专利名称：浮动水轮发电机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种将水动能转化为电能的电磁装置,属于水力发电机领域。 技术背景
目前水力发电机及现有技术其水轮机的位置是相对固定的，既水轮机设计 安装后不随水位的自然涨落变化而升降。在冲击式、反击式等各细分类的水轮 机中，或存在导叶与水流方向有倾斜角使水动能流失，或在技术结构上就不适 宜建造大中型发电机、发电站，或在建造大中型水力发电机、发电站时需要建 拦河坝；阻断或不利于通航，且对水利条件要求高，例如在我国广大平原地区 的江河流域虽区间水流落差小但水流量丰富，然而无两岸依山的地理条件，不 适宜建拦河坝，如长江、黄河等的平原水流域，以及利用海水潮汐发电的海岸 线、海湾等区域，以现有技术使在上述地区建大、中型水力发电机、发电站， 水流的动能资源利用率低。
发明内容
浮动水轮发电机目的在于提供一种改拦河坝阻水为对水流疏导、集中、加快 流速，不用建拦河坝阻水，不用提高水位、水头，不阻断通航，在水位发生自 然涨落变化时水轮机可以随水位同涨同落照常运转拖动发电机可已正常发电。 浮动水轮发电机可以顺河道及水流方向排列多个，组成浮动水轮发电机组。
浮动水轮发电机的技术方案是
如图1，在江河内建造钢筋混凝土机床在江河的一岸建主机座1，如河道宽度大也可将主机座建在离岸的河道中。在河道中与主机座横向一定跨度内建分体式副机座2-1,2-3, 2-5;视水流条件及需要可以继续排列。主机座与副机座 构成了上游宽、下游窄,最后再渐宽的机床内水流通道。与副机座2-1, 2-3, 2-5 相间设有补水道2-2,2-4;如主机座也是建造在离岸的河道中而非靠在某一岸边， 则其构型与副机座相对而立，且全等(图省略)。补水道进水口宽、在河道水流 向的上游，出水口窄、在河道水流向的下游，进水口设在主、副机座的外侧， 出水口设在主、副机座内则。在副机座2-1, 2-3， 2-5的上顶部可以延图中虚线 连接构筑平台，其高度与主机座平台高度相等，且都略高于该河道水位线极限 高度，既或两岸高度。在主、副机座的间距最窄段的底部建机垫3，垫高河床。 在主、副机座相对的两面各设有纵向垂直于水面，两两相对的主机窝4，副机窝 5;在主、副机座的平台上，临近每一个主、副机窝侧可各设一台发电机30;根 据水流条件、需要时可以继续排列下去，可在一定区间内建立浮动水轮发电机 组。以下仅以一对主机窝，副机窝为例说明在主机窝，副机窝内壁各设纵向 垂直于水面，两两相对的滑道6;在主机窝，副机窝迎水流面的外边角各设承压 滑道7;所有滑道及承压滑道是平行位置关系，可以采用槽钢。建立浮动水轮机主框架，如图2:因其结构在主、副机窝两边完全对称相同， 为视线清楚图2只画出了主机窝一边的半幅图。在主、副机窝的各条滑道内，于同一水平高度各设一顶滑轮8，在主、副机 窝的各条滑道内顶滑轮的下方，各设一与同滑道的顶滑轮等距离的底滑轮9，在 各承压滑道内与各底滑轮同一水平高度各设一承压滑轮10，所有顶、底、承压 滑轮内都各设一个滑轮内轴承ll。设两条互为平行的主连杆12，横跨水流上方 与水流、水流向在三维空间呈异面90°角，各主连杆两端分别向下弯曲并连接 各顶滑轮内轴承。依托两条主连杆两端与水平面有倾斜夹角的部分，以顶、底、
承压滑轮为支点，在主、副机窝内，分别设横向、纵向的副连杆13，彼此固定 连接成一个稳固的上半部是三棱体，下半部是方体的连体框架结构。在主、副 机窝内的两个方体框架结构之间，相邻最近的两个内下角横向设置的副连杆中间各设一水轮轴承14(可以采用调心轴承)；设水平横跨水面上方，轴线与水流、水流方向在三维空间呈异面90。角的水轮轴15，连接水轮轴承。水轮轴上设纵 向截面为弧形的导叶16，其顺轴向的截面为直线形。为视线清楚图中只画出了 一片导叶，在实际应用中导叶数不应少于四片。另推荐一种斗形导叶，斗形导 叶关于水轮轴纵向中垂线对称，导叶顺轴向截面为两边对称的绕轴曲线形，纵 向截面为弧形，以导叶向下垂入水中时可描述为从中间向两边逐渐向水流上 游方向对称前伸，导叶远轴边上各点到水轮轴的垂直距离相等。注意两种导 叶的射影都是矩形，横向两边垂直距离小于近轴边到主连杆水平部分的垂直距 离，且建议小于纵向两边的垂直距离。在方体框架下方设浮子连杆17，连接设在下方的浮子箱18。 17可采用电控 液压伸縮连杆也可采用固定焊接连杆，18采用密封箱体电控浮子箱内气压，浮 子箱底设有内外相通的孔，也可采用全密封式浮子箱；两种方法任选其一既可 校准控制主框架两侧的水平高度，既校准控制导叶的吃水线，吃水线恒定在水 轮轴下方设定的高度。建立动力连接系统根据水流条件每一台浮动水轮机可以拖动一台、也可以 在主、副机窝各拖动一台发电机同时工作。以下仅以在主机窝一边拖动一台发 电机的动力传动方法加以说明在主机窝方体框架内设利用齿轮传动系统加速 的锥齿轮变速箱19，齿轮啮合连接水轮轴和变速箱。设横截面为正方形、垂直 于水平面的纵轴20，以轴承连接纵轴下端和变速箱；纵轴下端再以齿轮啮合连 接变速箱 如图3、图4，(图4是图3的俯视图)在主机座平台上设双层抓臂21，在抓 臂的上、下层各设抓臂轴承22，其分别以外圈连接抓臂的上、下层，在两抓臂 轴承内圈固定连接一轴管23，轴管内径大于纵轴横截面上最远两点的距离，轴 管向上、下分别延出抓臂轴承；在两抓臂轴承之间的轴管上，固定连接一抓臂 齿轮24，在两抓臂轴承之外上、下各延出的轴管上各固定连接一个中间有孔的 滑转盘25，该孔内径大于纵轴横截面上最远两点的距离。在每个滑转盘的中间 孔四周，距滑转盘圆心等距，每临90°角设一小孔，既每个滑转盘上有四个小 孔。在上滑转盘的上面、下滑转盘的下面各设四个滑轴轴承26 (可采用双列滚 柱滚子轴承)，每个滑转盘上的四个滑轴轴承的轴线在一个水平面内且顺次垂 直，所有滑轴轴承的轴线全部与纵轴轴线异面垂直，其内圈通过设有的由全等 形、四分体组合成方形的滑轴轴承支架27-1与所在滑转盘固定连接，具体为 滑轴轴承支架在四分体时先各自穿过滑轴轴承内圈，而后滑轴轴承支架在组成 四方形的四个角上采用插槽加销钉27-2固定连接；支架向下插入滑转盘上设有 的四个小孔(此连接法便于安装及日后维修)。滑轴轴承外圈与虚空穿过轴管及 滑转盘中间孔的纵轴的四个侧面的旋转时推进的半面接触；抓臂齿轮啮合发电 机30的转子轴28上固定连接的转子齿轮29。另1 也可以在设计时将利用齿轮传动系统加速的锥齿轮变速箱从方体框 架内移到主机台上来(此种动力连接方法浮子箱承重小，但纵轴、滑轴轴承承 受扭矩大；可以根据水流条件及发电机负载转矩的大小而选择)。2 轴管可以 设计成外圆内方形式的钢管，其内方孔略大于纵轴的横截面，经润滑剂润滑纵 轴的四个侧面与方孔的内壁斜向接触(此连接省去了滑转盘、滑轴轴承，且可承 受的扭矩大；但纵轴在上下浮动时纵向摩擦力大)。总之纵轴与转子轴之间的动 力连接必须采用能纵向滑动的连接方式，具体可根据水流条件及发电机所需的
转矩大小而选择。浮动水轮发电机解决问题及技术效果目前水力发电机所采用的水轮机或导叶与水流方向有倾角使水流动能流失， 或在技术机构上不适宜建造大、中型水力发电机，或在建造大、中型水力发电 机、发电机组及发电站时需要建拦河坝提高水位、水头，利用水的势能(位能) 发电。然而，建拦河坝对通航不利；特别是在我国广大平原地区的水流域，虽区间落差小但水流量丰富，且两岸无依山的地理条件，以及利用海水潮汐发电 的海岸线、海湾等区域，不宜建拦河坝提高水位。浮动水轮发电机不用建拦河坝，不需要提高水位，不需要阻断江河的航道， 不受自然水位涨落的影响。特别适用于在平原地区及两岸没有依山的地理条件 的水流域以及利用海水潮汐发电，建立大、中型水力发电机、发电机组及发电 站。1 浮动水轮发电机的机床，其主、副机座构成了上游宽下游窄,最后再渐宽的机床内水流通道，使进入机床内水流通道的水流速逐渐加快；且使导叶所在 区域内，在同等水道截面积、单位时间内较该河道在机床外同等水道截面积、 单位时间内的水流量加大。疏导、集中并加速了水流，使其直击导叶，从而充 分利用了水流的动能。2 补水道，利用机床内水流通道水流速度加快后快于机床外河道水流速度 而形成的在补水道进水口与出水口的水压强差及虹吸现象原理，在不再加宽占 用河道宽度及水轮轴跨度的条件下，进一步将机床外河道的水流吸引进入机床 内水流通道，从而再加大导叶所在区域水道单位时间的水流量。补水道进水口 宽出水口窄，对进入补水道的水流起到加速的作用。3 机垫，构成在纵深方向进一步收小导叶所在区域的水流通道的截面积，
起到再加快水流速度的作用。4，所有顶、底、承压滑轮在遇水位自然涨落时，在浮子箱的浮力作用下可 以在平滑的槽钢滑道内上下滑动，其滑动的方向、距离完全相同，使水轮机整体 平稳随水位自然涨落；使导叶吃水线保持在水轮轴下方一个设定的水平高度； 使水流只推动转到水轮轴下方的导叶，使导叶拖动水轮轴旋转。5 延水流方向从上游向下游排列浮动水轮发电机，并配以所需的调控电器、 电路连接等，可构成浮动水轮发电机组，可以进一步多重充分利用加速了的水 流动能。6 斗型导叶，使水流不易流散而失，后入水的导叶对先入水的导叶形成阻 挡水流冲击力的副作用小，且水轮轴旋转速度平稳；但斗型导叶制造工艺比较 复杂。两种导叶在技术上都适于采用横向两边垂直距离小于纵向两边的垂直距 离，这样比横向两边垂直距离大于纵向两边的垂直距离的导叶，在吃水面积相 同、远轴边线速度相同时其水轮轴的角速度大。7*锥齿轮变速箱，在水轮轴与纵轴之间作旋转方向调整，并加速。 8 滑转盘及滑轴轴承，将上下浮动且旋转的纵轴的转矩稳定在一个固定的 水平面，并通过轴管将转矩传导给抓臂齿轮。再通过齿轮啮合，将动力传导给 发电机转子轴。9 浮动水轮发电机在利用潮汐发电方面，更凸显出其不受水位自然涨落影 响的优势。因涨、落潮时水流是从相对不同的两个方向而来，则只需在已有的 承压滑道、承压滑轮对面再设一条承压滑道和一个承压滑轮既可。例如可在 海岸线、海湾入口处迎来潮方向，横列多组机床，且机床内水流通道两头宽、 中间窄，可依同理利用双向的水流发电。从而在不阻断通航的情况下，最大限 度地利用涨、落潮的海水动能。10 水轮轴及所有传动机件都在水面之上，故障率低，便于维修。
-图1是浮动水轮发电机的机床俯视图和局部放大斜侧向俯视图。1，主机座。2-1， 2-3， 2-5，附机座。2-2， 2-4，补水道。3，机垫。4，主机 窝。5，副机窝。6，滑道。7，承压滑道。30，发电机。 图2是浮动水轮发电机的主框架机构图。8，顶滑轮。9，底滑轮。10，承压滑轮。11，滑轮内轴承。12，主连杆。13， 副连杆。14，水轮轴承。15，水轮轴。16，导叶。17，浮子连杆。18，浮子箱。 19，锥齿轮变速箱。20，纵轴。图3、图4是浮动水轮发电机的纵轴动力连接结构图；图3是平视图，图4 是俯视图。图3: 1，主机座。21，双层抓臂。22，抓臂轴承。23，轴管。24，抓臂 齿轮。25，滑转盘。26，滑轴轴承。27-1滑轴轴承支架。29转子齿轮。20纵轴。图4: 20，纵轴。21，双层抓臂。24，抓臂齿轮。25，滑转盘。26，滑轴 轴承。27-1，滑轴轴承支架。27-2，销钉。28，转子轴。29，转子齿轮。30，发 电机。
具体实施方式
如图1，在江河内建造钢筋混凝土机床在江河的一岸建主机座1，如河道 宽度大也可将主机座建在离岸的河道中。在河道中与主机座横向一定跨度内建分体式副机座2-l，2-3， 2-5;视水流条件及需要可以继续排列。主机座与副机座 构成了上游宽、下游窄，最后再渐宽的机床内水流通道。与副机座2-l， 2-3， 2-5 相间设有补水道2-2，2-4;如主机座也是建造在离岸的河道中而非靠在某一岸边， 则其构型与副机座相对而立，且全等(图省略)。补水道进水口宽、在河道水流 向的上游，出水口窄、在河道水流向的下游，进水口设在主、副机座的外侧， 出水口设在主、副机座内则。在副机座2-l， 2-3， 2-5的上顶部可以延图中虚线 连接构筑平台，其高度与主机座平台高度相等，且都略高于该河道水位线极限 高度，既或两岸高度。在主、副机座的间距最窄段的底部建机垫3，垫高河床。 在主、副机座相对的两面各设有纵向垂直于水面，两两相对的主机窝4，副机窝 5;在主、副机座的平台上，临近每一个主、副机窝侧可各设一台发电机30;根 据水流条件、需要时可以继续排列下去，可在一定区间内建立浮动水轮发电机组。以下仅以一对主机窝，副机窝为例说明在主机窝，副机窝内壁各设纵向 垂直于水面，两两相对的滑道6;在主机窝，副机窝迎水流面的外边角各设承压 滑道7;所有滑道及承压滑道是平行位置关系，可以采用槽钢。建立浮动水轮机主框架，如图2:因其结构在主、'副机窝两边完全对称相同， 为视线清楚图2只画出了主机窝一边的半幅图。在主、副机窝的各条滑道内，于同一水平高度各设一顶滑轮8，在主、副机 窝的各条滑道内顶滑轮的下方，各设一与同滑道的顶滑轮等距离的底滑轮9，在 各承压滑道内与各底滑轮同一水平高度各设一承压滑轮10，所有顶、底、承压 滑轮内都各设一个滑轮内轴承ll。设两条互为平行的主连杆12，横跨水流上方 与水流、水流向在三维空间呈异面卯°角，各主连杆两端分别向下弯曲并连接 各顶滑轮内轴承。依托两条主连杆两端与水平面有倾斜夹角的部分，以顶、底、 承压滑轮为支点，在主、副机窝内，分别设横向、纵向的副连杆13，彼此固定 连接成一个稳固的上半部是三棱体，下半部是方体的连体框架结构。在主、副 机窝内的两个方体框架结构之间，相邻最近的两个内下角橫向设置的副连杆中
间各设一水轮轴承14(可以采用调心轴承)；设水平横跨水面上方，轴线与水流、 水流方向在三维空间呈异面90°角的水轮轴15，连接水轮轴承。水轮轴上设纵 向截面为弧形的导叶16，其顺轴向的截面为直线形。为视线清楚图中只画出了 一片导叶，在实际应用中导叶数不应少于四片。另推荐一种斗形导叶，斗形导 叶关于水轮轴纵向中垂线对称，导叶顺轴向截面为两边对称的绕轴曲线形，纵向截面为弧形，以导叶向下垂入水中时可描述为从中间向两边逐渐向水流上 游方向对称前伸，导叶远轴边上各点到水轮轴的垂直距离相等。注意两种导 叶的射影都是矩形，横向两边垂直距离小于近轴边到主连杆水平部分的垂直距 离，且建议小于纵向两边的垂直距离。在方体框架下方设浮子连杆17，连接设在下方的浮子箱18。 17可采用电控 液压伸縮连杆也可采用固定焊接连杆，18采用密封箱体电控浮子箱内气压，浮 子箱底设有内外相通的孔，也可采用全密封式浮子箱；两种方法任选其一既可 校准控制主框架两侧的水平高度，既校准控制导叶的吃水线，吃水线恒定在水 轮轴下方设定的高度。建立动力连接系统根据水流条件每一台浮动水轮机可以拖动一台、也可以 在主、副机窝各拖动一台发电机同时工作。以下仅以在主机窝一边拖动一台发 电机的动力传动方法加以说明在主机窝方体框架内设利用齿轮传动系统加速 的锥齿轮变速箱19，齿轮啮合连接水轮轴和变速箱。设横截面为正方形、垂直 于水平面的纵轴20，以轴承连接纵轴下端和变速箱；纵轴下端再以齿轮啮合连 接变速箱。如图3、图4，(图4是图3的俯视图)在主机座平台上设双层抓臂21，在抓 臂的上、下层各设抓臂轴承22，其分别以外圈连接抓臂的上、下层，在两抓臂 轴承内圈固定连接一轴管23，轴管内径大于纵轴横截面上最远两点的距离，轴 管向上、下分别延出抓臂轴承；在两抓臂轴承之间的轴管上，固定连接一抓臂 齿轮24，在两抓臂轴承之外上、下各延出的轴管上各固定连接一个中间有孔的 滑转盘25，该孔内径大于纵轴横截面上最远两点的距离。在每个滑转盘的中间 孔四周，距滑转盘圆心等距，每临90°角设一小孔，既每个滑转盘上有四个小 孔。在上滑转盘的上面、下滑转盘的下面各设四个滑轴轴承26 (可采用双列滚 柱滚子轴承)每个滑转盘上的四个滑轴轴承的轴线在一个水平面内且顺次垂直， 所有滑轴轴承的轴线全部与纵轴轴线异面垂直，其内圈通过设有的由全等形、 四分体组合成方形的滑轴轴承支架27-l与所在滑转盘固定连接，具体为滑轴 轴承支架在四分体时先各自穿过滑轴轴承内圈，而后滑轴轴承支架在组成四方 形的四个角上采用插槽加销钉27-2固定连接；支架向下插入滑转盘上设有的四 个小孔(此连接法便于安装及日后维修)。滑轴轴承外圈与虚空穿过轴管及滑转 盘中间孔的纵轴的四个侧面的旋转时推进的半面接触；抓臂齿轮啮合发电机30 的转子轴28上固定连接的转子齿轮29。另1 也可以在设计时将利用齿轮传动系统加速的锥齿轮变速箱从方体框 架内移到主机台上改变连接顺序(此连接法浮子箱承重小，纵轴、滑轴轴承承 受扭矩大；可以根据水流条件及发电机负载转矩的大小而选择)。2 轴管可以 设计成外圆内方形式的钢管，其内方孔略大于纵轴的横截面，经润滑剂润滑纵 轴的四个侧面与方孔的内壁斜向接触(此连接省去了滑转盘、滑轴轴承，且可 承受的扭矩大；但纵轴在上下浮动时纵向摩擦力大)。总之纵轴与转子轴之间的 动力连接必须采用能纵向滑动的连接方式，具体可根据水流条件及发电机所需 的转矩大小而选择。将发电机电路与负载电路连接，使水轮机的导叶入水，发电机开始旋转发电。 如在我国广大的平原地区江河流域或沿海海岸线、海湾地区建造大、中型浮动
水轮发电机、发电机组、发电站，其疏导、集中、加速并多重充分利用加速了 的水流及其动能，将之转化为电能的利用率高，单位时间转换能量大。特别是其对水利条件要求低，适用区域广泛；不需要两岸依山的地理条件，不用建拦 河坝，不用提高水位，不阻断通航，在不同自然水位及水位发生自然涨落变化 情况下能够照常发电；利用潮汐海水双向流动的动能发电。在当今能源紧缺情 况下，为进一步开发、利用我国现有水利资源提供技术支持。
权利要求1、浮动水轮发电机，包括主机座、副机座、机床内水流通道、补水道、主机窝、副机窝、滑道、顶滑轮、底滑轮、主连杆、副连杆、水轮轴、水轮轴承、导叶、锥齿轮变速箱、纵轴、滑轴轴承、滑转盘、轴管、双层抓臂、抓臂轴承、抓臂齿轮、转子齿轮、发电机、浮子连杆、浮子箱，其技术特征是在江、河的河道内设钢筋混凝土机床，设有主机座、副机座，在主、副机座上各设主机窝、副机窝，主、副机窝内各设有滑道，各滑道内设有顶滑轮、底滑轮，顶滑轮、底滑轮以所设的主连杆、副连杆彼此连接，构成水轮机主框架；设导叶连接所设的水轮轴，水轮轴通过所设的水轮轴承连接水轮机主框架，再通过所设的锥齿轮变速箱啮合连接水轮轴和所设的纵轴，纵轴接触所设的滑轴轴承外圈，滑轴轴承内圈通过所设的顺次固定连接的滑轴轴承支架、滑转盘、轴管、抓臂齿轮，啮合连接转子齿轮，转子齿轮连接发电机的转子轴；轴管固定连接在所设的抓臂轴承的内圈上，抓臂轴承的外圈固定连接在主、副机座平台上所设的双层抓臂上；在主框架副连杆所组成的方体框架下面设有浮子连杆连接所设的浮子箱。
2、 如权项1所述的浮动水轮发电机，其技术特征是设有机床内水流通道，主机座、副机座构 成的机床内水流通道上游宽、下游窄,最后再渐宽。
3、 如权项1所述的浮动水轮发电机，其技术特征是设有补水道，补水道进水口在河道水流向 的上游，出水口在河道水流向的下游，进水口设在主、副机座的外侧，出水口设在主、副机 座的内侧。
4、 如权项1所述的浮动水轮发电机，其技术特征是设有滑道，所设的所有滑道都是平行位置 关系。
5、 如权项1所述的浮动水轮发电机，其技术特征是设有随水位自然涨落而升降的浮子箱。
6、 如权项1所述的浮动水轮发电机，其技术特征是吃水线恒定在水轮轴的下方设定的高度, 水轮轴横跨水面上方，其轴线与水流、水流方向在三维空间呈异面90。角。
7、 如权项1所述的浮动水轮发电机，其技术特征是轴管的内径、滑转盘的中间孔的内径大于 纵轴横截面上最远两点的距离。
8、 如权项1所述的浮动水轮发电机，其技术特征是纵轴的动力连接通过滑动连接传递给轴 管，经抓臂齿轮啮合转子齿轮再传递给发电机的转子轴。
9、 如权 项1所述的浮动水轮发电机，其技术特征是设有顶滑轮、底滑轮，所有顶滑轮、底滑 轮在遇水位自然涨落时滑动方向相同距离相等。
10、 如权项1所述的浮动水轮发电机，其技术特征是所有滑轴轴承的轴线全部与纵轴轴线异 面垂直。
专利摘要浮动水轮发电机属水力发电机领域，在流动水域设机床，主框架连接机床滑道上的顶、底滑轮和浮子箱；带有导叶的水轮轴连接主框架，水轮轴通过锥齿轮变速箱顺次连接纵轴、滑轴轴承、滑转盘、轴管、抓臂齿轮，经齿轮啮合将转矩传导给发电机转子轴。浮动水轮发电机不需建拦河坝不提高水位不阻断通航，可随水位自然涨落正常发电；可利用水流自身动力对其疏导、集中、加速；其组成的发电机组可对已加速了的水流动能多重充分利用。更适宜在平原两岸无依山条件江河流域及利用潮汐双向水流能量建大中型浮动水轮发电机组。其对水流能量利用率高，单位时间能量转换值大。
文档编号F03B11/06GK201215061SQ200820077968
公开日2009年4月1日 申请日期2008年7月23日 优先权日2008年7月23日
发明者川 王 申请人:川 王