本發(fā)明涉及水流動力發(fā)電領(lǐng)域，特別是涉及一種能夠直接利用自然水流且能夠移動的水力發(fā)電機，不僅能夠充分地利用自然水流，還可以使發(fā)電機的保養(yǎng)和維修變得相對簡單和便利。

背景技術(shù)：

河流和洋流作為自然界最大的持續(xù)穩(wěn)定清潔可再生的能源，歷來受到世界各國的重視，在世界總發(fā)電量中，水力發(fā)電占有的比重僅次于火力發(fā)電。

迄今為止，人們比較普遍采用的水力發(fā)電機設(shè)備是通過筑壩方式，提高水位差，通過聚集的勢能來帶動水輪機發(fā)電。此外，原有的水力發(fā)電機即水輪機是固定在壩體之內(nèi)的，不可移動不方便維修。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明公開了一種無需利用水位差的自然水流動力發(fā)電機，包括發(fā)電單元、旋轉(zhuǎn)單元、分流單元、支承單元和導軌單元，其中，迎著水流方向順次安裝所述分流單元、旋轉(zhuǎn)單元和發(fā)電單元，且所述的分流單元與旋轉(zhuǎn)單元同心的固定連接在發(fā)電單元的功率輸入軸上，所述支承單元的一端固定連接在所述發(fā)電單元的本體上，另一端以可移動地方式支承在導軌單元上。

優(yōu)選地，所述發(fā)電單元的本體具有圓柱形外殼，其靠近旋轉(zhuǎn)單元的一端殼體表面為平面，其遠離旋轉(zhuǎn)單元的另一端接合有穹頂形圓弧尾端。

優(yōu)選地，在所述圓柱形外殼內(nèi)部側(cè)壁設(shè)有o型密封圈，在靠近所述功率輸入轉(zhuǎn)軸穿過所述圓柱形外殼的前蓋部分的內(nèi)部，設(shè)置有yx密封圈。

優(yōu)選地，所述分流單元為半圓錐形，所述半圓錐形的頂部迎著水 流方向，且所述的分流單元與旋轉(zhuǎn)單元同心的固定連接在發(fā)電單元的功率輸入軸上。

優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)單元為包括內(nèi)圈、外圈和多個葉片的螺旋盤式風葉結(jié)構(gòu)，所述葉片圍繞轉(zhuǎn)軸中心呈輻射狀地分別與所述內(nèi)圈和外圈固定連接，從與螺旋盤垂直的角度看去，任意一片葉片的前沿與相鄰葉片的后沿處于同一平面，并且在與水流方向垂直的平面上葉片之間沒有間隙。

優(yōu)選地，所述支承單元包括兩條倒t型支梁和沿對角線固定連接在二者之間的加強梁組成的框架結(jié)構(gòu)，所述兩條倒t型支梁的上端固定連接在發(fā)電單元的本體上，底端的橫向支架上連接有多個防水支承輪，可沿著導軌單元的導軌滑動。

優(yōu)選地，所述防水支承輪包括支承輪殼體和一端固定設(shè)置在殼體內(nèi)而另一端延伸出殼體以便與所述橫向支架連接的支承輪軸，其中，在所述支承輪軸延伸出殼體的內(nèi)部設(shè)有由o型密封圈、yx密封圈和密封蓋構(gòu)成的密封結(jié)構(gòu)，所述o型密封圈和yx密封圈設(shè)置在殼體內(nèi)壁上，所述密封蓋連接在支承輪軸上。

優(yōu)選地，所述發(fā)電單元、旋轉(zhuǎn)單元和分流單元圍繞所述轉(zhuǎn)軸對稱，并且所述發(fā)電單元圓柱形本體直徑與所述旋轉(zhuǎn)單元的內(nèi)圈直徑相同，為所述旋轉(zhuǎn)單元的外圈直徑的1/2—1/4。

優(yōu)選地，所述發(fā)電單元圓柱形本體的外殼直徑和所述旋轉(zhuǎn)單元的內(nèi)圈直徑為所述旋轉(zhuǎn)單元的外圈直徑的比例由河流的水流速度而決定，一般情況下是1/2—1/4，優(yōu)選為1/3。

優(yōu)選地，所述導軌單元固定在河岸壩體的內(nèi)側(cè)，或者內(nèi)置在為了發(fā)電專門在水流中心構(gòu)筑的順水流方向的壩體的兩側(cè)。

附圖說明

圖1示意性示出安裝在壩體上的本發(fā)明自然水流動力發(fā)電機的側(cè)面；

圖2為圖1所示自然水流動力發(fā)電機的后視圖；

圖3為本發(fā)明旋轉(zhuǎn)單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明分流單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明導軌單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明支承單元的腳輪結(jié)構(gòu)示意圖；和

圖7為本發(fā)明自然水流動力發(fā)電機的主機密封及螺旋盤分流帽安裝示意圖。

具體實施方式

現(xiàn)在參考如附圖中所示的一些實施例來詳細描述本發(fā)明。為了清楚起見，本文沒有具體描述本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的部件或結(jié)構(gòu)。另外，盡管結(jié)合特定實施例對本發(fā)明進行描述，但應(yīng)理解的是，該描述并不旨在將本發(fā)明限制于所描述的實施例。相反，該描述旨在覆蓋可包括在由所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的替換、改進和等同方案。

如圖1所示，本發(fā)明的自然水流動力發(fā)電機1包括發(fā)電單元10、旋轉(zhuǎn)單元20、分流單元30、支承單元40和導軌單元50。發(fā)電單元包括發(fā)電機主機的圓柱形本體11、平面的本體前蓋12和與本體前蓋12相對的穹頂型尾端13，發(fā)電機主機置于圓柱形本體11內(nèi)，其可以是通用的風力發(fā)電機主機或水力發(fā)電機主機，水力發(fā)電機主機的工作原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)與風力發(fā)電機主機相同，如果采用風力發(fā)電機主機，則需額外采取密封措施，例如yx密封圈和o型密封圈等。發(fā)電機的功率輸入轉(zhuǎn)軸14穿過發(fā)電機的本體前蓋12固定連接在螺旋盤式旋轉(zhuǎn)單元20的中心。

支承單元40包括前后設(shè)置的兩組倒t型支梁41和42，以及在二者之間沿對角線固定設(shè)置的加強梁43，用以提高支承單元的強度和沖擊抗力。該倒t型支梁41和42的上端通過焊接或螺栓接合等方式固定在發(fā)電單元本體11的下部，優(yōu)選地分別固定在發(fā)電單元本體11的前部和后部，支梁41和42的底部橫梁的兩側(cè)都分別設(shè)置了數(shù)對防水支撐輪46，以可移動地方式支承在導軌單元50的支承軌道51內(nèi)。

該支承軌道51通過軌道固定螺栓52被固定在壩體60上。在某些情況下，可以在建造壩體時，將支承軌道51內(nèi)嵌在壩體內(nèi)，從而提高支承軌道51和壩體之間的連接強度。

圖2為本發(fā)明的發(fā)電機的后視圖。如圖2所示，發(fā)電單元的本體11與旋轉(zhuǎn)單元20的圓盤形主體同軸安裝，倒t型支梁42支承在本體11上，其下端的橫向支架44上設(shè)有多個防水支撐輪46。

圖3為本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)單元20的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，螺旋盤式旋轉(zhuǎn)單元20包括內(nèi)圈21、外圈22和連接在二者之間的多個葉片23。所述內(nèi)圈21的中軸線、外圈22的中軸線以及發(fā)電機功率輸入轉(zhuǎn)軸14相重合，且內(nèi)圈21與發(fā)電機功率輸入轉(zhuǎn)軸14固定連接。葉片23分別圍繞發(fā)電機功率輸入轉(zhuǎn)軸14在內(nèi)圈21和外圈22之間呈輻射狀等間隔地分布。每個葉片的規(guī)格、形狀、尺寸是相同的。當葉片安裝在內(nèi)圈和外圈之間后，任意葉片的前沿與相鄰葉片的后沿在垂直角度上處于同一平面，所有葉片在垂直平面上無間隙，使得葉片整體覆蓋了其所占空域。能夠?qū)⑺碱I(lǐng)域流經(jīng)的水流動力全部加以利用，并以一定比例將其轉(zhuǎn)化為徑向動力，傳遞給功率輸入轉(zhuǎn)軸14，進而轉(zhuǎn)化為電力。

由于螺旋盤的內(nèi)外圈將全體葉片整合在一起形成一個整體，內(nèi)外圈以及任意一片葉片都是依靠整體的力量能夠?qū)⒆约旱男馨l(fā)揮到最大程度。只要葉片能夠達到足夠的抗拉強度，內(nèi)外圈的機械強度能夠保證螺旋盤直徑不發(fā)生變化，完全能夠抵御強大的水流沖擊力。

圖4示出分流單元30。如圖4所示，呈圓錐形的分流帽結(jié)構(gòu)，包括圓錐形部分31和直部32。圓錐形部分31的圓錐形頂端設(shè)置于發(fā)電機的最前端，直部32的橫截面為圓形，固定在螺旋盤的盤面內(nèi)圈21上。由于圓錐形頂端迎著水流方向，其錐度適于將所承受的水流平緩地分流，從而引導水流動力作用于螺旋盤。

圖5示出支承單元50。如圖5所示，支承單元50包括一對支承軌道51和52，允許支承單元40的防水支承輪46沿著所述軌道移動。其中，支承軌道51和52的底部為封閉結(jié)構(gòu)，其上設(shè)有固定螺栓孔52，以與水流方向垂直的方式通過螺栓53安裝固定在壩體之上。安裝時， 軌道與河床的距離必須保證旋轉(zhuǎn)單元的盤體與河床表面保持一定的距離，軌道的頂部在壩體水面以上部分相通以便發(fā)電機組的安裝與維修。

圖6為防水支承輪46的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖6所示，防水支承輪46包括支承輪殼體87和固定設(shè)置在殼體87內(nèi)的支承輪軸81和圍繞支承輪軸81設(shè)置的兩組軸承86。支承輪軸的一端固定在殼體87內(nèi)部，另一端延伸出殼體87以便固定連接在橫向支架44上。在兩組軸承86之間設(shè)有軸承隔墊85，避免軸承運動過程中相互摩擦。在支承輪軸81延伸出殼體87的內(nèi)部設(shè)有密封結(jié)構(gòu)，由o型密封圈82、yx密封圈83和密封蓋84構(gòu)成，其中o型密封圈82和yx密封圈83設(shè)置在殼體內(nèi)壁上，密封蓋84連接在支承輪軸81上。這種密封結(jié)構(gòu)能夠防止水流入支承輪內(nèi)。

圖7示出本發(fā)明的發(fā)電機主機的密封結(jié)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)單元和分流單元的安裝圖。如圖7所示，發(fā)電單元10的圓柱形外殼15具有一定的厚度，緊固螺釘栓18穿過前蓋12插入外殼15內(nèi)將二者進行固定連接，在連接處附近的外殼15內(nèi)部設(shè)有o型密封圈17，防止水流入密封結(jié)構(gòu)。功率輸入轉(zhuǎn)軸14在旋轉(zhuǎn)單元20帶來的驅(qū)動力作用下，驅(qū)動置于發(fā)電機本體11內(nèi)的發(fā)電機主機產(chǎn)生電力。因為功率輸入轉(zhuǎn)軸14被設(shè)置成穿過前蓋12的中心，進入螺旋盤內(nèi)圈部21，以便與其固定連接，在前蓋12與軸承16之間設(shè)置有圍繞功率輸入轉(zhuǎn)軸14的yx密封圈19，防止水通過功率輸入轉(zhuǎn)軸14與前蓋12之間的縫隙進入發(fā)電機本體。在螺旋盤面的中心設(shè)有緊固螺母31，其尺寸適于容納輸入轉(zhuǎn)軸14的具有螺紋的端部，這樣通過螺紋旋擰的方式，將輸入轉(zhuǎn)軸14與旋轉(zhuǎn)單元20連接起來。由于分流單元30的直部32的圓形截面直徑與螺旋盤面內(nèi)圈21的直徑相同，在輸入轉(zhuǎn)軸14與旋轉(zhuǎn)單元20彼此固定之后，將分流帽30底部中心的螺母通過旋擰的方式與輸入軸14作固定連接。

為實現(xiàn)最佳的導流效率，將分流帽的底部截面直徑、螺旋盤內(nèi)圈直徑和發(fā)電單元殼體直徑設(shè)置成相同，且為螺旋盤外圈直徑的1/4-1/2 之間，最好為1/3。

另外，為了減緩旋轉(zhuǎn)單元20的葉片轉(zhuǎn)動時引起發(fā)電單元10本體的湍動，在發(fā)電單元本體10的尾部為穹頂形圓弧尾端13的形式。

與現(xiàn)在通用的水力發(fā)電機即水輪機相比較，本發(fā)明的核心意義就在于無需攔河筑壩提高水位差就可以直接利用自然水流動力進行發(fā)電，而且可以連續(xù)的加以利用，這也使得利用洋流發(fā)電成為可能。只需將本發(fā)明所公開的發(fā)電機的支承軌道安裝或者內(nèi)置在河道兩側(cè)的堤岸內(nèi)側(cè)，或者安裝或者內(nèi)置在位于河流或洋流中間且沿著水流方向所構(gòu)建的壩體的兩側(cè)，將自然水流發(fā)電機螺旋盤迎著水流上游方向在支承軌道上安裝到位即可利用包括河流、洋流在內(nèi)的自然水流來發(fā)電?？朔爽F(xiàn)有水力發(fā)電設(shè)備需要攔河構(gòu)建大壩的不足，保留了河流的本來面貌，不會影響魚類等動物的洄游和遷徙，亦不會對附近的居民生活帶來影響，保護了生態(tài)環(huán)境。因此，本發(fā)明極大程度的拓寬了水流動力利用的范圍，自然環(huán)保節(jié)省建造成本。此外本發(fā)明還具有能量轉(zhuǎn)換率高、結(jié)構(gòu)簡單、維修方便等特點。

本發(fā)明涵蓋本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解的對本文示例性實施例所做的所有變更、替換、變化、更改和修改。同樣，在合適的情況下，所附權(quán)利要求涵蓋本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的對本文示例性實施例所做的所有變更、替換、變化、更改和修改。