一种用于增流式智能水轮机系统的尾水流增流装置的制作方法

本发明属于水力发电技术领域，特别是涉及一种用于增流式智能水轮机系统的尾水流增流装置。

背景技术：

我国低水头水力资源十分丰富，该资源一般处于江河中下游的经济发达地区。近些年，这些地区经济发展迅速，用电需求增速飞快。但是这些地区一般都是能源紧张地区，可开发的中、高水头水力资源早在20世纪90年代以前就已开发完毕。为了满足该地区经济迅速发展的需要，人们又转而开发低水头资源。但是在低水头资源开发过程中，往往由于水流的水头不高，势能转化为动能较少，导致水能的利用率较低。

中国专利申请201410205181.1公开了一种“岸基聚能式波浪能发电装置”，该装置能够聚集波浪能并把波浪转换成管道内的海流，利用海流驱动涡轮发电。同时，岸边收缩水道呈喇叭口型，开口处是椭圆形而透平处是圆形，两者有很大的面积比，因此透平处的水流速度是开口处数倍，起到聚能的作用。该装置施工简单，发电机与海水不接触，可靠性高，而且有效地提高了水流的转换效率。但是，该聚能装置进出口面积固定，不能根据来流速度的大小，动态调整聚能的多少，导致输出的电能频率不稳，品质较差。

中国专利申请201810595085.0公开了“一种海洋聚能发电装置”，该装置包括聚能筒、聚能壁、发电机、水轮机、连接件和固定基座，该装置结构简单、性能稳定、聚能发电效率高、投资成本低，并且能克服传统的海洋发电技术的缺点。但是该装置的聚能筒结构太过简单，造成本装置的聚能效果非常有限，因此并不能充分利用水能，造成水能的浪费。

综上所述，现有的聚能装置并不能根据来流流量的大小自适应地调整聚能的多少，致使其在不同的运行条件下聚能效果甚微，同时忽视了实际工程问题的复杂性，导致其用于实际工程的意义不大。如何克服现有技术的不足已成为当今水力发电技术领域中亟待解决的重要难题之一。

技术实现要素：

本发明的目的是为克服现有技术的不足而提供一种用于增流式智能水轮机系统的尾水流增流装置，本发明的尾水流增流装置设置在上游的贯流式水轮发电机组与下游的垂直轴水轮机之间，能够保证垂直轴水轮机充分利用贯流式水轮发电机组排出并经尾水流增流装置增流的尾水流能量，在提高水能利用率的同时又能够使外部发电机能够输出品质优良的电能。

根据本发明提出的一种用于增流式智能水轮机系统的尾水流增流装置，其特征在于，包括受力感应单元、增流传动单元和增流释放单元，所述受力感应单元包括受力感应板和感应驱动杆，所述增流传动单元包括齿轮、齿条、增流平衡弹簧，所述增流释放单元包括上活动连杆、下活动连杆、上滑轮、下滑轮、上轨道、下轨道、上控流板、下控流板；所述受力感应板与感应驱动杆连接，所述感应驱动杆与齿轮固定连接，所述齿轮与齿条啮合，所述齿条的右端与增流平衡弹簧的左端连接，所述齿条的左端分别与上活动连杆的一端和下活动连杆的一端连接，所述上活动连杆通过上滑轮与上控流板连接，所述下活动连杆通过下滑轮与下控流板连接，所述上控流板与上滑轮镶嵌在上轨道中，所述下控流板与下滑轮镶嵌在下轨道中。

本发明的实现原理是：设置在上游的贯流式水轮发电机组排出的水流进入尾水流增流装置，由受力感应板根据来流流量q的大小，对感应驱动杆进行控制，由感应驱动杆依次带动齿轮、齿条、上活动连杆、下活动连杆，进而对两个控流板的位置进行调节，实现实时改变增流效果的目的。当流量较大时，感应驱动杆向右运动，感应驱动杆带动齿轮顺时针转动，齿条左移，通过上活动连杆与下活动连杆使控流板之间的开口变大；当流量减小时，增流平衡弹簧使齿条左移，进而使控流板之间的开口减小，其增流效果也随之增加；之后水流通过设置在下游的垂直轴水轮机，对垂直轴水轮机转轮做功，实现将机械能再次转换为外部发电机的电能。

本发明与现有技术相比其显著优点是：

第一，本发明提出的尾水流增流装置，能够根据上游的贯流式水轮发电机组排出的流量的大小，自适应地对两个控流板的位置进行调节，实现在不同的流量下实时提升增流效果的目的，既提高了微水能利用率，同时又使外部发电机能够输出品质优良的电能。

第二，本发明提出的尾水流增流装置，可以与尾水能状态控制器进行控制信号联接，从而实现在尾水能状态控制器的控制下，尾水流增流装置在不同流量时均可以发挥出最佳的增流效果。

第三，本发明提出的尾水流增流装置，运行稳定性好，装置效率高，可作为现有技术的升级换代产品，同时在现有基础上更新换代所需要的投资少，收效快，具有很好的实际可操作性。

附图说明

图1是一种带尾水流增流装置的增流式智能水轮机系统的整体结构示意图。

图2是本发明提出的尾水流增流装置处于全关闭状态时的结构示意图。

图3是本发明提出的尾水流增流装置处于半开启状态时的结构示意图。

图4是本发明提出的尾水流增流装置处于全开启状态时的结构示意图。

附图中的编号说明：受力感应板1、感应驱动杆2、齿轮3、增流平衡弹簧4、齿条5、下活动连杆6、上活动连杆7、上滑轮8、下滑轮9、上控流板10、上轨道11、下轨道12、下控流板13、贯流式水轮发电机组14、垂直轴水轮机15、尾水能状态控制器16、尾水流增流装置17。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步的详细描述。

结合图1，本发明提出的一种带尾水流增流装置的增流式智能水轮机系统，包括贯流式水轮发电机组14、垂直轴水轮机15，还包括尾水流状态控制器16和尾水流增流装置17，所述尾水流增流装置17设置在贯流式水轮发电机组14与垂直轴水轮机15之间，所述尾水流状态控制器16分别控制贯流式水轮发电机组14的叶片角度、垂直轴水轮机15的叶片角度以及尾水流增流装置17中感应驱动杆2的移动距离x的大小。

结合图2、图3和图4，本发明提出的尾水流增流装置17包括受力感应单元、增流传动单元和增流释放单元，所述受力感应单元包括受力感应板1和感应驱动杆2，所述增流传动单元包括齿轮3、齿条5、增流平衡弹簧4，所述增流释放单元包括上活动连杆7、下活动连杆6、上滑轮8、下滑轮9、上轨道11、下轨道12、上控流板10、下控流板13；所述受力感应板1的面积a满足关系式：式中：ρ为水的密度，ρ取值为1000kg/m³，a为上控流板10或下控流板13的面积、q0为额定功率时的流量、f为额定功率时受力感应板1受到的力；所述受力感应板1与感应驱动杆2连接，所述感应驱动杆2的长度为50～90cm，所述感应驱动杆2与齿轮3固定连接，所述齿轮3的齿数为35～55个，所述齿轮3中心固定，使齿轮3只可旋转移动不可左右移动，所述齿轮3与齿条5啮合，所述齿条5的长度30～90cm，所述齿条5的右端与增流平衡弹簧4的左端连接，所述增流平衡弹簧4的长度为20～35cm，所述齿条5的左端分别与上活动连杆7的一端和下活动连杆6的一端连接，所述上活动连杆7通过上滑轮8与上控流板10连接，所述下活动连杆6通过下滑轮9与下控流板13连接，所述上控流板10与上滑轮8镶嵌在上轨道11中，所述下控流板13与下滑轮9镶嵌在下轨道12中。

本发明提出的一种用于增流式智能水轮机系统的尾水流增流装置的应用实施例如下：

实施例1的设计方案与本发明上述的总体技术方案完全相同，其主要部件的设计参数公布如下：

本发明的垂直轴水轮机15叶片的数量为3片；受力感应板1的面积a为20cm²；感应驱动杆2的长度为50cm；齿轮3的齿数为40个；齿条5的长度50cm；增流平衡弹簧4的长度为20cm；流量为3m³/s时，增流式智能水轮机系统的输出功率为608kw。

实施例2的设计方案与本发明上述的总体技术方案完全相同，其主要部件的设计参数公布如下：

本发明的垂直轴水轮机15叶片的数量为4片；受力感应板1的面积a为25cm²；感应驱动杆2的长度为55cm；齿轮3的齿数为40个；齿条5的长度60cm；增流平衡弹簧4的长度为25cm；流量为3.6m³/s时，增流式智能水轮机系统的输出功率为616.4kw。

实施例3的设计方案与本发明上述的总体技术方案完全相同，其主要部件的设计参数公布如下：

本发明的垂直轴水轮机15叶片的数量为5片；受力感应板1的面积a为30cm²；感应驱动杆2的长度为60cm；齿轮3的齿数为50个；齿条5的长度60cm；增流平衡弹簧4的长度为30cm；流量为4m³/s时，增流式智能水轮机系统的输出功率为618kw。

本发明的实施过程为：增流式智能水轮机系统启动后，水流首先对设置在上游的贯流式水轮发电机组14做功并排出，由于尾水中有大量的剩余动能，因此水流继续进入到尾水流增流装置17；由受力感应板1根据来流流量q的大小，将信号传递给尾水流状态控制器16，尾水流状态控制器16对信号进行处理并反馈，反馈的信号对感应驱动杆2进行控制，由感应驱动杆2依次带动齿轮3、齿条5和上活动连杆7、下活动连杆6，进而对两个控流板的位置进行调节，实现实时改变增流效果的目的。当流量较大时，感应驱动杆2向右运动，感应驱动杆2带动齿轮3顺时针转动，齿条5左移，通过上活动连杆7与下活动连杆6使控流板之间的开口变大；当流量减小时，增流平衡弹簧4使齿条5左移，进而使控流板之间的开口减小，其增流效果也随之增加；之后水流通过设置在下游的垂直轴水轮机15，对垂直轴水轮机转轮做功，实现将机械能再次转换为外部发电机的电能。

本发明的具体实施方式中未涉及的说明属于本领域公知的技术，可参考公知技术加以实施。

本发明经反复试验验证，取得了满意的试用效果。

以上具体实施方式及实施例是对本发明提出的一种用于增流式智能水轮机系统的尾水流增流装置技术思想的具体支持，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在本技术方案基础上所做的任何等同变化或等效的改动，均仍属于本发明技术方案保护的范围。