一种水力发电装置的制作方法

1.本实用新型属于水力发电技术领域，具体涉及一种水力发电装置。


背景技术：

2.我国的河水直接流动发电资源亟待开发利用。常规的水能资源开发需要大规模的土建工程，涉及大量移民、淹没优良耕地、破坏生物生存环境等，综合利用成本很高。因此，开发河水直接流动发电的新能源，是我国水电工程技术界必须面对的重要课题。
3.受夏季风影响，我国河流存在明显的汛期和枯水期，我国水资源在时间分配上具有夏秋多、冬春少和年际变化大的特点；一般来说，夏半年连续4个月的径流量要占年径流量的60％～80％；我国水资源的季节分配不平衡，年际变化大。从河流的地势来看，我国河流湖泊众多，但适合水力发电的河流却并不多，特别是平原地区，地势大多平缓，水流缓慢，不适合用于发电。
4.一方面河流的流量是不确定，另一方面，相关技术中的水轮所能承载的水量却是固定的，有申请号为201810323370.7的一种大型的重力式水轮发电机组设备，该实用新型利用导水片将水流导入水轮中，以实现发电，但在枯水期时，导水片所引导的水流携带的冲击力，无法克服水轮工作时的摩擦力，这导致水轮存在由于没有稳定的驱动来源，不能正常工作，失去发电的作用；申请号为201510916261.2的一种水车式水轮发电机的后上方引流式水车，该实用新型同样不适合在拥有枯水期的水域或流量较低的水域，尤其是在流量较低的时期的水域工作。


技术实现要素：

5.本实用新型旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的水力发电装置不能适应水域流量变化的问题。
6.有鉴于此，本实用新型提供一种导水装置，包括：水轮，沿所述水轮轴向分隔成至少2个储水区，所述储水区设置有叶片，所述叶片将所述储水区分隔成2个以上的水斗；储水容器，所述储水容器设置在所述水轮的顶部，所述储水容器的底部设置有至少2个出水口；执行单元，所述执行单元用于控制所述出水口的开闭；其中，所述储水区与所述出水口一一对应，当所述执行单元打开所述出水口时，所述储水容器中的水能经所述出水口进入对应的所述储水区的所述水斗。
7.进一步的，相邻的所述储水区的所述叶片交错排列。
8.进一步的，水力发电装置包括中轴和发电机，所述水轮与所述中轴传动连接，所述中轴与所述发电机传动连接。
9.进一步的，所述水力发电装置包括变速箱，所述所述中轴与所述发电机传动连接，具体为：所述中轴与所述变速箱传动连接，所述变速箱与所述发电机传动连接。
10.进一步的，所述水力发电装置包括储能飞轮，所述所述中轴与所述发电机传动连接，具体为：所述中轴与所述储能飞轮传动连接，所述发电机与所述储能飞轮传动连接。
11.进一步的，所述水力发电装置包括第一支架和第二支架，所述第一支架设置在所述水轮的一侧，所述第二支架设置在所述水轮的另一侧，所述第一支架和所述第二支架均用于支撑所述中轴。
12.进一步的，所述水力发电装置包括导水板，沿所述导水板的长度方向排列有导水部，所述导水部沿所述导水板的宽度方向延伸，所述导水板贴合所述水轮的外缘。
13.进一步的，所述水力发电装置包括第一支撑条和第二支撑条，其中，所述第一支撑条一端与所述导水板一侧相接，所述第一支撑条另一端与所述第一支架相接，所述第二支撑条一端与所述导水板另一侧相接，所述第二支撑条另一端与所述第二支架相接。
14.进一步的，所述第一支架设置有第一轴承座，所述第二支架设置有第二轴承座，其中，所述第一轴承座用于支撑所述中轴一端，所述第二轴承座用于支撑所述中轴的另一端。
15.进一步的，所述出水口包括第一出水口、第二出水口和第三出水口，所述储水区包括第一储水区、第二储水区和第三储水区，其中，所述第一出水口能够连通所述第一储水区和所述储水容器，所述第二出水口能够连通所述第二储水区和所述储水容器，所述第三出水口能够连通所述第三储水区和所述储水容器。
16.本实用新型的有益效果是：通过将水轮在轴向分成至少两个的储水区，并能够与储水容器上的储水容器的出水口相连通，依靠执行单元控制出水口的开闭，从而能够调节参与到发电过程中的储水区域，使得水力发电装置中参与发电的储水区域是可变化的，提高对水域的利用率。
附图说明
17.图1示出了根据本实用新型的一个实施例的水力发电装置的结构示意图；
18.图2示出了图1的a处的细节图；
19.图3示出了根据本实用新型的一个实施例的水力发电装置的水轮结构示意图；
20.图4示出了根据本实用新型的一个实施例的水力发电装置的水轮的储水区的剖视图；
21.图5示出了根据本实用新型的一个实施例的水力发电装置的结构示意图；
22.图6示出了根据本实用新型的一个实施例的水力发电装置的部分结构示意图；
23.图7示出了根据本实用新型的一个实施例的水力发电装置的部分结构示意图；
24.图8示出了根据本实用新型的一个实施例的水力发电装置的导水板的工作示意图；
25.图9示出了没有导水部的导水板的工作示意图；
26.图10示出了根据本实用新型的一个实施例的水力发电装置的导水部的装配剖视图；
27.图11示出了根据本实用新型的一个实施例的水力发电装置的储水区的结构示意图；
28.图1至图11中的附图标记与部件名称的对应关系如下表所示：
[0029][0030]
具体实施方式
[0031]
为了可以更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0032]
在下面的描述中阐述了很多具体细节，以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
[0033]
在对本实用新型的相关实施例进行介绍之前，需要对相关技术进行说明。水力发电装置一般通过水流进行发电：水力发电装置引用的水流经过水轮时，将水的动能和重力势能转换为驱使水轮旋转的机械能；发电机又将机械能转换为电能而输出。
[0034]
下面参照图1至图11描述本实用新型的一些实施例。
[0035]
如图1、图3和图4所示，本实用新型提供一种水力发电装置，包括：水轮1，沿水轮1轴向分隔成至少2个储水区，储水区设置有叶片101，叶片101将储水区分隔成2个以上的水斗102；储水容器2，储水容器2设置在水轮1的顶部，储水容器2的底部设置有至少2个出水口；执行单元，执行单元用于控制出水口的开闭；其中，储水区与出水口一一对应，当执行单元打开出水口时，储水容器中的水能经出水口进入对应的储水区的水斗102。
[0036]
可以理解的是，对于一个储水区而言，只需要有一个出水口与储水容器相连通即可，所以设置储水区和出水口一一对应，如图1和图3所示，水轮1沿轴向分隔成第一储水区1001、第二储水区1002和第三储水区1003，相应的，储水容器设置有第一出水口201、第二出
水口202和第三出水口203，其中，第一出水口201与第一储水区1001相对应，能够连通第一储水区1001和储水容器2，第二出水口202则与第二储水区1002相对应，可以连通第二储水区1002和储水容器2，第三出水口203则与第三储水区1003相对应，可以连通第三储水区1003和储水容器2。
[0037]
可以理解的是，水轮1从轴向分隔成2个以上的储水区，可以提高对水流的利用率。示例性的，如图1、图3和图11所示，以3个储水区，第一储水区1001、第二储水区1002和第三储水区1003为例，从河流引水至储水容器2内，当河流处于枯水期时，河流的流量少，速度慢，储水容器经过一段时间后，形成一定的水位，此时执行单元仅打开储水容器2底部的第一出水口201，使储水容器2与水轮1连通，储水容器内的水经第一出水口201进入第一储水区1001内的水斗102，由于储水容器2内的水位具有一定的高度，在水流进水斗102的过程中，水的重力势能转化为水流的动能，具备一定动能的水流冲击第一储水区1001，一方面将水流的动能转化为水轮1的动能，另一方面水流会停留在第一储水区1001的水斗102内。在水轮1转动的过程中，水流的重力势能进一步转化为水轮1的动能。上述两种能量的转化，避免了枯水期时水量不足导致水流不能驱动水轮1转动的情况出现，也提高了水轮1的转动速度，增加了水轮1的发电量；当河流处于丰水期，执行单元打开第一出水口201和第二出水口202，储水容器2内的水流经过第一出水口201和第二出水口202分别进入第一储水区1001的水斗102和第二储水区1002的水斗102内，更大的水量所携带的动能和重力势能转化为水轮1的动能，充分利用了丰水期的水量，增加了水轮1的发电量；当河流处于暴雨期时，执行单元打开第一出水口201、第二出水口202和第三出水口203，分别连通第一储水区1001的水斗102、第二储水区1002的水斗102和第三储水区1003的水斗102，与丰水期相比，暴雨期的水量更大，三个出水口均打开使众多进入储水容器2的水流快速进入水轮1之中，水轮1的转动速度进一步提高，相应的，水轮1的发电量也增大。
[0038]
可以通过环形的挡板1101实现对水轮1在轴向上的分隔，形成所需数量的储水区，使水轮1适应变化的流量，进行发电。执行单元可以为在各个出水口处设置阀门，当遇到河流水量发生明显变化时，如暴雨时期，可以根据需要打开若干数量的阀门，使足够数量的出水口能够进行工作，水流经过出水口进入水斗102，驱动水轮1进行转动，以增大发电量；执行单元可以为：为储水容器2的水位设计不同的阈值，达到不同阈值则打开指定数量的出水口，使水流经过出水口进入水斗102之中，驱动水轮1进行转动，以增大发电量。执行单元的设置属于相关技术的内容，任何本领域的技术人员均可以通过上述的方式实现对出水口开闭的控制。
[0039]
具体的，如图3所示，相邻的储水区的叶片101交错排列。
[0040]
可以理解的是，相邻储水区的叶片101还可以进行交错布置，由于在水轮1沿轴向形成有多个储水区，储水区主要起承载水流的作用，使水流的动能和重力势能可以转化为水轮1的动能。可以理解的是，水流的流量在一定的时间内是恒定的，当叶片101从接受来自水流的冲击开始，由于叶片101总是处于运动的状态，其与水流的冲击面不总是恒定的，即水流的能量转化速度是变化的，这表现为当叶片101处于靠近出水口接受冲击时，转化量较大，远离出水口接受冲击时，转化量较小，水流冲击在储水区的叶片101上，叶片101的交错布置，使得在不增加叶片101数量的情况下，靠近出水口的位置总是有叶片101接受来自水流的冲击，一方面使水轮1本体的转动速率维持在稳定的区间，另一方面稳定的速率使水轮
1的运转更加平顺和稳定。
[0041]
为使发电机3能够将水轮1的动能转化为电能，可以设置中轴103，示例性的，如图3所示，中轴103可以穿过水轮1，与水轮1进行传动连接，传动连接可以理解为相关技术常用的连接方式。与水轮1进行传动连接的中轴103再与发电机3进行传动连接，实现水轮1动能转化为发电机3储存的电能的过程，使水力发电装置完成发电工作。
[0042]
可以理解的是，变速器32可以减小发电机3和水轮1之间的传动比，在发电机3和水轮1之间传动连接有变速器32，利用转速较慢的水轮1驱动发电机3快速运转发电，提高发电效率。
[0043]
可理解的是，储能飞轮31突破了化学电池的局限，用物理方法实现储能。在发电机3和水轮1之间还可以传动连接有储能飞轮31，当水轮1被水流驱动时，水轮1的动能部分转化为储能飞轮31的动能，储能飞轮31以动能的形式把能量储存起来；当水轮1没有被水流驱动时，高速旋转的储能飞轮31拖动发电机3发电，完成机械能到电能转换的释放能量过程。因此，储能飞轮31的设置，保证了水轮1供电的连续性和可靠性。
[0044]
可以理解的是，水轮1、发电机3与储能飞轮31之间的连接，水轮1、发电机3与变速器32之间的传动连接可以通过联轴器实现，在连接不同的轴时，通过联轴器连接可以避免轴与轴之间的同心度不一导致动能在转化电能的过程中出现过大的损耗。其中，储能飞轮31和变速器32可以相互组合，装配在水轮1和发电机3之间，即水轮1与发电机3之间，可以直接进行传动连接，也可以通过储能飞轮31或变速器32进行传动连接，如图2所示，还可以通过变速器32和储能飞轮31进行传动连接。
[0045]
在上述实施例中，如图1、图2和图5所示，为支撑中轴103，使中轴103可以发生转动，可以设置第一支架41和第二支架42，第一支架41设置在水轮1的一侧，第二支架42设置在水轮1的另一侧，第一支架41上可以设置第一轴承座411，第二支架42上设置第二轴承座422，中轴103设置第一轴承座411和第二轴承座422上，一方面轴承座承受来自水轮1的载荷，另一方面轴承座的设置使中轴103可以在水轮1的带动下发生旋转，将水轮1的动能传输到发电机3上，转化成电能，实现发电的作用。
[0046]
具体的，由于水斗102在旋转的过程中，其开口的朝向会发生变化，另一方面，水流经出水口打在水斗102中，存在撞出水斗102的可能，可以在水轮1的外缘贴合设置有导水板5，导水板5上设置导水部501，如图8、图9和图10所示，导水部501装配后，另一端处于自然下垂的状态，与导水板5形成锐角，图中虚线指被甩出的水流，当水流从水轮1甩出打在导水部501时，水流方向应为甩出位置的切线方向，导水部501接住水流，并挡回水轮1中，显而易见的是，图8中的水流返回水轮1的高度高于图9中水流返回水轮1的高度，即导水部501的设置既使水轮1中停留的水量更多，也使被甩出的水流更快的回到水轮1中，相应的，水流有更多的重力势能和动能可以转化为水轮1的动能，从而提高发电效率。可以理解的是，当导水板5为圆弧状或其他不规则形状时，导水部501与导水板5对应位置的切线形成锐角。
[0047]
导水部501设置在导水板5上的方式可以为：如图10所示，导水板5一面设置有安装槽5011，安装槽5011呈开口空间小，内部空间大的形状。可以理解的是，导水部501可以通过挤入安装槽5011内的方式，使导水部501方便快捷地安装在导水板5上。安装槽5011的侧壁还可以开设通孔，将导水部501的一端穿过通孔进入安装槽5011内，使导水部501快捷地装配在安装槽5011上。除上述的连接方式外，导水部501可以通过焊接、粘接等方式，将导水部
501设置在导水板5上，使导水部501可以将来自水力发电装置的水流导回，提高发电效率。导水部501的大小、形状可以根据实际情况进行变更。
[0048]
在上述实施例中，如图6和图7所示，导水板5贴合于水轮1外缘的设置方式可以为：水力发电装置设置第一支撑条51和第二支撑条52，第一支撑条51一端与导水板5的一侧连接，另一端与第一支架41连接，第二支撑条52一端与导水板5的另一侧相接，另一端与第二支架42相接。利用第一支架41和第二支架42本身所具有的稳定支撑作用，通过支撑条连接导水板5、第一支架41和第二支架42，实现导水板5贴合于水轮1外缘，又不至于与水轮1发生接触，从而使导水板5起到将从水斗102中溅出的水流挡回水斗102的作用。
[0049]
在本实用新型中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0050]
本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本实用新型的限制。
[0051]
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0052]
以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。