专利名称：随水位自动调节的水轮机及应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种随水位自动调节的水轮机及应用，属于水轮机发电技术领域。
背景技术：
水轮机是把水流的能量转换为旋转机械能的动力机械，早在公元前100年前后， 中国就出现了水轮机的雏形——水轮，用于提灌和驱动粮食加工器械。现代水轮机则大多 数安装在水电站内，用来驱动发电机发电。在水电站中，上游水库中的水经引水管引向水轮 机，推动水轮机转轮旋转，带动发电机发电。作完功的水则通过尾水管道排向下游。水头越 高、流量越大，水轮机的输出功率也就越大。但是大型水轮机设备并不适合中小型的河流大型水轮机所需的启动流速远远大 于中小型河流中河水的流速；为此本领域的技术人员做出了积极地改造，将水轮机的体积 减小，使其水轮机适合中小型河流。实践证明，架设在中小河流中的水轮发电机的利用率也 不高，其主要原因在于因为中小河流都是季节性的流水，在丰水期时，水位较高，超过水轮 机的最佳水位，阻碍水力发电机的运转；在枯水期时，水位则较低，水位会低于水轮机的最 低水位，使其完全不能利用水流发电。由此可以看出，开发中小水流发电的瓶颈在于水轮机 能否适应水位的变化。
发明内容
为了解决以上所述的技术问题，本发明提供一种能随水位高低自动调节的水轮 机，本发明还公开一种利用上述水轮机进行水力发电的方法。本发明的技术方案如下一种能随水位高低自动调节的水轮机，包括支撑架、水平轴、叶轮，其中两个支撑 架之间水平设置水平轴，水平轴通过轴承与支撑架相连；水平轴上设有叶轮，叶轮包括叶柄 和叶片，叶片通过叶柄与水平轴固定连接，其特征在于，在支撑架底设置有浮艇；在水平轴 的两端分别设有一个导向架，导向架上设置有一条垂直于水面的开口，水平轴横穿开口设 置在两个导向架之间，力矩盘设置在两个导向架内侧的水平轴上。本发明利用了浮艇将支 撑架托起，使其漂浮于水面之上，随水位的变化随时调整；在水平轴的两端设置导向架，起 到固定作用，使本发明只可以随水位上下调整，不会随处漂流，确保水轮机工作的稳定性。所述的支撑架上还设置有支杆，支杆的长度大于等于叶轮的半径。设置支杆的作 用在于，当水位下降至低水位时，水轮机在支杆的支撑下避免触底，继续工作。所述的导向架是钢结构的架体、高强度塑钢的架体或者是钢筋混凝土的墙体。导 向架固定设置在河床上，确保水轮机正常工作。采用钢筋混凝土搭建的墙体，还可以起到引 导水流的作用，使两个墙体之间的水流的流量和流速增加，进而增加对水轮机的推动力。所述叶轮的组数为3-5组；所述的每组叶轮设有3 7个叶片，每组叶轮设置的叶 片数量均相同。所述的叶片的形状为簸箕形。
叶轮组数为3组，每组叶轮均设有5个叶片，同组叶轮的相邻两叶柄的夹角度数为 72度，相邻两叶轮的叶柄的夹角度数24度。优选3组叶轮，使得水平轴的长度适中，确保水 平轴在刚性范围内正常工作；每组叶轮均设有5个叶片利于轴系平衡。相邻两叶轮的叶柄 的夹角度数24度，从水轮机的侧面可以看出，整个叶轮的360度被15个叶柄所均分，使水 轮机受力密度增加，均勻，还不会增加水平轴的负担，确保轴系的平衡稳定。实验表明，在水平轴上设置3组叶轮，每组叶轮设置5个叶片，共15个角度相措设 置的叶柄和叶片，其产生的力矩比一个叶轮设置15个叶片的情况均勻，水能利用率也高， 稳定性能好。所述水平轴长3 5米，所述的力矩盘的直径为25-40cm。所述叶柄的长度为2 3米。利用以上的水轮机进行发电的方法，步骤如下1)将低速永磁发电机固定设置在浮艇上，将水轮机的力矩盘与低速永磁发电机组 相连；2)当水流速度大于等于2m/s时，水轮机的叶轮开始转动；3)叶轮的转动带动力矩盘转动，力矩盘与低速永磁发电机相连，带动发电机组进 行发电。步骤2)所述的水流速度范围是2m/s 20m/s，叶轮的转速为6 7转/min。本发明的有益效果在于1)本发明适合中小型河流发电，水流速度只需大于等于2m/s即可发电；2)本发明的水轮机的设计紧凑、合理，故障率低，运输、安装和维护简单方便，经济 适用。3)本发明的水轮机可以随河流的水位调节叶轮的转动位置，使其适用于丰水期和 枯水期，利用率高。
图1是本发明水轮机的机构示意图；图2是本发明的叶轮机构示意图。在图1 2中，1、支撑架；2、水平轴；3、水面；4、力矩盘；5、叶柄；6、叶片；7、支杆； 8、浮艇；9、导向架；10、开口 ；11、轴承。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。实施例中所述的叶片均为簸箕形。实施例1、一种能随水位高低自动调节的水轮机，包括支撑架1、水平轴2、叶轮，其中两个支 撑架1之间水平设置水平轴2，水平轴2通过轴承11与支撑架1相连；水平轴2上设有叶 轮，叶轮包括叶柄5和叶片6，叶片6通过叶柄5与水平轴2固定连接，其特征在于，在支撑 架1底设置有浮艇8 ；在水平轴2的两端分别设有一个导向架9，导向架9上设置有一条垂 直于水面的开口 10，水平轴2横穿开口 10设置在两个导向架9之间，力矩盘4设置在两个导向架9内侧的水平轴2上。在所述的支撑架1上还设置有支杆7，支杆7的长度大于等于叶轮的半径。所述的导向架9是钢筋混凝土的墙体。叶轮组数为3组，每组叶轮均设有5个叶片，同组叶轮的相邻两叶柄5的夹角度数 为72度，相邻两叶轮的叶柄5的夹角度数24度。从图2可以看出，整个叶轮的360度被15个叶柄5所均分，使水轮机采集的采集 密度增加，采集均勻，还不会增加水平轴的负担，确保轴系的平衡稳定。实验表明，在水平轴2上设置3组叶轮，每组叶轮设置5个叶柄5和叶片6，共15 个角度相措设置的叶柄5和叶片6，其产生的力矩比一个叶轮设置15个叶柄和叶片的情况 均勻，水能利用率也高，也更加稳定。所述水平轴2长3米，所述的力矩盘4的直径为30cm。所述叶柄5的长度为2米。本实施例的水轮机的工作原理当丰水期时，浮艇8在浮力的作用下随着水面上升，托动支撑架1也上升，水平轴2 在导向架9的开口 10的导向作用下垂直向上运动，同时，水平轴2上的叶轮在水流的推动 下正常转动；在枯水期，浮艇8在浮力的作用下随着水面下降，托动支撑架1也下降，水平轴2 在导向架9的开口 10的导向作用下垂直向下运动，水位过低时，支杆7首先触底，将叶轮固 定支撑在正常工作高度，同时，水平轴2上的叶轮在水流的推动下正常转动。实施例2、利用实施例1的水轮机进行发电的方法，步骤如下1)将低速永磁发电机固定设置在浮艇8上，将水轮机的力矩盘4与低速永磁发电 机组相连；2)当水流速度大于等于2m/s时，水轮机的叶轮开始转动；水流速度范围是2m/ s 20m/s，叶轮的转速为6 7转/min。3)叶轮转动带动力矩盘4转动，力矩盘4与低速永磁发电机相连，带动发电机组进 行发电。实施例3、如实施例1所述的水轮机，区别在于在水平轴2上设置5组叶轮，所述的叶轮均设有5个叶片。同组叶轮的相邻两叶 柄5的夹角度数为72度，相邻两叶轮的叶柄5的夹角度数14. 4度。从水轮机的侧面可以看出，整个叶轮的360度被25个叶柄5所均分，因此θ角的 度数为14. 4度。
权利要求
一种能随水位高低自动调节的水轮机，包括支撑架、水平轴、叶轮，其中两个支撑架之间水平设置水平轴，水平轴通过轴承与支撑架相连；水平轴上设有叶轮，叶轮包括叶柄和叶片，叶片通过叶柄与水平轴固定连接，其特征在于，在支撑架底设置有浮艇；在水平轴的两端分别设有一个导向架，导向架上设置有一条垂直于水面的开口，水平轴横穿开口设置在两个导向架之间，力矩盘设置在两个导向架内侧的水平轴上。
2.根据权利要求1所述的水轮机，其特征在于，所述的支撑架上还设置有支杆，支杆的 长度大于等于叶轮的半径。
3.根据权利要求1所述的水轮机，其特征在于，所述的导向架是钢结构的架体、高强度 塑钢的架体或者是钢筋混凝土的墙体。
4.根据权利要求1所述的水轮机，其特征在于，所述叶轮的组数为3-5组；每组叶轮设 有3 7个叶片，每组叶轮设置的叶片数量均相同。
5.根据权利要求4所述的水轮机，其特征在于，叶轮组数为3组，每组叶轮均设有5个 叶片，同组叶轮的相邻两叶柄的夹角度数为72度，相邻两叶轮的叶柄的夹角度数24度。
6.根据权利要求1所述的水轮机，其特征在于，所述水平轴长3 5米，所述的力矩盘 的直径为25-40cm ；所述叶柄的长度为2 3米。
7.利用权利要求1所述的水轮机进行发电的方法，步骤如下1)将低速永磁发电机固定设置在浮艇上，将水轮机的力矩盘与低速永磁发电机组相连；2)当水流速度大于等于2m/s时，水轮机的叶轮开始转动；3)叶轮的转动带动力矩盘转动，力矩盘与低速永磁发电机相连，带动发电机组进行发
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤2)所述的水流速度范围是2m/s 20m/s，叶轮的转速为6 7转/min。
全文摘要
本发明涉及一种随水位自动调节的水轮机及应用。在水轮机支撑架底设置一个浮艇；在水平轴的两端分别设有一个导向架，导向架上设置有一条垂直于水面的开口，水平轴横穿开口设置在两个导向架之间，力矩盘设置在两个导向架内侧的水平轴上。本发明的水轮机可以随河流的水位调节叶轮的转动位置，使其适用于丰水期和枯水期，利用率高。
文档编号F03B3/00GK101929413SQ20101027140
公开日2010年12月29日 申请日期2010年9月3日 优先权日2010年9月3日
发明者许士泉, 许盟来 申请人:许士泉