专利名称：平水流水轮发电机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种平水流水轮发电机，属电力生产设备。
背景技术：
水轮发电机常规是在陆地上设置构筑物形成水位差水流，推动水轮机作功带动发电机发电，是以水位差的势能通过水流的动能转换最终获取电能。
发明内容
本实用新型目的是提供一种利用河流平面流动水体的流速，即平面水流存有流体质点位移动的动能，在水平面用半潜浮动座体安装水轮机和发电机，用流经座体的水流推动座体上的水轮机叶轮旋转做功，带动发电机发电的装置。
为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是半潜浮座呈长方形体，在底部平板的长边形两边设同长，平行同高的侧立板。平、侧各板采用双层面板中空结构，U字型，前、后两端贯通是水流通道。底平板上按水流方向的直线，十字交叉横行线排列水轮机的叶轮；叶轮采用直筒圆形构造，垂直上、下轴头座安装，发电机的机座位相跨在两侧立板的顶部。半潜浮座承载水轮机、发电机装置部分重量后，浮座置入水中的水位深度将垂直安装的叶轮完全浸没。半潜浮座在水中是一个座体同深的水平状，留有侧立板的一节高度在一个设定保持不变的水位线以上；浮座体随河床水流涨落同步升浮，以保证水面以上安装的发电机与水的距离。半潜浮座在水中的浮力以增减底平板中空厚度调整。
在垂直安装叶轮的两侧是长条矩形两头部对称尖嘴形，固定在底平板的导流座，尖嘴头各朝水流上、下游方向布置。导流座矩形中部位一侧内凹一个叶轮转动半径圆位置，叶轮以轴心线分界，圆径的一半在此导流座内凹处，其目的是阻隔在此叶轮半个圆径不受上游水流的冲击，以另一半叶轮的半径宽，设定两侧导流座之间冲击叶轮的水流通道，按导流座头部尖嘴，中部位直线的形状，通道水流直通流径。上游方向水流流经半潜浮座宽口水道，进入导流座的直通水道，水流冲击在此的叶轮半个垂直圆径位，叶轮的叶面在受水流容积率所具有的动量下，绕轴产生转动，水流转半径向下游流出。叶轮与导流座是间隔顺序排列，在同一半潜浮座上的叶轮，同一转动方向，通过叶轮垂直安装顶部轴头的带传动，各叶轮力矩相互传递叠加汇合，作用于同台发电机发电。
置在半潜浮座直通水道上的水轮机叶轮，当上游水流流经叶轮流出到浮座下游一段宽口位水道，有浮座底平板和两对称侧立板对外围水体的阻隔，此段水流压强小于浮座底平板及两侧立板外的水体压强，其下泻水流在流出座体后，即与外围向下流动水体混流同体而去。因此，不产生座体外下泻水流的反回涌，从而为流经叶轮下泻水流创造一个流经畅通条件。由于半潜浮座上水流进口和出口同处于平水流水域，叶轮半径轮位受水冲击，圆径转动，使轮上存有仍回转到上游方向的水量。当此，在导流座内凹半个叶轮圆径的位置，切出一个与导流座直线呈斜角度的溢水道，出水口朝下游水流方向通向相邻直通水道上；相邻直通水道冲击叶轮下泻的水流对其产生一个空吸作用，促使各自相邻叶轮回水溢出的下泻。叶轮回转上游方向时，轮上的回转水量相应减少，转出导流座内凹位后的叶轮位，上游新的水流重新注入，使叶轮保持惯性的连续转动。
存在于自然界中的河流，存有水位涨落流速快、慢的现象，当水流流速加快，流经叶轮的水流也同步加快，转速增加使发电机电压升高(反之，过低的水流流速，发电机电压下降)。因而，在半潜浮座上游水流入口处，设置一道能控制进水流量的调节挡板。根据流速快、慢对挡板产生的大、小不同压力，用拉伸弹簧的拉伸或收缩使挡板上升或下降的结构，达到进水口流量的自动控制。
本实用新型以每秒0.5米的流速数值设计，在超出此水流流速时，当由控制流量的挡板调节，此时叶轮的受水容积减少，水流对叶轮的冲击动量增加，叶轮动能变化为转速增加，转矩减小，在此，水流流速与叶轮受水的容积率成反比；而叶轮轴端要求输出的速度和转矩不可变，其被动输入端的反作用力阻尼，使输入转速减慢因而转矩增加，达到平衡保持原有转速、转矩的稳定。本实用新型可以根据不同流速的水流条件制造，如每秒1米、1.5米或更高流速的规格，产生对叶轮更高转速匹配发电机，更能增加发电机的发电效益。
直通水道的水流质点位移动速度的时间距离与叶轮转动圆径外围周长，两长度的对比是叶轮转速的计算依据。半潜浮座的顺水流长度和横向宽度比及座体侧立板浸水深度阻挡外围水体的作用，设置叶轮的排列数量在3-5之间选择置装；叶轮的轮径与高度比例是1∶2。同时，如水浅流急的河床，根据水流的条件可制造成1∶1或1∶1.5的比例。
在浮座水流上游位的底平板边沿处设锚桩座。当平水流水轮发电机作业时，半潜浮座在水中用锚固定位(小宽面河床可用岸上设桩拉索定位)，当水流对水轮机叶轮冲击做功，水流对浮座和叶轮一个作用力，锚在水底的固定，通过锚索传递对浮座和叶轮一个反作用力，形成一个关键的相互作用关系。
本实用新型是一种开发利用平面流动水系，清洁无污染的新能源发电设备，可在有平面流动水体条件地方普遍使用，布局灵活，通过简捷的操作，即可提供电能。
图1是本实用新型平水流水轮发电机俯视剖面图。
图2是图1的A-A剖视图。
图3是图1的B-B剖视图。
图4是图1的C向平视图。
图5是图3的D-D剖视图。
具体实施方式
根据附图，对具体实施例作以下说明。
本实施例是三个叶轮1布置。看图1，半潜浮座2是1∶0.6长宽比外形，本例以三个直通水道中间位的1/2是半潜浮座2外形纵向对称中心线，对称的侧立板22中空位内置有格档23；前、后位头部是相同的从内向外偏呈尖角形，有利于上、下游水流的进入和下泻。结合图2和图4，底平板21是整体中空厚度相等，内同置格档23的构造。在图1，纵向对切的半个导流座33，对称各紧靠在两侧立板22内侧，前后与底平板21中间位导流座3相齐。在半剖视图面，叶轮1在导流座3内凹半径圆位置装配，导流座3体上切入的溢水道31是圆弧喇叭形，出水口32向下斜出，其构造将整个导流座3分成两节。轮与座顺序排列到对称右侧立板22，在此位的半个导流座33需内凹叶轮1半径圆，此半径圆是半个导流座33宽加侧立板22约1/2壁厚，满足叶轮1半径圆的座落。同在图1的破切位及C向的图4，此位叶轮1的溢水道31从半个导流座33位斜伸出水口32a在侧立板22的外侧，该出水口32a上的溢水空吸作用由半潜浮座2外向下游流动的水体完成。水面线24以下是浮座的浸水深度。
在图1上，叶轮1与导流座3在半潜浮座2长方形底平板21上的位置偏水流上游方向，发电机6位置偏下游方向，浮座在水中是前后水平要求的浸水浮体设计。根据制造材料的比重(如钢材平板或玻璃钢类的区分)，上述结构位置在底平板21上可适度调整。横向左、右平衡度，可在侧立板22的中空处填充物料调整。
看图1，叶轮1圆径面均分八页叶面11，此叶数可满足叶轮1半径圆受水冲击时，叶轮1在水道上转动总有主受力位置角的叶面11。叶面11有一个朝水流上游方向的微凹圆弧，是为增加叶面11受水冲击时的承载力，但不影响水流到下游时的脱出。在图2、图3上，垂直安装的叶轮1，叶面11从上到下，弧形曲线上、下两点的下点前跨一个叶面11分格位。从水流上游方向看，叶轮1的同叶叶面11下部先转出导流座3内凹位，此造型是水流对叶轮1从下往上的递增冲击，增加转动的均匀性；同时叶轮1转动有一个向上提升的现象，减轻自体重对转动的阻尼。以上叶轮1是顺时针方向转动。当导流座3的内凹圆和溢水道31以及叶面11的弧形曲线与上述的位置和造型反置，叶轮1以逆时针方向转动，效果相同。
在图1、图2和图3中，导流座3按叶轮1垂直高度设定，两个动、静不同功能的构件，相互位置之间的空隙是保证叶轮1转动时不受阻和叶轮1在直通水道受水冲击边位尽少无效漏泻，设5-8毫米的空隙距离。
图2和图3说明叶轮1和导流座3的上面是皮带轮传动箱5，箱的底板紧贴导流座3顶部。箱底板横向宽卡入高于导流座3两对称侧立板22之间。水流方向端箱底板和导流座3同长，在尖嘴形头部位下游方向折直角上翻到侧立板22顶部齐；上游方向位的折角向外30度倾斜，以减弱上游水流到此板上的冲击阻力，高度与下游位同。传动箱5体的以上构造在半潜浮座2上形成一个阻隔了水体的空间，因此，叶轮1轴头伸入箱体，轴承座4部位都必须配套安装密封圈41。在叶轮1垂直下部浮座底平板21上的轴承座4，相同于以上的配置。同时，传动箱5底板下导流座3此段流经形成一个管径，在导流座3纵向位置间的排列，流经截面小于上游进水口，因此，此段水流流速快于宽口位进水口水流，是推动叶轮1旋转速度的所需条件。
图2、图3中对叶轮1轴端的带传动部分是半潜浮座2上排列的每个叶轮1顶端轴头都伸入在传动箱5中，每个叶轮1轴头用相同圆径，同位置高度，上、下两个带轮71布置(边位轴头可只装其中高度的一个)。各叶轮1的带轮71用传动带7相邻同高平行，逐位同高平行，上、下位置交叉的连接。以此，各叶轮1的转动力矩总体汇合，在中间位的轮轴上再加装一个带轮71a，将汇合的力矩传递连接到发电机6。为提高转速，通过加装中间轮72，以各档大、小轮径增速配比的传递，实现转速的提高，匹配相等转速的发电机6。横跨两侧立板22顶面的发电机座板61，在座板有安装立式发电机6的孔位，其向下伸出的轴头上置装带轮73，和中间轮72轴头平行传动带7相配。发电机座板61用螺丝紧固在浮座的侧立板22顶面，其连带作用在于通过座板的少量位移动，可调节传动带7的张紧。发电机6置有外壳罩62，配电箱63同置罩体上；电气器件按所处环境绝缘配置和电流输送。
同在图2和图3，在传动箱5底板上，此端每个叶轮1的轴承座4同时都套装一个轮盖圈42。对位箱底板上叶轮1位的轴圆心点，开启相同于叶轮1圆径的孔洞，轮盖圈42大于圆径孔洞的安装边圈，加防漏水密封垫圈与箱底板用螺丝紧固装配。图5是对轮盖圈42具体排列形状的进一步说明。以上的构件配套置装，在于方便垂直安装的叶轮1可各自拆装。
在图1和图2上，控制水流流量的调节挡板8安装在侧立板22水流上游端顶部位，侧立板22内侧两边各设同位置度的单孔座81，挡板85同体两端圆柱头各对位装入单孔座81。挡板85以一个约45度的倾斜，下横边浸入水中1/4横宽位。同在侧立板22顶部对称角位设安装拉伸弹簧84的环钩座82，弹簧另一端环钩在挡板85的钩座83上，拉伸弹簧84的规格与挡板85所受水流压力移动距离要求配套。在挡板85向水面有与板横向同长的半圆密封浮体85a，是为浸入水中部分挡板85在最高位置时，其浮力克服自体重量保持倾斜位置度的配构。当水流流速加快，浸入水中部分的挡板85，根据水流增速对板受水流压力的增加量，传递给挡板85钩座83上匹配的拉伸弹簧84，弹簧受力形体伸长，挡板85以单孔座81圆心的圆弧轨迹往水中下移，水流的进口缩小，流量同步减小；反之，当水流速度减慢，挡板85升高，流量增大，实现对进水流量的自动控制。在图2，挡板85位移虚点线所示，挡板85半圆密封浮体85 a到达安装在前方位的栅栏9处是最低点。栅栏9是防止上游水流中杂物进入水流通道所设，栅栏9格的大、小以不影响水流流速制造。
仍在图1、图2上，半潜浮座2水流上游位的底平板21边沿是一个圆弧斜口形状，作用是减少上游水流在此沿口的阻力。以斜口度，在底平板21与侧立板22相连的角位对称置装锚桩座10，是一个方便锚索栓套的环形结构造型。将两个锚桩座10力点通过锚索交汇同一个锚在水底定位，浮座在锚的下游方向，当受水流流线的微量变化，浮座能随时修正保持与流线位置度的顺流。
权利要求1.一种平水流水轮发电机，包括水轮机与发电机和在水中的半潜浮座整体装置的发电设备，通过在河床锚固定位，利用平面水流流速的动能转换获取电能，其特征在于所述的半潜浮座(2)上与水流交叉横线排列3-5个直筒圆形，垂直安装在水面线下的叶轮(1)，配装在内凹半个叶轮(1)圆径位及置有溢水道(31)的导流座(3)位，用两个座之间直通水道水流冲击半个叶轮(1)绕轴转动，用传动带(7)把排列叶轮(1)轴头相邻连接，逐位传递，汇集叠加力矩给发电机(6)做功，进水口置有水流流速变化自动控制流量的调节挡板(8)。
2.根据权利要求1所述的平水流水轮发电机，其特征在于所述的半潜浮座(2)长方形的底平板(21)，在长边位两侧是对称平行同高侧立板(22)，U字造型的平、侧板同为双层面板中空的构造，其前、后贯通是水流通道，在水中是座体同深，在水面上留有侧立板(22)一节高度及置装的发电机(6)，叶轮(1)垂直安装在底平板(21)和传动箱(5)底之间是直通水道高度。
3.根据权利要求1所述的平水流水轮发电机，其特征在于所述的叶轮(1)按圆径面八页均分叶面(11)，受水面微凹圆弧，在半个轮径宽的直通水道上，半个叶轮(1)受水冲击转动总有一个受力位置角的叶面(11)对位水道上，其垂直从上到下弧形曲线，按转动方向叶面(11)下点前跨一个分格位，是水流冲击转动均匀和使轮转动向上提升，减轻自体重量的转动阻尼，叶轮(1)的另垂直半径圆位在导流座(3)内凹位，阻隔上游水流对此半径轮不受冲击。
4.根据权利要求1所述的平水流水轮发电机，其特征在于所述的导流座(3)是长条矩形，形体对称两头部尖嘴形，各朝水流上、下游方向固定在底平板(21)上，与叶轮(1)间隔顺序排列，座体内凹叶轮(1)半个圆径位处的溢水道(31)是圆弧喇叭形，出水口(32)朝相邻的直通水道，其构造将导流座(3)分成两节，是克服叶轮(1)回转带水，利用相邻直通水道下泻水流的空吸作用，促使轮转回水溢出下泻。
5.根据权利要求1所述的平水流水轮发电机，其特征在于所述的传动带(7)是在传动箱(5)中，排列的叶轮(1)每个轴头置装两个同等圆径带轮(71)，以相邻彼此平行，上、下交叉布置连接传递力矩，在排列叶轮(1)中间位的轴头加装一个带轮(71a)，并增装中间轮(72)，以大、小轮径比配置逐级增速传递到发电机(6)轴头带轮(73)。
6.根据权利要求1所述的平水流水轮发电机，其特征在于所述的调节挡板(8)置装在两侧立板(22)水流上游顶部位单孔座(81)上，在侧立板(22)对称角位设环钩座(82)，挡板(85)上钩座(83)连接拉伸弹簧(84)，在水流流速变化对挡板(85)的不同压力使弹簧伸缩，自动控制挡板(85)的下移进水量减少或升高进水量增加，挡板(85)向水面有半圆密封浮体(85a)，是挡板(85)浸入水中在最高位置时，克服自体重量，保持约45度倾斜的配置。
7.根据权利要求1所述的平水流水轮发电机，其特征在于所述的同一半潜浮座(2)上的叶轮(1)是同一转动方向，当叶轮(1)顺时针方向转动，只要将导流座(3)的内凹半径圆及溢水道(31)和叶轮(1)的弧形曲线构件反置造型，叶轮(1)变换按逆时针方向转动，其效果相同。
专利摘要本实用新型公开了一种平水流水轮发电机，利用平面水流流速的动能，将置有水轮机、发电机的双层中空半潜浮座在水中锚固定位，在座体水面线下的底平板上，以与水流交叉的横线排列多个垂直直筒圆形水轮机叶轮，配装内凹半个叶轮圆径位及有溢水道的导流座，用两个导流座之间通道水流，冲击叶轮半个圆径位绕轴转动，以带传动方式在各轮轴头相互传递叠加力矩带动发电机发电，是可在有平面流动水体条件地方灵活布局普遍使用的发电设备。
文档编号F03B13/22GK2858992SQ20052004516
公开日2007年1月17日 申请日期2005年9月22日 优先权日2005年9月22日
发明者陈卫国 申请人:陈卫国