專利名稱：水輪發(fā)電裝置及水壩發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水利發(fā)電工程領(lǐng)域，尤其涉及一種水輪發(fā)電裝置及水壩發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
一、現(xiàn)有的水輪機(jī)只適用于庫容水力發(fā)電，而不能瀑布水力發(fā)電，我國乃至世界各地瀑布分布廣，水位落差大，水的勢能強(qiáng)，開發(fā)瀑布資源，利用瀑布水力發(fā)電，將極大的提供清潔能源，緩減能源不足，減少大氣污染，具有重大的戰(zhàn)略意義。二、現(xiàn)有的水輪機(jī)都建筑在壩體內(nèi)部，是利用水的壓強(qiáng)力產(chǎn)生動(dòng)能的，壩體內(nèi)水的力受到分解一種為壓強(qiáng)力，另一種為豎直向下的重力，而豎直向下的重力作用于水庫底部，于水庫底部向上的支持力相抵消。這樣的設(shè)計(jì)，喪失了自由落體運(yùn)動(dòng)的能量，因此現(xiàn)有的水輪機(jī)，水提供的動(dòng)能小，其產(chǎn)生的機(jī)械效率低。久遠(yuǎn)的古代，人們就知道水滴石穿的道理，人們就發(fā)現(xiàn)了這種巨大的能量，而科技如此發(fā)達(dá)的今天，卻不能把這種自由落體的能量運(yùn)用于水力發(fā)電行業(yè)中，這是對能源的踐踏。三、現(xiàn)有的水輪機(jī)都建筑在壩體內(nèi)，使壩體形成多個(gè)巨大的空洞，破壞了壩體的整體性，這樣空體式壩體結(jié)構(gòu)，突出了壩體的薄弱性，為了壩體更加堅(jiān)固，需額外增大壩體的寬度，額外增加水泥、石料、鋼材的用量，額外增加工程成本和造價(jià)，額外延長工程期限。四、現(xiàn)有的水輪機(jī)沒有水流量控制裝置和變速箱系統(tǒng)，水輪機(jī)轉(zhuǎn)速高，排水量大， 轉(zhuǎn)速高則水流速度大，做功后排出的水如萬馬奔騰，水的能量沒有充分轉(zhuǎn)化，極大的浪費(fèi)水資源。五、現(xiàn)有的水輪機(jī)都建筑在壩體內(nèi)，水輪發(fā)電機(jī)組的數(shù)量受壩體空間的制約，不會(huì)形成數(shù)百或數(shù)千發(fā)電電機(jī)組的規(guī)模態(tài)度，極大的局限了發(fā)電量。六、現(xiàn)有的水輪機(jī)都建筑在壩體內(nèi)，對于水輪機(jī)的安裝和維修十分不便。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種水輪發(fā)電裝置及壩體發(fā)電系統(tǒng)，提出一種壩體發(fā)電建筑結(jié)構(gòu)和更加有效的注水方式，使得水更具有自由落體運(yùn)動(dòng)的勢能，利用這種重力勢能使得水輪機(jī)動(dòng)力強(qiáng)，做功需水量小，機(jī)械效率高。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述一種水輪發(fā)電裝置，包括帶有進(jìn)水口和出水口的圓柱形水缸、引水管、水輪、出水管以及發(fā)電裝置，其中，所述引水管與該水缸的進(jìn)水口連接， 所述出水管與該水缸的出水口連接，且引水管豎直設(shè)置在水缸進(jìn)水口的切線方向上，引水管的延長線與出水管的延長線垂直；所述水輪設(shè)置在水缸內(nèi)，且同軸與外部的發(fā)電裝置相連接。優(yōu)選地，所述水輪發(fā)電裝置還包括設(shè)置在引水管靠近進(jìn)水口處的水流量控制裝置。優(yōu)選地，所述水缸由中空筒體以及中空筒體兩側(cè)的缸蓋構(gòu)成；所述水輪由中空輪體及分布在中空圓形輪體圓弧外壁上均勻分布的多個(gè)輪片構(gòu)成；所述水輪置于水缸內(nèi)以水流方向形成的空間為做功缸，另外形成的空間為滑翔缸；其中，在該中空輪體內(nèi)部中間位置上設(shè)有一中間實(shí)盤；所述水缸與水輪同軸設(shè)置。優(yōu)選地，所述水缸與水輪共用轉(zhuǎn)軸在每個(gè)缸蓋的內(nèi)外兩側(cè)各設(shè)一軸承，在所述中空輪體的圓弧面上設(shè)有為軸承散熱的水孔。優(yōu)選地，所述輪片的高度與中空輪體的半徑的比例為1 100-1 50，所述輪片的頂端面為圓弧面，且圓弧面與水缸內(nèi)壁面貼近。優(yōu)選地，在中空輪體圓弧外壁相鄰兩個(gè)輪片之間均勻加設(shè)多條副齒，且每條副齒的長度與輪片的長度相等。優(yōu)選地，所述水流量控制裝置由帶有水道的中空殼體、以及中空殼體內(nèi)起到開閉水道的推拉裝置構(gòu)成，其中，所述水道與引水管連接，所述推拉裝置由推拉桿和堵板構(gòu)成， 該推拉桿采用螺絲旋緊結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，所述發(fā)電裝置包括發(fā)電機(jī)和變速箱。優(yōu)選地，還需加設(shè)一個(gè)為軸承提供潤滑油的加油裝置為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述一種水壩發(fā)電系統(tǒng)，至少包括壩體及水輪發(fā)電裝置， 所述水輪發(fā)電裝置為上述的水輪發(fā)電裝置，在所述壩體外設(shè)置至少一個(gè)水輪發(fā)電裝置，其中，在壩體頂端設(shè)置一橫管，該橫管的一端通至壩體水平面內(nèi)，另一端與所述水輪發(fā)電裝置的豎直引水管相連。本發(fā)明的有益效果為1、本發(fā)明拓寬了水力發(fā)電的技術(shù)領(lǐng)域，不僅適用于庫容水力發(fā)電，并且適用于瀑布發(fā)電；2、本發(fā)明改變了水庫大壩的空洞式結(jié)構(gòu)，建筑在壩體的外部，不破壞壩體的整體性，使得壩體更加牢固，因此可減少壩體的寬度，減少水泥、石料和鋼材的用量，減少工程成本和造價(jià)，減少工程期限；3、本發(fā)明改變了水輪機(jī)的注水方式，把水通過引水管豎直引入到水輪機(jī)缸體內(nèi)， 使水具有自由落體運(yùn)動(dòng)的勢能，因此產(chǎn)生的機(jī)械效率更高；4、本發(fā)明可人為地增加水的勢能，首先增大引水管的橫截面積，使引水管內(nèi)水的儲(chǔ)量更多，水的自重更大，水的勢能更強(qiáng)，因此產(chǎn)生的機(jī)械效率更高；5、本發(fā)明擺脫了壩體空間的制約，極易形成成百上千的發(fā)電機(jī)組的規(guī)模態(tài)勢；6、本發(fā)明可靈活調(diào)節(jié)注水量，使水輪機(jī)達(dá)到額定功率下的較好轉(zhuǎn)速；7、本發(fā)明易于安裝和維修。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例所述水輪發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例所述水輪發(fā)電裝置的剖視圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例所述水流量控制裝置的剖視圖；圖4是圖中A的放大圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例所述水壩發(fā)電系統(tǒng)的簡易示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。如圖1-2所示，本發(fā)明實(shí)施例所述一種水輪發(fā)電裝置，包括帶有進(jìn)水口和出水口的圓柱形水缸1、引水管2、水輪、出水管3以及發(fā)電裝置，其中，所述引水管與該水缸的進(jìn)水口連接，所述出水管與該水缸的出水口連接，且引水管豎直設(shè)置在水缸進(jìn)水口的切線方向上，引水管的延長線與出水管的延長線垂直；所述水輪設(shè)置在水缸內(nèi)，且同軸與外部的發(fā)電裝置相連接，所述發(fā)電裝置包括發(fā)電機(jī)4和變速箱5。所述水輪發(fā)電裝置還包括設(shè)置在引水管靠近進(jìn)水口處的水流量控制裝置6。首先對水缸與水輪的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說明所述水缸由中空筒體7以及中空筒體7 兩側(cè)的缸蓋8構(gòu)成，采用該筒體與缸蓋分離結(jié)構(gòu)是為了方便安裝水輪。當(dāng)安裝時(shí)可對筒體與缸蓋的連接處進(jìn)行密封條或者密封膠進(jìn)行密封，防止水缸內(nèi)水外泄。所述水輪由中空圓形輪體9及分布在中空圓形輪體9圓弧外壁上均勻分布的多個(gè)輪片10構(gòu)成；所述水輪置于水缸內(nèi)以水流方向形成的空間為做功缸，另外形成的空間為滑翔缸，做功缸是由進(jìn)水、做功、排出完成做功過程的，而滑翔缸不進(jìn)水則不做功。其中，在該中空輪體內(nèi)部中間位置上設(shè)有一中間實(shí)盤18 ；所述水缸與水輪同軸設(shè)置。由于大量水自由落下的沖擊力很強(qiáng)，因此水輪內(nèi)部加設(shè)一個(gè)中間實(shí)盤，使得水輪在水沖擊轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)保證其不易受到強(qiáng)烈沖擊而損壞， 增強(qiáng)了水輪的承受能力，使其能夠穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)，保證發(fā)電效率。為了增加水輪轉(zhuǎn)動(dòng)的穩(wěn)定性與耐用性，所述水缸與水輪共用轉(zhuǎn)軸在每個(gè)缸蓋的內(nèi)外兩側(cè)各設(shè)一軸承11，內(nèi)外兩個(gè)軸承，使轉(zhuǎn)軸能夠很穩(wěn)定的轉(zhuǎn)動(dòng)，受力均勻，增強(qiáng)其耐用性。 另外，當(dāng)水輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，勢必會(huì)使得轉(zhuǎn)軸與軸承的接觸處摩擦生熱。因此，如圖4所示，為了使得其能夠很好的散熱，在所述中空輪體的圓弧面上設(shè)有為軸承散熱的水孔12。該水孔的位置應(yīng)該設(shè)置在正對軸承的輪體圓弧面上，該水孔不易太多，能夠保證水進(jìn)入輪體內(nèi)部，灑落到軸承上即可，最后通過離心力的作用從另外的小孔中甩出。為了增加轉(zhuǎn)軸的耐磨性，可在軸承的位置上設(shè)置一個(gè)加油裝置，提高轉(zhuǎn)軸的潤滑性，保證其壽命。由于輪片在頂端附近的位置所受到的力矩較大，其產(chǎn)生的功最大。而如果輪片過大，力矩小的位置產(chǎn)生的功太小，而且會(huì)增強(qiáng)水的流出量，影響發(fā)電效率。因此，所述輪片的高度與中空輪體的半徑的比例為1 100-1 50，所述輪片的頂端面為圓弧面，且圓弧面與水缸內(nèi)壁面貼近。輪片與水缸內(nèi)壁的縫隙較小，會(huì)增大水沖擊力，利于水輪做功。水輪受到水流沖擊，輪片進(jìn)行做功，對于相鄰輪片其他的部分不會(huì)做功，而且還會(huì)造成水流的浪費(fèi)，因此，為了額外的增加做功量，在中空輪體圓弧外壁相鄰兩個(gè)輪片之間均勻加設(shè)多條副齒13，且每條副齒的長度與輪片的長度相等。多條副齒在受到水流沖擊的動(dòng)能可額外的增加水輪機(jī)的機(jī)械效率。再次，對水流量控制裝置進(jìn)行詳細(xì)說明如圖3所示，所述水流量控制裝置由帶有水道的中空殼體14、以及中空殼體14內(nèi)起到開閉水道15的推拉裝置構(gòu)成，其中，所述水道與引水管連接，所述推拉裝置由推拉桿16和堵板17構(gòu)成，該推拉桿采用螺絲旋緊結(jié)構(gòu)。 水流量控制裝置在使用時(shí)，首先旋轉(zhuǎn)推拉桿，使得堵板將水道關(guān)閉，使引水管內(nèi)的水進(jìn)行蓄水，讓蓄水完畢后，打開水道，大量的水自由下落到水缸內(nèi)沖擊輪片，帶動(dòng)水輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使水的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。本發(fā)明的工作原理為首先通過水流量控制裝置關(guān)閉引水管水道，使水注滿引水管，然后打開水道，使得大量的水柱沖擊水缸內(nèi)的輪片，帶動(dòng)水輪轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)同軸帶動(dòng)發(fā)電裝置進(jìn)行發(fā)電，使水的勢能和動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，同時(shí)完成發(fā)電。在該過程中，水流在做功缸內(nèi)完成動(dòng)水做功，是由進(jìn)水、做功、排水完成做功過程的，在滑翔缸內(nèi)無水不做功。如圖5所示，為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述一種水壩發(fā)電系統(tǒng)，至少包括壩體19及水輪發(fā)電裝置，所述水輪發(fā)電裝置為上述的水輪發(fā)電裝置，在所述壩體外設(shè)置至少一個(gè)水輪發(fā)電裝置，其中，在壩體頂端設(shè)置一橫管20，該橫管的一端通至壩體水平面內(nèi)，另一端與所述水輪發(fā)電裝置的豎直引水管相連。該水輪發(fā)電裝置不光是用在水壩中，還可以用在瀑布中，合理開發(fā)瀑布的水能。以上，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求所界定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種水輪發(fā)電裝置，其特征在于，包括帶有進(jìn)水口和出水口的圓柱形水缸、引水管、 水輪、出水管以及發(fā)電裝置，其中，所述引水管與該水缸的進(jìn)水口連接，所述出水管與該水缸的出水口連接，且引水管豎直設(shè)置在水缸進(jìn)水口的切線方向上，引水管的延長線與出水管的延長線垂直；所述水輪設(shè)置在水缸內(nèi)，且同軸與外部的發(fā)電裝置相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水輪發(fā)電裝置，其特征在于，所述水輪發(fā)電裝置還包括設(shè)置在弓I水管靠近進(jìn)水口處的水流量控制裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水輪發(fā)電裝置，其特征在于，所述水缸由中空筒體以及中空筒體兩側(cè)的缸蓋構(gòu)成；所述水輪由中空輪體及分布在中空圓形輪體圓弧外壁上均勻分布的多個(gè)輪片構(gòu)成；所述水輪置于水缸內(nèi)以水流方向形成的空間為做功缸，另外形成的空間為滑翔缸；其中，在該中空輪體內(nèi)部中間位置上設(shè)有一中間實(shí)盤；所述水缸與水輪同軸設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水輪發(fā)電裝置，其特征在于，所述水缸與水輪共用轉(zhuǎn)軸在每個(gè)缸蓋的內(nèi)外兩側(cè)各設(shè)一軸承，在所述中空輪體的圓弧面上設(shè)有為軸承散熱的水孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水輪發(fā)電裝置，其特征在于，所述輪片的高度與中空輪體的半徑的比例為1 100-1 50，所述輪片的頂端面為圓弧面，且圓弧面與水缸內(nèi)壁面貼近。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水輪發(fā)電裝置，其特征在于，在中空輪體圓弧外壁相鄰兩個(gè)輪片之間均勻加設(shè)多條副齒，且每條副齒的長度與輪片的長度相等。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水輪發(fā)電裝置，其特征在于，所述水流量控制裝置由帶有水道的中空殼體、以及中空殼體內(nèi)起到開閉水道的推拉裝置構(gòu)成，其中，所述水道與引水管連接，所述推拉裝置由推拉桿和堵板構(gòu)成，該推拉桿采用螺絲旋緊結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水輪發(fā)電裝置，其特征在于，所述發(fā)電裝置包括發(fā)電機(jī)和變速箱。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水輪發(fā)電裝置，其特征在于，加設(shè)一個(gè)為軸承提供潤滑油的加油裝置。
10.一種水壩發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，至少包括壩體及水輪發(fā)電裝置，所述水輪發(fā)電裝置為上述權(quán)利要求1-9中任一權(quán)利要求所述的水輪發(fā)電裝置，在所述壩體外設(shè)置至少一個(gè)水輪發(fā)電裝置，其中，在壩體頂端設(shè)置一橫管，該橫管的一端通至壩體水平面內(nèi)，另一端與所述水輪發(fā)電裝置的豎直引水管相連。
全文摘要
本發(fā)明公開一種水輪發(fā)電裝置，包括帶有進(jìn)水口和出水口的圓柱形水缸、引水管、水輪、出水管以及發(fā)電裝置，其中，所述引水管與該水缸的進(jìn)水口連接，所述出水管與該水缸的出水口連接，且引水管豎直設(shè)置在水缸進(jìn)水口的切線方向上，引水管的延長線與出水管的延長線垂直；所述水輪設(shè)置在水缸內(nèi)，且同軸與外部的發(fā)電裝置相連接。本發(fā)明提供一種水輪發(fā)電裝置及壩體發(fā)電系統(tǒng)，提出一種壩體發(fā)電建筑結(jié)構(gòu)和更加有效的注水方式，使得水更具有自由落體運(yùn)動(dòng)的勢能，利用這種重力勢能使得水輪機(jī)動(dòng)力強(qiáng)，做功需水量小，機(jī)械效率高。
文檔編號F03B15/20GK102562421SQ20121001030
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月13日
發(fā)明者高宏亮 申請人:高宏亮