专利名称：江河水力动力装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种液力机械，具体是指一种安装在江河里的水力动力装置。
目前，利用水力作为动力来发电或是带动机械作功，都要修筑拦河堤坝、引水渠一类水工建筑物，通过造成水流落差，将江河中水的势能用水轮机转变成机械能，再将此机械能通过发电机发电或是将此机械能直接带动机械作功。这样作的缺点是，只有在自然条件较好的很少地点才能修筑堤坝和水渠等水工建筑物，而江河中大量分布的分散水能却无法利用；修筑拦河堤坝等水工建筑，工程浩大，工期很长，造价极高，见效很慢。此外还有其它缺点如淹没农田和森林，要搬迁和安置移民，不利于行船，一般地址边远，施工条件差，技术难度大，等等。
本实用新型的目的，是提供一种能利用大量分散水能、投资小、工期短、见效快的江河水力动力装置，以带动发电机发电或直接带动机械作功。
这种新型水力动力装置的设计方案是这样的。该装置包括集流管道部分和水轮机及传动机构两大部分，在集流管道部分的入口端装有控制水流量的控制阀，集流管道部分下半部管壁上开有若干个沿管道走向的贯穿管壁与管内相连通的增压孔，水轮机及传动机构部分装在集流管道部分的出口端。本实用新型在使用时，集流管道部分应置于江河中水面以下(分沉式设计或浮式设计)，管道入口朝向上游，使得在集流道部分中汇集的大量流体，逐步提高动能加速流动，到达出口端时，流体已具有足够的动能来推动水轮机，然后向下游流去。通过水轮机的流体，将部分能量交给水轮机，驱动水轮机转子旋转，再通过与转子相连的传动机构，继而带动发电机或其它机械工作。由于沿程损失，水轮机吸能，流体本身能量骤减，其压力和速度下降，因此在一般情况下，流体从水轮机处很难继续向下游流动，但本实用新型装置由于设计了增压孔，并且将水轮机装在集流管道部分的出口端，因此情况大不相同。只要设计适当结构的增压孔和水轮机转子，就对流体具有较大的补能和导流作用，由于从集流管道部分流出的经增压的流体能量足够，到达水轮机后，水轮机转子旋转，诱导水轮机周围的流体环形流动，从而该处流体加速，压力下降，于是集流管道部分出口端的流体与水轮机周围流体的压力差相对提高，满足出口压力条件，流体就能从水轮机处继续向下游流动。根据江河中不同来流的速度，调节集流管道部分的入口端装的控制阀，就可调节入口流量，以保证水轮机的恒功率运转。
本实用新型装置基本上不受地域限制，能适应不同江河的各种自然条件，装设在江河中的任何位置，充分利用分散和低能头的水流，集中推动水轮机，将其变成动力再发电或是直接推动其它机械作功，就像用透镜聚集太阳能的效果一样，可使我国丰富的水力资源得到充分、廉价的利用。本装置结构简单，根本不需花费修筑拦河堤坝等水工建筑物那样多的资金，而且施工周期短，上马见效快。一般水力发电装置每千瓦装机费为2200元人民币，而采用本装置再加上发电设备，每千瓦装机费才1500元左右。采用本装置，无需淹没农田和森林，无需搬迁和安置移民，不会妨碍船只的正常航行，容易施工安装。
以下结合附图和实施例对本实用新型加以更详细说明。
图1和图2分别为本实用新型实施例1的正视图和俯视图；图3和图4分别为本实用新型实施例2的正视图和俯视图；图5和图6分别为本实用新型实施例3的正视图和俯视图。
参见
图1和图2，实施例1的集流管道部分由集流管(2)、整形管(3)、滞速管(4)依次连接而成，增压孔(1)在集流管道部分的管壁上的分布密度、孔径大小及孔心座标，视不同工作条件而定。集流管(2)的外形为四棱台形，入口截面为矩形，出口截面为方形，上下壁面呈平行对称，左右壁面沿流体流向呈对称收缩，集流管(1)入口端安装的控制阀(22)为蝶阀组，一组有六个，每个蝶阀由操作手柄，转轴和阀叶组成，集流管(2)的腹腔内可适当装设立杆以加强结构的强度和刚度。整形管(3)的入口截面为方形，对称收缩到出口端的截面呈圆形。滞速管(4)的外形是一个沿流体流向呈对称扩大的圆台形，其顶锥角一般以不大于6°为宜。水轮机及传动机构具有一个支架(7)，支架(7)由四根纵杆(6)和六个横向框架(5)构成，其中两个横向框架(5)与滞速管(4)的外壁相固连，在支架(7)上分别固定着两个轴承架(17)，两个轴承架(17)上分别装有主轴轴承座(16)，一根水平布置的主轴(15)座落在两个主轴轴承座(16)内，在主轴(15)靠滞速管(4)出口端的轴颈上，用键固定着一个托盘(18)，在托盘(18)上用螺栓固定着轮机叶片(19)，并且使轮机叶片(19)的扫掠平面与滞速管(4)的出口端面相重合，以增强水轮机的工作效果。主轴(15)轴端还装有压圈(20)和固紧螺母(21)，以将轮机叶片(19)和托盘(18)轴向固紧。在支架(7)上还设装有箱架(14)、竖直轴轴承座(11)和托架(10)，箱架(14)上固定有齿轮箱(13)，主轴(15)的另一端装在齿轮箱(13)内，托架(10)上装有一个变速箱(9)，一根水平传动轴(8)装在变速箱(9)内，一根竖直传动轴(12)座落在竖直轴轴承座(11)内，其一端伸进变速箱(9)内，通过变速箱(9)的锥齿轮与水平传动轴(8)相间接连接，竖直传动轴(12)的另一端伸进齿轮箱(13)内，通过齿轮箱(13)的锥齿轮与主轴(15)相间接连接。这样，当水流从滞速管(4)出口端流出并推动轮机叶片(19)和托盘(18)转动时，就能带动主轴(15)，并通过齿轮箱(13)带动竖直传动轴(12)，再通过变速箱(9)带动水平传动轴(8)转动，以最后带动外接发电机或其它机械。
参见图3和图4，实施例2的集流管道部分由位于水轮机及传动机构两侧的一长一短的两部分组成，每部分又都包括有依次连接的集流管(2)、连接管(23)、加速管(24)及喷管(25)，两部分的连接管(23)之间用横梁(26)相连接。增压孔(1)的设计原则类同于实施例1。上述各管(2，23，24，25)全部等高且各管截面均为矩形，集流管(2)和加速管(24)的外形均为四棱台形，上下壁面呈平行对称，左右壁面沿流体流向呈对称收缩。集流管(2)入口端安装的控制阀(12)仍为蝶阀组，每组蝶阀为两个。连接管(23)和喷管(25)的截面均为等截面。为保证水轮机具有良好的工作效果，将喷管(25)的出口端面设计成部分圆柱面形状，该部分圆柱面的母线平行于水轮机的轮毂(27)的母线，曲率中心线与轮毂(27)的相同，曲率半径略大于轮机叶片(19)的叶尖扫掠半径。本实施例的水轮机及传动机构是这样设计安装的，从两个加速管(24)上各伸出一个支架(7)，将两个主轴轴承座(16)分别固定在支架(7)上下方，并将一根立式布置的主轴(15)座落在两个主轴轴承座(16)内，主轴(15)的一端与变速箱(9)相接，一根水平传动轴(8)的一端伸进变速箱(9)内，通过变速箱(9)的锥齿轮与主轴(15)相间接连接，在主轴(15)上固定有辐条(28)，辐条(28)上固连有轮毂(27)和盖板(29)，轮机叶片(19)装在轮毂(27)上。这样，当水流从喷管(25)出口端流出推动轮机叶片(19)和轮毂(27)转动时，就能带动主轴(15)，再通过变速箱(9)带动水平传动轴(8)转动，以最后带动外接发电机或其它机械。
参见图5和图6，实施例3的集流管道部分由集流管(2)、加速管(24)及喷管(25)依次连接而成，增压孔(1)的设计原则同于实施例1。上述各管道(2，24，25)全部等高且各管截面均为矩形，集流管(2)外形为四棱台形，上下壁面呈平行对称，左右壁面沿流体流向对称收缩，集流管(2)入口端设置的控制阀(22)同实施例1。加速管(24)外形为四棱台形，上下壁面沿流体流向呈对称收缩，左右壁面呈平行对称。喷管(25)的截面为等截面。为保证水轮机的工作效果，将喷管(25)的出口端面设计成部分圆柱面形状，该部分圆柱面的母线平行于水轮机的主轴(15)的母线，曲率中心线与主轴(15)的相同，曲率半径略大于轮机叶片(19)的叶尖扫掠半径。本实施例的水轮机及传动机构是这样设计安装的，它具有一个由三根纵杆(6)和一根横杆(30)组成的支架(7)，其中三根纵杆(6)分别与加速管(24)和浮箱(31)相固连。在两根纵杆(6)上各装有一个主轴轴承座(16)，在另一根纵杆(6)上装有变速箱(9)，水平布置的主轴(15)座落在两个主轴轴承座(16)内，通过变速箱(9)的锥齿轮与伸进变速箱(9)的水平传动轴(8)相间接连接。在主轴(15)上固定有辐条(28)，辐条(28)上装有轮机叶片(19)。水流从喷管(25)出口端流出推动轮机叶片(19)及带动传动机构时的工作原理，与实施例2相同。从图6还可看到，在集流管道部分两侧，大体对称地装有浮箱(31)，浮箱(31)利用集流管道部分两侧作为共同壁板，节约了原材料。浮箱(31)的内腔可以加放隔板和立杆。装有浮箱(31)的浮式设计可使本实用新型装置浮于水中而满足某些工作场合的需要，浮箱的数量、形状及容积大小设计，由平衡条件决定。未设置浮箱的设计为沉式设计。在一般情况下，上述实施例1和实施例2可设计成沉、浮两种形式，实施例3通常为浮式，特殊条件下，才设计成沉式。沉式设计，在所有实施例中，都应加设适当高度和形式的底座，出口底板处应加装出流地坡防护板。浮式设计则不需要设计底座，出流地坡防护板应根据淹水深度考虑，还应安设浮物防护网。
本实用新型装置一般安装在靠近江河两岸的水域里，要求当地淹水深度一般大于1.6米，当地流速一般在0.5米／秒以上。该装置既可单机顺流排列，又可群机跨江横列，留出主航道的船只通道后，再在浮式装置上设计搭板，或在沉式装置上设计高程平台，铺设路面，就较为经济地架起一座渡桥。
权利要求1.一种属于液力机械的江河水力动力装置，其特征在于，它包括集流管道部分和水轮机及传动机构两大部分，在集流管道部分的入口端装有控制水流量的控制阀(22)，集流管道部分下半部管壁上开有若干个沿管道走向的贯穿管壁与管内相连通的增压孔(1)，水轮机及传动机构部分装在集流管道部分的出口端。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，集流管道部分由集流管(2)、整形管(3)、滞速管(4)依次连接而成，其中滞速管(4)的外形是一个沿流体流向呈对称扩大的圆台形，水轮机叶片(19)的扫掠平面与滞速管(14)的出口端面相重合。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，集流管道部分由位于水轮机及传动机构两侧的一长一短的两部分组成，每部分又都包括有依次连接的集流管(2)、连接管(23)、加速管(24)及喷管(25)，两部分的连接管(23)之间用横梁(26)连接，喷管(25)的出口端面为部分圆柱面形状，该部分圆柱面的母线平行于水轮机的轮毂(27)的母线，曲率中心线与轮毂(27)的相同，曲率半径略大于水轮机的轮机叶片(19)的叶尖扫掠半径。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，集流管道部分由集流管(2)、加速管(24)及喷管(25)依次连接而成，喷管(25)的出口端面为部分圆柱面形状，该部分圆柱面的母线平行于水轮机的主轴(15)的母线，曲率中心线与主轴(15)的相同，曲率半径略大于水轮机的轮机叶片(19)的叶尖扫掠半径。
5.如权利要求1至4所述的装置，其特征在于，控制阀(22)采用蝶阀组，每个蝶阀均由操作手柄、转轴和阀叶组成。
6.如权利要求1至4所述的装置，其特征在于，在集流管道部分两侧，大体对称地装有浮箱(31)。
专利摘要本实用新型属于一种液力机械，它由集流管道部分和水轮机及传动机构两大部分构成，在集流管道部分入口端装有控制阀，在集流管道部分下半部管壁上开有若干个沿管道走向的增压孔，水轮机装在集流管道部分出口端。该装置可装设在江河中任何位置，能将分散和低能头的水流集中起来推动水轮机，变成动力后再发电或直接推动其它机械作功，从而使水力资源得到充分的利用。比较修筑拦河坝和引水渠一类水工建筑，该装置投资小、工期短、见效快。
文档编号F03B3/04GK2074374SQ9021584
公开日1991年4月3日 申请日期1990年9月10日 优先权日1990年9月10日
发明者陈希贤 申请人:陈希贤