水的密度、g为重力加速度、h为拦水高度，水体外侧的压强为大气压强；其橡胶片两侧所受的力量差为水体产生，deltaF=ρgh*(a*deltah)，其中delta表示微小量，总的受力大小F=ρgah²/2，该力量由水平支撑杆承受。n+1根水平支撑杆等间距分布，则水平支撑杆竖直方向的间距为h/n，则底部水平支撑杆的受力为F=ρga（h²-((n-1)*h/n)²）/2=ρgah²（(2n-1)/n²）/2。

本发明的有益效果是：本发明能够收集山间的流水，利用落差进行发电，供山区夜间照明；水利发电是成熟的技术，微型水力发电机也是成熟的产品和技术，成本低廉，简单易行。

附图说明

图1是橡胶片示意图；图2是水平支撑杆、竖直支撑杆和出水孔之间关系图；图3是导流管的布置图；图4是橡胶片顶部平面示意图；图5是橡胶片顶部平面受到水流冲刷翻转后示意图；

其中，1、橡胶片，2、水平支撑杆，3、竖直支撑杆，4、出水孔，5、导流管，6、平面。

具体实施方式

一种截流装置，截流装置即截断水流、进行水的收集包括一张橡胶片1和一个河道，河道的两侧有岸坡，橡胶片1为半圆形或者弧形面或者矩形的下端连接一个弧形面，此处所指的弧形面是指圆面分成两部分、其中小于半圆的那一部分；橡胶片1外侧（当橡胶片1放在河道挡水时，接触水体的一侧称为内侧，不接触水体的一侧称为外侧）上部水平方向固定（固定方式为捆绑，或者橡胶片1的外侧有一个横向的囊，囊中插入水平支撑杆2）水平支撑杆2，即橡胶片1的一侧固定水平支撑杆2，放置在河道的时候水平支撑杆2位于外侧；水平支撑杆2中间部分为圆柱体、圆柱体向两端延伸为尖端，尖端倒圆角，其尖端的曲率半径为2-3mm，任何一个尖端到最近的圆柱体端面形成圆锥面；橡胶片1的外侧下部固定（固定方式为捆绑，或者橡胶片1外侧有一个纵向的囊，纵向的囊中插入竖直支撑杆3）竖直支撑杆3；橡胶片1放入河道，水平支撑杆2的两端接触河道两侧的岸坡，支撑杆两端的尖端保证支撑杆的弹性，使橡胶片1的两侧能够贴合岸坡，起密封的作用(同时水压作用与接触岸坡的橡胶片1，产生正压力，水流作用于前端的橡胶片1，使接触岸坡的橡胶片1具有向水流方向移动的趋势，从而产生摩擦力来平衡水流作用于前端橡胶片1的压力)，水平支撑杆2的中部的圆柱体有较强的支撑作用，起定位和固定作用；橡胶片1外侧下端的竖直支撑杆3保证橡胶片1的下端贴合河道的底部（简称河床）并起密封作用（接触河床的橡胶片部分受到水的压力产生正压力，水流的方向对橡胶片1有一个指向水流方向的推力，从而接触河床的橡胶片具备一个向水流方向运动的趋势，从而产生摩擦力来平衡橡胶片1受到的指向水流方向的推力），在橡胶片1的密封作用下、在水平支撑杆2和竖直支撑杆3的支撑作用下，橡胶片1形成一个拦水坝，集聚来水、提高水位；橡胶片1外侧的竖直方向的中部有一个出水孔4，竖直方向的中部是指离河床30-50cm，出水孔4连接导流管5，出水孔4的位置不影响水能的出力，因为水力发电是势能转换为动能，动能再转换成电能，出力主要在于水面与水力发电机之间的落差，出水孔4在顶部容易导致漂浮物进入导流管5；出水孔4在底部容易导致河床的泥沙吸进导流管5。导流管5能够延伸，进一步提高水位，产生更大的落差，促进水能的出力，导流管5的末端连接水力发电机。导流管5的进水端能够布置过滤网，导流管5的延伸以及导流管5的进水端能够布置过滤网都是现有技术经常采用的方法。

橡胶片1的外侧的上半部有竖直方向的气囊，气囊有充气孔和放气阀门，气囊充气后，气囊的下端接触河床，气囊的上端与橡胶片1的上端平齐。充气后的气囊有利于维持橡胶片1在竖直方向的高度。由于水的冲击力位于水流方向，竖直方向橡胶片1基本上不受力（重力除外）。橡胶片1自身的重力一般能够依靠水平支撑杆2与两岸岸坡的摩擦力来平衡。

当河道有洪水时，气囊放气后，能够通过下压橡胶片1使橡胶片1折叠在河床，顺利泄洪或者进行收纳。或者橡胶片1的顶部呈现平面6、平面6顺着水流方向抬升，即平面6为迎水面，实现方式为：橡胶片1的上部为一个气囊，气囊分成三块，三块外侧包裹橡筋，打气后，橡胶片1外侧高、橡胶片1内侧低、橡胶片1顶部为平面，水流漫过橡胶片后，水的质量（重力）给以橡胶片顶部平面一个向下的作用力（重力的分力）促进橡胶片向下压缩变矮，有利于泄洪（水流从图4的左侧流向右侧）。在水力的冲刷下，顶部的平面会出现翻转（因为橡胶片比较柔软），充气后的气囊具备成型的效果（即具有一定的硬度），其右侧平面翻转贴在橡胶片1的外侧，其左侧平面翻转向上承受水的压力（如图5）。

本发明仅仅提供其结构的设计，其大小和尺寸以及强度应该根据河道的宽度以及拦水的高度进行设计，设拦水高度为h，河道宽度为a，则橡胶片的拦水面积为a*h，弧形橡胶片的大小建议为1.5h（弦高）*2a（弦长），即两侧的密封部分各占为长度a的一半、底部密封部分所占宽度为拦水高度h的一半；水体拦满时底部的压强为ρgh，其中ρ为水的密度、g为重力加速度、h为拦水高度，水体外侧的压强为大气压强；其橡胶片两侧所受的力量差为水体产生，delta F=ρgh*(a*delta h)（微分方程），其中delta表示微小量，因此，对delta h积分后，总的受力大小F=ρgah²/2，该力量由水平支撑杆2承受，橡胶片1的厚度也应该能够承受该压力，小汽车轮胎能够承受2.5个大气压左右，大致相当于15米的静水压（大气压自身压强除外）。

假定水平支撑杆为n+1根，其中一根位于拦水（坝）的最上端、一根位于拦水（坝）的最下端；n+1根水平支撑杆竖直方向等间距分布，则水平支撑杆竖直方向的间距为h/n，则底部水平支撑杆的受力（最大）为F=ρga（h²-((n-1)*h/n)²）/2=ρgah²（(2n-1)/n²）/2。