CN101929413A - 随水位自动调节的水轮机及应用 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
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,均匀,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个叶片的情况均匀,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。
附图说明
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,采集均匀,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匀,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。
Claims (8)
1.一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电。
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。
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