專利名稱：低水頭排列式水輪發(fā)電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種低水頭排列式水輪發(fā)電機，屬電力生產(chǎn)設(shè)備。
背景技術(shù)：
水輪發(fā)電機是利用水流落差存在的勢能，是水從高處位向下流動形成的動能驅(qū)動水輪機做功，從而帶動發(fā)電機發(fā)電的裝置。在現(xiàn)有水輪發(fā)電機中水位差水流有用管道、涵洞引水輸送，存有壓力水管、引水室、導(dǎo)水機構(gòu)等配置構(gòu)造形成對水輪機葉輪沖擊旋轉(zhuǎn)，即是低水頭貫流式水輪機水流流徑構(gòu)造也類似于此。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是在一些小河流、淺灘溪水河床水流流量充沛，但地形地貌制約難以構(gòu)筑高位壩體，同時沖擊水輪機葉輪的配置構(gòu)造也受到限制；根據(jù)上述的水文情況，提供一種不同于現(xiàn)有水流沖擊構(gòu)造的水輪發(fā)電機。在河床寬度筑以低壩座，在壩座上平行排列多臺水輪機，用壩座形成的低水位差水流，即以主要利用河床水流的動能，其次是水位差的壓力能做功，全流徑寬平行推動壩座上的各臺水輪機葉輪同步旋轉(zhuǎn)，以其產(chǎn)生的機械動能帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而獲取電能。
為達上述目的，本實用新型采取的方案是在河床用砼材料構(gòu)筑矩形低壩座，按水輪機順水流方向的機座底寬定壩寬度。壩座頂面高度需滿足水輪機下瀉水流與下游水面一個空間距離，使水輪機出水瀉流暢通。如河床上游地形地貌條件允許，可酌情抬高壩座，加大空間距離，當下游水面抬高，此位距離空間不至被淹沒，保證水輪機出水不受阻。壩座上安裝的多臺水輪機，上游方向的進水口都淹沒在抬高水位后的水平面下，多臺的平行排列安裝同時是一個攔截水流抬高水位的壩座作用，以此，達成低水頭排列式水輪發(fā)電機做功的具備條件。
本實用新型的水輪機部分是一種罩殼式結(jié)構(gòu)水輪機，和機殼同寬扁框形的大水流進口。在水流進入機內(nèi)，用隔層板分成上、下層水道，形成兩股與機殼同寬，前、后位置，平扁形的沖擊水流，對位同等寬度，前低后高兩個平行橫置葉輪進行沖擊，使兩葉輪同時產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩。水輪機罩殼兩端側(cè)面板上對稱安裝相同構(gòu)造，傳遞力矩的傳動帶輪箱，箱內(nèi)是葉輪軸頭安裝座。在軸的頭部配置傳動帶輪，從前低位的第一輪開始，即同時把兩個葉輪的旋轉(zhuǎn)力矩連接疊加，以順序連接傳遞的形式到機座上部的中心主軸，最終傳遞給發(fā)電機。在此，各組的帶輪用大、小增速的輪匹配，逐級增速傳遞。
壩座上平行排列安裝的各臺水輪機同步做功，相同的水流條件，同規(guī)格機型是相同的轉(zhuǎn)動速度。以此的前提條件，不以每臺水輪機座配置發(fā)電機；通過水輪機座同寬的中心主軸的兩端軸頭，各左、右在兩側(cè)帶輪箱中增配帶輪；用中間連接軸的相互連接方式，鄰鄰順序傳遞，把排列的各水輪機中心主軸力矩匯集，以其增大的力矩，作用于同一臺發(fā)電機，以提高發(fā)電機的發(fā)電效率。因而，將單臺發(fā)電機安裝在排列的水輪機中間位置機座上，以使各機的轉(zhuǎn)矩傳遞距離均勻。然而，在寬度大的河床水面，各水輪機中心主軸長距離轉(zhuǎn)矩連接傳遞，受到機械轉(zhuǎn)動副的限制，此狀態(tài)可采用間隔幾臺水輪機配裝一臺發(fā)電機的形式。發(fā)電機發(fā)出的電流通過電纜的架設(shè)在河岸邊的配電室操作。在設(shè)備安裝地，以當?shù)厮馁Y料為依據(jù)，設(shè)計壩座的高度和水輪發(fā)電機的安裝臺數(shù)及所匹配發(fā)電機的額定功率。
本實用新型的運行，當受河床水位漲落的影響，對水輪機葉輪受水沖擊旋轉(zhuǎn)速度產(chǎn)生快、慢變化，從而使發(fā)電機電壓不穩(wěn)定；采取在水輪機框形進水口前方位置設(shè)一道升降閘門，調(diào)節(jié)進水口水量的大、小。閘門安裝在進水口下部的壩體位，當閘門上升，流量減小，葉輪轉(zhuǎn)速減慢，反之，葉輪轉(zhuǎn)速增加。閘門用直桿連接水面漂浮的浮筒體，浮筒隨河床水位漲落，其下連接的直桿剛性傳遞使閘門升、降，達到自動調(diào)節(jié)進水口水流流量。
如果河床存有水位瞬時上漲的水文情況，上述升降閘門的功能難以達到控制水流流量，進一步的配套方法是在與水輪發(fā)電機平行壩座一段設(shè)置自動泄洪閘門。同樣用浮筒自動控制的構(gòu)造裝置，當河床水位上漲，浮筒隨河面水位上升打開閘門泄洪；在水位下落時，浮筒同步下降，閘門在自體重量作用下，自動關(guān)緊泄洪口。根據(jù)河床水位漲落的水文資料，泄洪閘門的設(shè)置寬度，必須滿足其最大的泄洪流量。
本實用新型的低水頭排列式水輪發(fā)電機在于開發(fā)利用淺水寬流的水利資源，拓寬水能開發(fā)范圍，發(fā)展小水電建設(shè)提供一種新的機型。


圖1是本實用新型的單機下游方向位平視圖。
圖2是圖1的A-A位結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖3是圖1的P向帶傳動結(jié)構(gòu)布置圖。
圖4是帶輪箱底板和箱蓋面板形狀平面圖。
圖5是單機俯視圖。
圖6是圖5的H向的直立板缺口和連接板結(jié)構(gòu)圖。
圖7是下游方向位視多機排列布置包括泄洪閘門的平面示意圖。
圖8是圖7的Z向砼低壩座中間柱座結(jié)構(gòu)布置圖。
圖9是圖7的T向砼低壩座邊柱結(jié)構(gòu)布置圖。
圖10是圖7的M-M泄洪閘門的側(cè)面剖視圖。
具體實施方式
結(jié)合附圖，對本實用新型的實施例作以下說明。
看圖1，砼低壩座7頂面和下游水面之間有一個葉輪57圓徑的距離是水流出水下瀉的流程空間。葉輪57和葉輪59同置在水輪機座的下部位。帶輪箱3在水輪機側(cè)面板58的安裝，其箱的橫向?qū)挾仁前摧S頭雙輪疊裝帶輪31a、31b的空間定位。兩側(cè)帶輪箱3頂位同高度連接一橫檔4，在其上配發(fā)電機座板11安裝臥式發(fā)電機1；不安裝發(fā)電機1的水輪機座，此橫檔4同時存在。發(fā)電機1配置防護電機罩殼12，在此中心主軸2和發(fā)電機1的帶輪31同置輪罩殼35。在破切圖位，帶輪箱3內(nèi)葉輪57、59和中心主軸2的傳動帶32是平行軸布置，軸頭配裝可拆卸的并帶密封圈37的軸承座36，是為易損件替換操作的方便。中心主軸2在發(fā)電機1下方位，軸上的帶輪31e在中心主軸2配合發(fā)電機1可在單臺水輪機的橫檔4寬度范圍移動，調(diào)整發(fā)電機1在機座的位置。在機座頂部位，左、右各置的是鄰鄰傳遞力矩的連接軸21。
圖2的罩殼式水輪機5側(cè)面結(jié)構(gòu)剖視，機殼體由罩殼頂51、底殼板53、中隔板52、下隔板56、直立板54、側(cè)面板58、導(dǎo)流角55、前座直板511、葉輪57和葉輪59以上主體構(gòu)件組合。在對稱側(cè)面板58上有前、后兩位置葉輪57、59按各自位置和各自圓徑的孔洞。結(jié)合圖1，側(cè)面板58與帶輪箱3之間有一條空縫位，是側(cè)面板58上兩孔洞各疊裝的法蘭圈厚度，其內(nèi)徑相同于各圓徑孔洞，是橫置安裝的葉輪57、59裝拆的作業(yè)孔。葉輪57的法蘭圈位在向下游水面處切除的弧形缺口有利水流下瀉。
同在圖2，罩殼頂51從進水口端向下游方向傾斜彎曲，在前方位葉輪57位置上以該輪圓徑外圍造型。罩殼體內(nèi)的導(dǎo)流角55是上、下層水道的分界點，其延伸的中隔板52結(jié)構(gòu)造型相同于罩殼頂51的向下弧形彎曲，形成對葉輪57半個圓徑位沖擊水流的上層水道；導(dǎo)流角55折角底面向前傾斜轉(zhuǎn)上沿葉輪59約1/4圓徑的造型是一個不存水構(gòu)造，同時與底殼板53之間形成對葉輪59半徑圓沖擊水流的下層水道。葉輪59所處位置的沖擊水流轉(zhuǎn)半徑到下游方向，其下瀉水流對位葉輪57，在此段距離增設(shè)一層下隔板56的構(gòu)造形成水道，使葉輪57同時受兩股水流沖擊。但也使該下瀉水流產(chǎn)生出水阻力，此狀態(tài)使葉輪59在輪轉(zhuǎn)回上游方向時葉面510帶水；通過用下隔板56與中隔板52之間位置構(gòu)造一個與上、下層水道同寬的溢水道512，下斜出水口對位葉輪57上。當葉輪59從水道位轉(zhuǎn)到此處時，輪上留存的水量流進溢水道512，葉輪57同步轉(zhuǎn)動的沖擊水流對其產(chǎn)生一個空吸作用，促進溢水道512水量的下瀉。
同是圖2，兩葉輪57、59以圓徑面均分六頁葉面510，在受水面微凹入弧線造型，是加強水流沖擊葉面510的受水承載。對照圖1和圖5的破切圖位，輪寬是直線的構(gòu)造，輪圓徑按以上均等的葉面510分布數(shù)，當受水流沖擊時，總有圓徑轉(zhuǎn)動的受水葉面510對位水道沖擊水流。兩輪同后側(cè)方向位的輪半徑受水沖擊，是圓徑異面受力，產(chǎn)生的繞軸轉(zhuǎn)動效應(yīng)。葉輪59是以上游攔截水位深度壓強水流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)動能；葉輪57所處上層水道落差水流加之葉輪59下瀉的補充沖擊水流，同時輪徑大于葉輪59，因此，其輪的容積效率、水力效率和機械效率高于葉輪59。水輪機末端水流下瀉在葉輪57上，此位的暢通下瀉，輪上不存有回轉(zhuǎn)水量，在輪回轉(zhuǎn)到新水流注入，其轉(zhuǎn)動的力矩得以高效。以上兩葉輪57、59的效能比較，葉輪57是產(chǎn)生水輪機機械功率的主作用輪。水輪機座寬度以葉輪57、59受水沖擊的結(jié)構(gòu)強度為設(shè)計基礎(chǔ)，當以寬度大的構(gòu)造對水流的利用效益高。上述葉輪57、59的當此構(gòu)造，輪轉(zhuǎn)動的過水量大，在所處的低水頭水流條件下，產(chǎn)生的是低轉(zhuǎn)速，大轉(zhuǎn)矩的機械功率。
圖2結(jié)合圖3(此圖是卸掉帶輪箱3箱蓋面板33的圖示)，帶輪箱3似Z字形，從兩葉輪57、59位上升到機座頂部，箱圈寬度是按傳動帶32輪規(guī)格要求設(shè)定。在圈口，沿圈的邊形直角外翻拆邊是與相同Z字形的箱蓋面板33(看圖4)裝配的螺孔位置。箱底板33f緊貼側(cè)面板58法蘭圈，此位有與法蘭圈相同形狀造型(同在圖4)，使兩構(gòu)件沿圓徑的螺栓固定有相同的對位。帶輪箱3中葉輪57兩端軸頭各置裝單個帶輪31a，看圖1和圖5，往上順序到葉輪59帶輪31b傳遞給中心主軸2帶輪31c，兩端軸頭各是大、小輪徑搭配相疊是轉(zhuǎn)速遞增的配置(帶輪31c其中一輪是水輪機座鄰鄰傳遞輪)。葉輪57從第一輪位對葉輪59的增速傳動匹配，促使葉輪59的轉(zhuǎn)速提高，其下瀉水流流量增加，同步提高了葉輪57的轉(zhuǎn)速，相輔相成，達成兩輪一個穩(wěn)定的加速度。
在圖2看進水口頂部垂直置裝的直立板54，是上游水位及水位漲落高度攔截擋板，頂端和帶輪箱3平行同高，安裝發(fā)電機1的發(fā)電機座板11的另一側(cè)擱置在此板頂，直立板54在水流下游面有加固板結(jié)構(gòu)強度的斜撐61。結(jié)合圖5和圖6，直立板54橫寬兩邊延伸超過帶輪箱3，在進水口垂直的兩邊下伸到底殼板53上。此位寬度是相鄰水輪機座相互連接位，在水流下游面用連接板6均等搭接此位兩平行接縫的直立板54螺栓固定連體。相鄰的兩機座帶輪箱3之間留置的距離是操作傳動帶32的工作空間。
圖6上，直立板54頂部的方形缺口是擱置帶輪箱3的位置。再看圖2和圖5，連接軸座22向外凸安裝在此處直立板54位，此座是相跨在相鄰兩直立板54上均稱位置固定，連接軸21兩頭軸承座23支撐，該軸頭與中心主軸2兩相同圓徑帶輪31c、31d連接傳遞。結(jié)合圖3，帶輪箱3的Z字形上橫線位底面橫寬箱圈板延伸在連接軸座22底板螺栓緊固定位。
圖2加圖5說明長槽浮筒81整體中空長度的構(gòu)造形體，橫切面顯示其底面圓形，頂面平整，兩端是連接升降閘門8直桿83的桿套座83a，長度超出水輪機橫寬進水口。相同于浮筒長度的升降閘門8安裝在砼壩座并與斜撐62搭體的垂直U形槽軌82中，通過長度定位的直桿83連接浮筒，隨上游水位漲落自動調(diào)節(jié)升降。防污柵欄10設(shè)在進水口外升降閘門8之間，(圖6)其柵格以不影響進水口水量的要求制造。
看圖7，條形的砼低壩座7在岸各邊從壩頂直角上升的邊柱71構(gòu)造鑲嵌在河床岸體，按水輪機座的直立板54頂高定位，在泄洪閘門9與排列到此相鄰的水輪機之間構(gòu)筑一個各結(jié)構(gòu)安裝需要的中間柱座72。圖8、圖9是邊柱71的T向、中間柱座72的Z向的圖示，水輪機直立板54與兩柱座構(gòu)造體用螺栓的裝配固定機座。結(jié)合圖2的結(jié)構(gòu)剖視，在壩頂有一條柱位之間全長的梯形溝73，是水輪機座側(cè)面板58葉輪59位法蘭圈突出底殼板53以下安裝需要的留置空間，溝底有防積水的排水管74通向下游水體。水輪機座座落砼壩頂位在前座直板511和底殼板53的進水口處，前、后兩位置用螺栓間隔距離排列固定的方法安裝。圖7中的泄洪閘門9安裝在一側(cè)岸邊柱71和中間柱座72之間，對照M-M位的圖10剖視面，閘門體垂直兩邊位嵌入兩柱座上的U型導(dǎo)槽92內(nèi)，與閘門95同寬尺寸的圓形浮筒91在上游水面漂??；兩柱座側(cè)面對稱同時安裝圓柱腳96，杠桿93的一端在此位，浮筒兩端平面上用杠桿93另一端的浮筒套孔93a連接，閘門95頂部兩端圓柱頭95a套入在杠桿93中間支點位的槽形孔93b中，浮筒隨水位漲落升浮，控制閘門95開啟或閉合。在閘門95底部有防泄漏的圓形橡膠條94。圖示是浮筒控制閘門95開啟的臨界狀態(tài)，低于此水位時不對閘門95產(chǎn)生動作，只有當上漲水位高于此狀態(tài)，閘門95即產(chǎn)生開啟泄洪。配合檢修的需要下降水位，泄洪閘門9還可設(shè)置人工吊裝機構(gòu)操作浮筒對閘門95的開啟。配電室13在水輪機座排列連體的一面岸邊，是方便發(fā)電機1電纜的架設(shè)。
圖8、圖9中，排列到兩柱位的水輪機帶輪箱3，不存在中心主軸2相鄰機座的力矩傳遞，此處帶輪箱3中的順序傳遞到中心主軸2為止，直立板54上不需設(shè)方形缺口。帶輪箱3頂面的頂蓋板34根據(jù)箱體不同形狀設(shè)置，在相鄰水輪機座的頂蓋板34包括連接軸座22加兩帶輪箱3及距離空間是同一塊板蓋；兩柱位處的箱體頂面按其形狀各單獨設(shè)置。
本實用新型的上述機體部分構(gòu)造是整體裝配式結(jié)構(gòu)，當然也可以用整體式方法制造。
權(quán)利要求1.一種低水頭排列式水輪發(fā)電機，是利用小河、溪流水文條件，按河寬構(gòu)筑的砼低壩座上多臺排列安裝，形成低水位差，以水流全寬平推動各臺罩殼式水輪機同步做功，傳遞給發(fā)電機獲取電能，其特征在于所述的罩殼式水輪機(5)內(nèi)分上、下層水道，分別沖擊兩橫置葉輪(57)、(59)旋轉(zhuǎn)，在罩殼兩側(cè)的帶輪箱(3)中用傳動帶(32)順序傳遞力矩到中心主軸(2)，排列的各機中心主軸(2)兩端同用傳動帶(32)鄰鄰傳遞，轉(zhuǎn)矩匯集到中間位水輪機座上的發(fā)電機(1)帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，壩座設(shè)置自動調(diào)節(jié)水流量的升降閘門(8)和泄洪閘門(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低水頭排列式水輪發(fā)電機，其特征在于所述的罩殼式水輪機(5)從上游進水口向下游傾斜彎曲的罩殼頂(51)下，以導(dǎo)流角(55)分界延伸同向下斜弧形彎曲的中隔板(52)形成上層水道，導(dǎo)流角(55)折角與底殼板(53)之間形成下層水道沖擊葉輪(59)，在前、后兩葉輪(57)、(59)之間用下隔板(56)增設(shè)兩輪距離間的水道，使葉輪(57)同時受兩股水流沖擊，中隔板(52)和下隔板(56)其間構(gòu)造溢水道(512)是葉輪(59)輪轉(zhuǎn)回水在葉輪(57)沖擊水流對其空吸作用的促進下瀉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的低水頭排列式水輪發(fā)電機，其特征在于所述的葉輪(57)的圓徑大于葉輪(59)，兩輪同以圓徑均分六頁葉面(510)，受水面弧形微凹入，橫向直線相同于水輪機內(nèi)寬構(gòu)造，在機座前端位葉輪(57)低于在后葉輪(59)的高低差位置，兩輪軸頭各裝配在帶輪箱(3)帶有密封圈(37)的軸承座(36)上，兩輪同是后側(cè)半徑受水沖擊同方向旋轉(zhuǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低水頭排列式水輪發(fā)電機，其特征在于所述的帶輪箱(3)似z字形，從葉輪(57)、(59)位到機座頂部同高，傳動帶(32)從葉輪(57)單裝帶輪(31a)到葉輪(59)雙疊帶輪(31b)上升到機座上部中心主軸(2)雙疊帶輪(31c)，順序連接增速配置傳遞轉(zhuǎn)矩，通過中心主軸(2)中間段位帶輪(31e)同以增速配比到發(fā)電機(1)帶輪(31)上，中心主軸(2)的雙疊帶輪(31c)其中一個是連接連接軸座(22)的設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低水頭排列式水輪發(fā)電機，其特征在于所述的連接軸座(22)在兩相鄰排列的水輪機直立板(54)上游方向面頂部，框形座體外凸均位相跨安裝，座上置裝兩頭軸承座(23)支撐的連接軸(21)，各端軸頭的帶輪(31d)與中心主軸(2)雙疊帶輪(31c)其一輪圓徑相同配置傳遞。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低水頭排列式水輪發(fā)電機，其特征在于所述的升降閘門(8)在排列的各自水輪機進水口前，砼矩形壩座垂直面U型槽軌(82)上升降，用剛性直桿(83)連接在水面與閘門同寬的長槽浮筒(81)，通過浮筒隨水位升降控制閘門，上升減少流量，下降增大水流的自動調(diào)節(jié)進水口流量，使水輪機受水沖擊均勻，發(fā)電機(1)電壓平穩(wěn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低水頭排列式水輪發(fā)電機，其特征在于所述的泄洪閘門(9)在壩體與水輪機同高的邊柱(71)和中間柱座(72)之間，在兩柱座的圓柱腳(96)上安裝杠桿(93)一端，桿中間槽形孔(93b)套入在柱體U型導(dǎo)槽(92)開、合的閘門(95)頂部圓柱頭(95a)，桿的另一端浮筒套孔(93a)裝配與閘門(95)同寬的圓形浮筒(91)，是當河床水位瞬時上漲，在上游水面的浮筒上升，開啟閘門(95)泄洪的構(gòu)造裝置。
專利摘要本實用新型公開了一種低水頭排列式水輪發(fā)電機，是利用小河、溪流水文條件，在構(gòu)筑的砼低壩座上多臺排列安裝，以其低水位差，水流全寬平推動罩殼式水輪機分上、下層水道，對兩橫置葉輪沖擊做功，在罩殼兩側(cè)用傳動帶連接兩輪力矩，順序傳遞到中心主軸，排列的各機中心主軸端同用傳動帶鄰鄰傳遞，力矩匯集到中間位機座匹配的發(fā)電機做功發(fā)電，壩座設(shè)自動調(diào)節(jié)水流量的升降閘門和泄洪閘門，是開發(fā)利用淺水寬流水能資源發(fā)電的理想機型。
文檔編號F03B13/22GK2837542SQ20052004516
公開日2006年11月15日 申請日期2005年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月22日
發(fā)明者陳衛(wèi)國 申請人:陳衛(wèi)國