一种明轮式水力发电装置的制作方法

本实用新型涉及一种发电设备，具体涉及一种利用水力进行发电的发电装置。

背景技术：

传统的水力发电机通常包括水轮机和发电机，利用水流产生的能量推动水轮机转动，水轮机再带动发电机转动，从而将水能转化为机械能，再将机械能转化为电能，实现发电的目的。传统的水力发电机对水流的流晕和势能要求较大，对建设电站的条件和要求相对较高，且制造工艺复杂、耗时较长、费用较高。

传统的水力发电站包括大坝和水力发电机，水力发电机设置在大坝内。水库中的水通过入水口进入压力管道，压力管道的末端设有水轮机，从而水流可以推动水轮机转动，水轮机的输出端与发电机连接，水轮机的转动带动发电机发电。

传统的水力发电站，受地质环境的影响较大，通常需要选在地势落差较大或阶梯过渡处的流域，才能满足其对水流的势能以及流速的要求；且传统的水力发电站工艺较为复杂，建厂时间较长，建造费用较高，而且建厂完成后不易再增加容量。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对上述技术问题提出一种能够解决现有水力发电机需要修筑水坝或水库的问题的明轮式水力发电装置。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种明轮式水力发电装置，包括用于发电的发电机、用于向发电机提供动力的驱动明轮、用于安装发电机的基座、用于支撑所述驱动明轮的承重支架以及用于实现驱动明轮及发电机升降的升降机构；所述驱动明轮包括用于承受水流推力的挡板以及动力输出轴，且所述动力输出轴的一端与所述发电机的动力输入轴连接，所述动力输出轴的另一端承载于所述承载支架上。

在本实用新型中，所述升降机构包括设在所述承重支架内的至少一个液压缸和设在所述基座内的至少一个液压缸，并且各个所述液压缸同步动作。

在本实用新型中，所述升降机构的各个液压缸之间采用同步分流马达实现同步升降。

在本实用新型中，所述明轮式水力发电装置设有用于监测水流量的水位流量在线监测机构。

在本实用新型中，所述水位流量在线监测机构包括水流量传感器。

在本实用新型中，所述驱动明轮的龙骨、承受水流推力的挡板分别采用钢材、木材或者复合工程材料制成。

在本实用新型中，所述基座包括堆砌式或者一体浇注成型结构的台基，所述台基内设有用于安装升降机构的内部安装空间以及用于置放所述发电机的且与所述升降机构连接的平台，所述承重支架与所述台基底部相连接；所述承重支架为中空结构且与所述台基的内部安装空间相连通。

本实用新型通过采用明轮驱动结构汲取河流的水力资源进行发电，可以直接安装于河岸或者河滩上，无需修筑水坝或水库即可实现水力发电，工程简单，可以根据不同江河流域的水流量灵活调整装机容量，适用范围广泛，可以大幅度提升我国水力发电潜能的利用率；同时也最大程度的保留了河流的水文特征，更好地保护了江河流域的生态环境。

附图说明

图1为本实用新型一实施例中的升降机构收起状态的明轮式水力发电装置结构示意图；

图2为本实用新型一实施例中的升降机构部分升起状态的明轮式水力发电装置结构示意图；

图3为本实用新型一实施例中的升降机构完全升起状态的明轮式水力发电装置结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，以下结合附图及实施例，对本实用新型的技术方案进行进一步详细说明，显而易见地，下面描述仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些实施例获得其他的实施例。

参照图1至图3，一种明轮式水力发电装置，包括用于发电的发电机1、用于向发电机1提供动力的驱动明轮2、用于安装发电机1的基座3、用于支撑驱动明轮2的承重支架4以及用于实现驱动明轮2及发电机1同步升降的升降机构5；驱动明轮2包括用于承受水流推力的挡板以及动力输出轴，且动力输出轴的一端与发电机1的动力输入轴连接，动力输出轴的另一端承载于承载支架4上。具体的，明轮式水力发电装置一般选取水深足够且水流相对稳定的河段通过基座3安装在河流的岸边或者河滩上，而不需要修筑水坝或者水库，或者只需要修筑简单的导流渠即可，驱动明轮2直接落入河流中或修筑简单的导流渠内汲取水能驱动发电机1进行发电作业，生产的电能通过升降压设备以及输配电设备向外输送，供应居民用电或者生活用电。由于驱动明轮2为设备的主要受力结构，采用悬臂结构安装无法满足结构稳定性要求，因此通过设置专门的承重支架4进行辅助安装，保证了驱动明轮2在各种工况下正常的稳定作业。由于没有修筑水坝或者水库进行水流调节，河流水位的季节性变动会影响驱动明轮2的浸水深度，例如，丰水期，水量充足，水流速度也快；枯水期，水量不足，水流缓慢；而平水期水量和水流速相对稳定；如果驱动明轮2的位置保持不动，则工况变化较大，对于发电装置本身以及辅助配套的升降压设备要求极高，为此，参照图1至图3，为保证驱动明轮2的转速保持在一定的范围内，驱动明轮2通过升降机构5来调整入水深度；该升降机构5根据外部监测信号对驱动明轮2的入水深度进行调整，从而保证驱动明轮2的转速保持在一个相对稳定的区间内，进而保证发电机1的工况稳定。同时，由于驱动明轮2的入水深度调整导致的位置变动较大，常规的挠性连接结构无法满足驱动明轮2的动力输出轴与发电机1的动力输入轴之间的连接要求，因此，升降机构5同时驱动发电机1与驱动明轮2同步升降，使得驱动明轮2与发电机1的相对位置保持稳定不变；升降机构5可以采用液压驱动、电动机驱动等动力方式，能满足同步升降动作即可。

在一具体实施例中，升降机构5采用液压系统，升降机构5包括设在承重支架4内的至少一个液压缸51和设在基座3内的至少一个液压缸51，并且各个液压缸51同步动作。优选的，承重支架4内设有一个用于实现驱动明轮2升降动作的液压缸51，基座3内设有三个用于实现发电机1升降动作的液压缸51，并且升降机构5采用同步分流马达实现四个液压缸51的同步升降。在其他实施例中，也可以采用同步阀进行同步控制。

在一具体实施例中，为实现驱动明轮2入水位置的自动控制，需要对河流的水位和流量进行自动监测，为此，明轮式水力发电装置在驱动明轮上设有用于监测水流量的水位流量在线监测机构。优选的，水位流量在线监测机构包括水流量传感器。水位流量在线监测机构通过运用现代传感器技术、自动测量技术，自动控制技术、计算机应用技术以及相关的专用分析软件和通讯网络所组成的一个综合性的在线自动监测体系，实现对升降机构5的实时自动控制。

在一具体实施例中，由于驱动明轮2的主要结构件为龙骨和挡板，为方便驱动明轮2的运输及安装方便，驱动明轮2采用组装结构，驱动明轮2的龙骨以及承受水流推力的挡板分别采用钢材、木材或者复合工程材料的其中一种制成。一般情况下，驱动明轮的龙骨与挡板采用同种材料制成，当然，在其他实施例中，龙骨和挡板也可以分别采用不同材料制造。将预制好的龙骨以及挡板等构件通过车辆运输到现场即可进行安装.

在一具体实施例中，基座3包括堆砌式结构或者一体浇注成型结构的台基6，台基6内设有用于安装升降机构5的内部安装空间以及用于置放发电机1的且与升降机构5连接的平台，即该平台可以在升降机构5的作用下承载发电机及驱动明轮同步上下往复动作；具体的，该平台与升降机构5为一体结构；承重支架4与台基6底部相连接；承重支架4为中空结构且与台基6的内部安装空间相连通，升降机构5的部分液压缸51以及控制管线均安装在承重支架4的中空结构内部。具体的，台基6的结构形式可以根据现场施工的难度进行灵活选择；台基6的内部安装空间主要用于安装升降结构的液压系统、明轮式水力发电装置的控制系统、升降压设备以及输配电设备。承重支架4为L型结构，并且迎水面可以采用弧形面结构或者三角面结构以减小水流阻力以及避免阻拦河流中的杂物。台基6的顶部的平台根据发电机1的型号匹配定制，安装好发电机1后需要进行防水密封处理，保证整套系统在一个防水的环境下进行工作。优选的，驱动明轮2的吃水线处于设计的安全吃水范围内时，即驱动明轮2的转速处于设计的安全转速时，所述台基6的顶部的平台无需抬升，升降机构5收起。在平水期，升降机构5部分升起，在丰水期或者汛期，升降机构5完全升起，减小驱动明轮2的吃水深度以保证明轮式水力发电装置在各种工况下的正常作业。在检修或者极端情况下，升降机构5可以将驱动明轮2完全升出水面。

本实用新型至少具有以下优点：

1、本实用新型的装机容量适用范围广，根据可利用的江河水流量，选择安装一百千瓦以下，五百千瓦至五兆瓦之间的任何一种规格的机组，也可以在一条流域内依据水流量的大小较密集地安装不同装机容量的发电机组，形成一个集中区域供电网络。特别适用于在中国西部修筑高铁，高速公路等基础设施时的电力供应。以我国第二条进藏通道的建设为例，工程所经过的区域内大小河流密集，可以被利用的水利资源极其丰沛。

2、本实用新型的工作状况稳定，在导水渠内或河水水流一定时，驱动明轮的转速可以保持稳定；在水流量过大时，可以自动，智能化地调节驱动明轮的吃水深度及转速，从而可以避免出现类似风力发电机组般在不同的风速时，转速过高或过低的风险和低效率。

3、本实用新型可以开拓新的动力来源方式，被简单工程化后的水流推动的明轮式直驱发电机组可以极大地补充和开拓现有各类水力发电机组新的动力解决方案。

4、本实用新型的造价低廉，以三兆瓦风力发电机组为例，其价格为1000万人民币。而3兆瓦的明轮直驱式水力发电机组的成本只有前者的20％，两百万人民币。只要对现有成熟型号的水力发电机组稍加改进既可实现低成本获取电力的目标。

5、本实用新型的运输及安装方便，成本可控。该发电机组最重要的动力来源零组件是驱动明轮，其材质为钢才，木材，玻璃钢，新型复合材料等，驱动明轮是由被这些材料生产的零配件在施工工地现场组装而成，所有零配件的尺寸依十吨卡车车厢的长度，宽度和高度而设计。一个直径十五米，宽度为一点六米驱动明轮的所有零配件都可以一次性的依法合规的装车运输，相比于风力发电机组超长风力叶片在运输时，艰难的运输过程，高昂的运输成本而言，明轮发电机组的大型零部件运输成本极其低廉，可以极大的节省明轮发电机组的运输，临时道路的修建，土地的征收，雇用大型起吊设备等的成本。

6、本实用新型的明轮式直驱水力发电机组的生态效益。该发电机组的工程施工，工作方式有利于生态环境的保全。在我国众多的江河之中，河段的某些流域形成了广泛分布的高出水面的沙丘。这些沙丘将江河的水流一分为二，只要选择其中一条靠近河岸的水流筑起一条y字母形，口大渠窄的导水渠，既可获得充足的水利资源，从而可以保全河岸另外一侧水系的原生态。但即便如此，这也是明轮式直驱水力发电机组最极端的工程方法了。更多的工程施工方式则是在河岸旁或河滩上修筑坚实的基础，安放稳妥发电机后将向发电机提供动力的驱动明轮直接落入水中。明轮式直驱水利发电机组无需采用传统水力发电机组修水坝筑水库的工程方案，对江河流域的生态保全极其有利。

7、本实用新型的明轮式直驱发电机组可以极其富有成效地提高我国水利资源的利用率。目前我国水力发电潜能的利用率大约为25％，明轮式水力发电机组，由于其工程简单有效，适用范围广泛，可以依据不同江河流域水流量的大小使其装机容量极具弹性，可以极大地提升我国水力发电潜能的利用率。保守的推算，该发电机组可以几倍地增加我国水力发电的潜能。以四川省德荣县境内的定区河为例，在长约50公里的流域范围内，可以直接在河岸两侧或河滩上，安放两兆瓦或两兆瓦以上装机容量明轮式直驱水力发电机组的地点，竟有30余处之多，在50公里流域的范围内发电潜能可以达到约100-120兆瓦，是现在该河段小水利发电站装机容量的数倍。

8、本实用新型的明轮式直驱水力发电机组的环境效益佳，目前我国有众多的发电厂使用煤炭发电，燃煤发电总量占全国总发电量的大约67％，而水力发电的总量只占总发电量的约23％。由于明轮式直驱发电机组适用范围广泛，大江小河皆可以为其提供动力，装机容量极具弹性，可以因地制宜的选择500千瓦至5兆瓦的发电机组，这使得其易于快速及大规模的推广，可以集少成多的倍增我国的水力发电总量。在其得到推广之后，每年可以减少大约40％的燃煤火力发电总量，每年可以减少约15亿吨标煤燃烧后所产生的二氧化碳，及二氧化硫的排放量。可以从源头上有效遏制京，津，冀等我国广大地区的空气污染，减少雾霾所带来的不良后果。

综上所述，本实用新型通过采用明轮驱动结构汲取河流的水力资源进行发电，可以直接安装于河岸或者河滩上，无需修筑水坝或水库即可实现水力发电，工程简单，可以根据不同江河流域的水流量灵活调整装机容量，适用范围广泛，可以大幅度提升我国水力发电潜能的利用率；同时也最大程度的保留了河流的水文特征，更好地保护了江河流域的生态环境。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。