本發(fā)明涉及能源領(lǐng)域的一種水力發(fā)電裝置，具體涉及一種浮管式水力發(fā)電機(jī)。

背景技術(shù)：

水能是人類可利用的最古老的可再生能源之一。從流水中獲取能源發(fā)電的方式很多，有大壩式、引水式、潮汐等水電站，浮船、浮筒、波浪式發(fā)電機(jī)等等。已建電站大多屬于利用天然落差和流量，修建的大壩式電站。我國經(jīng)三次大的水力資源全國性普查，水能資源理論蘊(yùn)藏量694400mw，技術(shù)可開發(fā)的水能資源541640mw、經(jīng)濟(jì)可開發(fā)的水能資源401795mw。到目前中國水電總裝機(jī)容量已達(dá)到2.3億千瓦，水電資源開發(fā)利用率提高到34％。但還有大量的水力資源靠傳統(tǒng)方式很難有效利用。水電事業(yè)的快速發(fā)展，為國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)，也帶動了裝備制造業(yè)的繁榮。然而社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、能源需求飆升，繼續(xù)筑霸建站經(jīng)濟(jì)可開發(fā)水力資源有限；移民成本上升、自然生態(tài)改變、環(huán)境之爭等問題也日趨顯現(xiàn)。使傳統(tǒng)電站的發(fā)展逐漸陷入‘建’與‘?！膬呻y。立足于自然水力資源的高效利用，迫切需要多種效率高、成本低、親自然的能源轉(zhuǎn)換方式。

利用平流水原始流速發(fā)電的設(shè)備，在國內(nèi)外也相繼出現(xiàn)。類似浮船、浮筒等半浮于水面上的，支架式仿古水車型發(fā)電裝置開始大量復(fù)制。國內(nèi)在長江、黃河、都江堰等地都有過裝置安裝。但因其對水的流速要求高，發(fā)電量低，性價(jià)比、實(shí)用性都不甚理想，至今未見大范圍商品化推廣使用。因此目前急需開發(fā)一種高效實(shí)用，且在較低水流速度的情況下也能實(shí)現(xiàn)可靠發(fā)電的水力發(fā)電設(shè)備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種浮管式水力發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)在水流速度較低的情況下也能實(shí)現(xiàn)可靠發(fā)電，降低了發(fā)電機(jī)對水流本身的要求，適于大規(guī)模的推廣使用。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

浮管式水力發(fā)電機(jī)，包括浮升裝置、導(dǎo)流增速殼體、設(shè)置在導(dǎo)流增速殼體內(nèi)的發(fā)電機(jī)和葉輪，發(fā)電機(jī)的兩端沿水流方向分別設(shè)有前段椎體和后段椎體，后段椎體包括殼體，殼體內(nèi)設(shè)有增速器和機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，增速器的輸入軸穿過后段椎體并與葉輪連接，增速器的輸出軸與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸連接。

本發(fā)明的原理是：在采用本方案的發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電時(shí)，水流進(jìn)入到導(dǎo)流增速殼體內(nèi)并在導(dǎo)流增速殼體的作用下初次加速，經(jīng)初次加速后的水流作用在葉輪上并推動葉輪轉(zhuǎn)動，葉輪轉(zhuǎn)動的同時(shí)帶動與葉輪連接的增速器的輸入軸轉(zhuǎn)動，在增速器的增速作用下，增速器的輸出軸以高于輸入軸一定倍數(shù)的轉(zhuǎn)速帶動發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，從而使得發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸以較高的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明在使用時(shí)具有兩次提速的效果，一方面是利用導(dǎo)流增速殼體的增速效果增加作用在葉輪上的水流的速度，使得葉輪可以以較高的速度轉(zhuǎn)動，另一方面是利用增速器的增速效果，將葉輪的轉(zhuǎn)速作為增速器的輸入轉(zhuǎn)速，在經(jīng)過增速器的增速作用后，將增速后的轉(zhuǎn)速通過增速器的輸出軸作用在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，故最終作用在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)速經(jīng)過了較大倍數(shù)的提高，因此本發(fā)明的方案在水流速度較低的情況下也能實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的可靠發(fā)電，降低了發(fā)電機(jī)使用時(shí)對水流本身的需求，適于大規(guī)模的推廣應(yīng)用。

優(yōu)選的，增速器的增速倍數(shù)為5-10倍。若是該倍數(shù)取得過高，勢必增加增速器的體積，進(jìn)而會加大整個(gè)浮筒式發(fā)電機(jī)的體積，若是該倍數(shù)過小，則在一些水流速度較低的情況下，發(fā)電機(jī)的發(fā)電性能將受到影響，將增速器的增速倍數(shù)設(shè)置在5-10倍，是經(jīng)過多次的實(shí)地試驗(yàn)后確定的，經(jīng)過該倍數(shù)的加速后可以滿足絕大多數(shù)水流情況下發(fā)電機(jī)的使用。

優(yōu)選的，還包括將發(fā)電機(jī)固定在導(dǎo)流增速殼體上的電機(jī)支架，電機(jī)支架采用高分子材料制成，電機(jī)支架為三腳架，三腳架包括抱箍和三個(gè)支撐腳，抱箍套設(shè)在發(fā)電機(jī)的外殼上用于固定發(fā)電機(jī)，支撐腳為流線型結(jié)構(gòu)，支撐腳的截面為對稱翼型，后掠角為5-40°。將電機(jī)支架采用高分子材料制成，在滿足發(fā)電機(jī)安裝強(qiáng)度的條件下，能極大的降低電機(jī)支架的整體質(zhì)量，進(jìn)而使得整個(gè)結(jié)構(gòu)的重量減輕，同時(shí)將支撐腳設(shè)計(jì)為流線型，支撐腳的截面為對稱翼型，后掠角為5-40°，可減小三腳架對水流產(chǎn)生的阻力。

優(yōu)選的，發(fā)電機(jī)為三相無刷交流發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)可用于離網(wǎng)供電和并網(wǎng)供電。當(dāng)發(fā)電機(jī)用于離網(wǎng)供電時(shí)，將發(fā)電機(jī)的輸出端連接到外部的智能充電控制器，智能充電控制器具有最大功率跟蹤技術(shù)，可對外部的蓄電池充電，用電時(shí)由蓄電池通過逆變器逆變成220v50hz交流電后再使用，或?qū)l(fā)電機(jī)的輸出端經(jīng)電線直接連接到外部的控制逆變一體機(jī)，無需蓄電池，直接輸出380/220v50hz交流電，直接使用。當(dāng)發(fā)電機(jī)用于并網(wǎng)供電時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出端由經(jīng)電線連接到并網(wǎng)逆變器，將電能輸入(國家)電網(wǎng)，同時(shí)有補(bǔ)償性的供用戶使用。

優(yōu)選的，還包括頂端錐形螺栓，頂端錐形螺栓穿過前段椎體并將前段椎體固定在發(fā)電機(jī)的前端蓋上。采用頂端錐形螺栓將前段椎體固定在發(fā)電機(jī)的前段蓋上，使得前段椎體的安裝和拆卸均十分的方便。

優(yōu)選的，前段椎體采用高分子材料制成，且由注塑機(jī)注塑而成，發(fā)電機(jī)的外殼采用合金鋁材制成，后段椎體的殼體采用合金鋁材制成，前段椎體、發(fā)電機(jī)和后段椎體組成的外形整體為流線型。高分子材料和合金鋁材均是輕量化的材料，由此可降低整個(gè)裝置的重量，同時(shí)使得前段椎體、發(fā)電機(jī)和后段椎體組成的外形整體為流線型，減小水流經(jīng)過時(shí)的阻力。

優(yōu)選的，導(dǎo)流增速殼體包括導(dǎo)流增速殼體前段、導(dǎo)流增速殼體中段和導(dǎo)流增速殼體后段，導(dǎo)流增速殼體前段和導(dǎo)流增速殼體后段均為圓錐形結(jié)構(gòu)，導(dǎo)流增速殼體中段為圓環(huán)形結(jié)構(gòu)，導(dǎo)流增速殼體中段的一端與導(dǎo)流增速殼體前段圓錐形結(jié)構(gòu)的小端連接，導(dǎo)流增速殼體中段的另一端與導(dǎo)流增速殼體后段圓錐形結(jié)構(gòu)的小端連接，在導(dǎo)流增速殼體后段錐形結(jié)構(gòu)的大端還設(shè)有擋水圈。

當(dāng)水流進(jìn)入到導(dǎo)流增速殼體內(nèi)時(shí)，水流先在導(dǎo)流增速殼體前段流動，隨著水流在導(dǎo)流增速殼體前段內(nèi)的流動半徑逐漸減小，水流的動能將逐漸增大，經(jīng)加速后的水流作用在葉輪上推動葉輪旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)流增速殼體后段也為圓錐形結(jié)構(gòu)，使得水流在流出時(shí)能迅速的擴(kuò)散，前后段產(chǎn)生較大壓差，流經(jīng)導(dǎo)流增速殼體中段的水流流速大幅提高，同時(shí)在導(dǎo)流增速殼體后段錐形結(jié)構(gòu)的大端設(shè)置的擋水圈，可有效阻隔導(dǎo)流增速殼體后段外周水流產(chǎn)生的紊流和渦流，保證從導(dǎo)流增速殼體后段流出的水流的順暢性。

優(yōu)選的，浮升裝置包括若干個(gè)浮筒和浮筒支架，浮筒為圓筒結(jié)構(gòu)，浮筒位于進(jìn)水方向的一端采用半橢球型封頭，浮筒的另一端采用平面封頭，浮筒支架上設(shè)有浮筒抱箍，浮筒支架一端通過浮筒抱箍與浮筒連接，浮筒支架另一端與導(dǎo)流增速殼體連接，相鄰兩個(gè)浮筒之間通過浮筒桁架進(jìn)行連接。本方案采用浮筒來實(shí)現(xiàn)將整個(gè)裝置漂浮在水面的效果，同時(shí)將浮筒位于進(jìn)水方向的一端采用半橢球型封頭，由于浮筒在面向進(jìn)水方向的一端會經(jīng)常受到水流的沖擊，故半橢球型的封頭可增大受力的面積，提高了浮筒的使用壽命。

優(yōu)選的，在浮筒內(nèi)部填充有保麗龍小球，保麗龍小球的直徑為1-6mm。

優(yōu)選的，在導(dǎo)流增速殼體的進(jìn)水端還設(shè)有攔渣網(wǎng)，攔渣網(wǎng)由鋼絲焊接成錐形結(jié)構(gòu)，攔渣網(wǎng)錐形結(jié)構(gòu)的錐度為60-80°，攔渣網(wǎng)錐形結(jié)構(gòu)的大端與導(dǎo)流增速殼體連接，攔渣網(wǎng)錐形結(jié)構(gòu)的小端設(shè)有拉環(huán)。攔渣網(wǎng)可有效避免水流中的雜物進(jìn)入到導(dǎo)流增速殼體內(nèi)部而影響到發(fā)電機(jī)的正常工作。同時(shí)將攔渣網(wǎng)設(shè)置成錐形結(jié)構(gòu)，當(dāng)雜物被攔渣網(wǎng)擋住時(shí)，雜物可沿著錐形結(jié)構(gòu)下落，減少雜物在攔渣網(wǎng)上的堆積。

附圖說明

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說明：

圖1為本發(fā)明浮管式水力發(fā)電機(jī)的主視圖；

圖2為本發(fā)明浮管式水力發(fā)電機(jī)的左視圖；

圖3為本發(fā)明浮管式水力發(fā)電機(jī)的右視圖；

圖4為本發(fā)明浮管式水力發(fā)電機(jī)導(dǎo)流增速殼體的剖視圖。

說明書附圖中的標(biāo)記如下：導(dǎo)流增速殼體前段1、導(dǎo)流增速殼體中段2、導(dǎo)流增速殼體后段3、攔渣網(wǎng)4、浮筒抱箍5、浮筒支架6、浮筒7、浮筒桁架8、前固定耳9、后固定耳10、攔渣網(wǎng)固定孔11、電機(jī)支架12、前段椎體13、發(fā)電機(jī)14、后段椎體15、葉輪16、尾椎17、導(dǎo)線18、頂端錐形螺栓19。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。

如附圖1至附圖4所示，浮管式水力發(fā)電機(jī)，包括導(dǎo)流增速殼體，導(dǎo)流增速殼體材料為高分子材料，運(yùn)用注塑機(jī)在模具中壓塑而成，導(dǎo)流增速殼體的內(nèi)部為光滑軸對稱曲面，導(dǎo)流增速殼體從左到右依次包括導(dǎo)流增速殼體前段1、導(dǎo)流增速殼體中段2和導(dǎo)流增速殼體后段3，流增速殼體前段和導(dǎo)流增速殼體后段3均為圓錐形結(jié)構(gòu)，導(dǎo)流增速殼體中段2為圓環(huán)形結(jié)構(gòu)，導(dǎo)流增速殼體前段1的左端為圓錐形結(jié)構(gòu)的大端，右端為圓錐形結(jié)構(gòu)的小端并與導(dǎo)流增速殼體中段2的左端連接，導(dǎo)流增速殼體后段3的左端為圓錐形結(jié)構(gòu)的小端并與導(dǎo)流增速殼體中段2的右端連接，導(dǎo)流增速殼體后段3的右端為圓錐形結(jié)構(gòu)的大端并安裝有擋水圈。當(dāng)水流進(jìn)入到導(dǎo)流增速殼體內(nèi)時(shí)，水流先在導(dǎo)流增速殼體前段1流動，隨著水流在導(dǎo)流增速殼體前段1內(nèi)的流動半徑逐漸減小，水流的動能將逐漸增大，導(dǎo)流增速殼體后段3也為圓錐形結(jié)構(gòu)，使得水流在流出時(shí)能迅速的擴(kuò)散，前后段產(chǎn)生較大壓差，流經(jīng)導(dǎo)流增速殼體中段2的水流流速大幅提高，同時(shí)在導(dǎo)流增速殼體后段3錐形結(jié)構(gòu)的大端設(shè)置的擋水圈，可有效阻隔導(dǎo)流增速殼體后段3外周水流產(chǎn)生的紊流和渦流，保證從導(dǎo)流增速殼體后段3流出的水流的順暢性。在導(dǎo)流增速殼體前段1的左端還設(shè)有前固定耳9，在導(dǎo)流增速殼體后段3的右端還設(shè)有后固定耳10。

在導(dǎo)流增速殼體的內(nèi)部設(shè)有發(fā)電機(jī)14，發(fā)電機(jī)14位于導(dǎo)流增速殼體前段1，發(fā)電機(jī)14包括前端蓋、外殼、定子和轉(zhuǎn)子，發(fā)電機(jī)14上引出有導(dǎo)線18，發(fā)電機(jī)14的外殼采用合金鋁材制成，定子和轉(zhuǎn)子設(shè)置在外殼內(nèi)，發(fā)電機(jī)14通過電機(jī)支架12固定連接在導(dǎo)流增速殼體上，電機(jī)支架12采用高分子材料制成，電機(jī)支架12為三腳架，三腳架包括抱箍和三個(gè)支撐腳，抱箍套設(shè)在發(fā)電機(jī)14的外殼上用于固定發(fā)電機(jī)14，支撐腳為流線型結(jié)構(gòu)，支撐腳的截面為對稱翼型，后掠角為5-40°。將電機(jī)支架12采用高分子材料制成，在滿足發(fā)電機(jī)14安裝強(qiáng)度的條件下，能極大的降低電機(jī)支架12的整體質(zhì)量，進(jìn)而使得整個(gè)結(jié)構(gòu)的重量減輕，同時(shí)將支撐腳設(shè)計(jì)為流線型，支撐腳的截面為對稱翼型，后掠角為5-40°，可減小支撐腳對水流產(chǎn)生的阻力。

在發(fā)電機(jī)14的左端連接有前段椎體13，在發(fā)電機(jī)14的右端連接有后段椎體15，前段椎體13的成分為高分子材料，由注塑機(jī)注塑而成，其中前段椎體13的大端與發(fā)電機(jī)14連接，后段椎體15的大端也與發(fā)電機(jī)14連接，在將前段椎體13與發(fā)電機(jī)14進(jìn)行連接時(shí)，采用頂端錐形螺栓19，發(fā)電機(jī)14的前端蓋上開設(shè)有螺紋安裝孔，頂端錐形螺栓19穿過前段椎體13并將前段椎體13固定在前端蓋的螺紋安裝孔上。采用頂端錐形螺栓19將前段椎體13固定在發(fā)電機(jī)14的前段蓋上，使得前段椎體13的安裝和拆卸均十分的方便。

后段椎體15包括殼體，殼體采用合金鋁材制成，在殼體內(nèi)設(shè)有增速器和機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，機(jī)械密封結(jié)構(gòu)用于防止水流進(jìn)入到發(fā)電機(jī)14內(nèi)影響發(fā)電機(jī)14的工作，增速器的增速倍數(shù)為5-10倍，增速器的右端為輸入軸，增速器的左端為輸出軸，增速器的輸出軸與發(fā)電機(jī)14的轉(zhuǎn)軸進(jìn)行連接，而在增速器的輸入軸上連接有葉輪16，葉輪16的材料成分為高分子材料，運(yùn)用注塑機(jī)在模具中注塑而成，葉輪16的右端設(shè)有尾椎17，用于對葉輪16進(jìn)行軸向限位。當(dāng)水流作用在葉輪16上并推動葉輪16旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉輪16帶動增速器的輸入軸轉(zhuǎn)動，經(jīng)過增速器的增速作用后，增速器輸出軸將以輸入軸5-10倍的速度帶動發(fā)電機(jī)14的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，由此實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)14的發(fā)電。將增速器的增速倍數(shù)設(shè)置在5-10倍，是經(jīng)過多次的實(shí)地試驗(yàn)后確定的，經(jīng)過該倍數(shù)的加速后可以滿足絕大多數(shù)水流情況下發(fā)電機(jī)14的使用。

本實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)14為三相無刷交流發(fā)電機(jī)14，發(fā)電機(jī)14可用于離網(wǎng)供電和并網(wǎng)供電。當(dāng)發(fā)電機(jī)14用于離網(wǎng)供電時(shí)，將發(fā)電機(jī)14的輸出端連接到外部的智能充電控制器，智能充電控制器具有最大功率跟蹤技術(shù)，可對外部的蓄電池充電，用電時(shí)由蓄電池通過逆變器逆變成220v50hz交流電后再使用，或?qū)l(fā)電機(jī)14的輸出端經(jīng)電線直接連接到外部的控制逆變一體機(jī)，無需蓄電池，直接輸出380/220v50hz交流電，直接使用。當(dāng)發(fā)電機(jī)14用于并網(wǎng)供電時(shí)，發(fā)電機(jī)14輸出端由經(jīng)電線連接到并網(wǎng)逆變器，將電能輸入(國家)電網(wǎng)，同時(shí)有補(bǔ)償性的供用戶使用。

在導(dǎo)流增速殼體的上端還設(shè)有若干的浮筒7，每個(gè)浮筒7對應(yīng)設(shè)有一個(gè)浮筒支架6，浮筒支架6上設(shè)有浮筒抱箍5，浮筒支架6上端通過浮筒抱箍5與浮筒7連接，浮筒支架6另一端分別通過前固定耳9和后固定耳10連接在導(dǎo)流增速殼體上，浮筒7為圓筒結(jié)構(gòu)，在浮筒7內(nèi)部填充有保麗龍小球，保麗龍小球的直徑為1-6mm，在浮筒7左端位于進(jìn)水方向的一端采用半橢球型封頭，浮筒7的另一端采用平面封頭，由于浮筒7在面向進(jìn)水方向的一端會經(jīng)常受到水流的沖擊，故半橢球型的封頭可增大受力的面積，提高了浮筒7的使用壽命。相鄰兩個(gè)浮筒7之間還通過浮筒桁架8進(jìn)行連接。浮筒支架6、浮筒抱箍5和浮筒桁架8均為高分子材料制成。

在導(dǎo)流增速殼體前段1的左端還安裝有攔渣網(wǎng)4，攔渣網(wǎng)4由鋼絲焊接成錐形結(jié)構(gòu)，攔渣網(wǎng)4錐形結(jié)構(gòu)的錐度為60-80°，攔渣網(wǎng)4錐形結(jié)構(gòu)的大端設(shè)有螺栓，在將攔渣網(wǎng)4進(jìn)行固定時(shí)，螺栓插入導(dǎo)流增速殼體前段1的攔渣網(wǎng)固定孔11，由螺母緊固，攔渣網(wǎng)4錐形結(jié)構(gòu)的小端設(shè)有拉環(huán)。攔渣網(wǎng)4可有效避免水流中的雜物進(jìn)入到導(dǎo)流增速殼體內(nèi)部而影響到發(fā)電機(jī)14的正常工作。同時(shí)將攔渣網(wǎng)4設(shè)置成錐形結(jié)構(gòu)，當(dāng)雜物被攔渣網(wǎng)4擋住時(shí)，雜物可沿著錐形結(jié)構(gòu)下落，減少雜物在攔渣網(wǎng)4上的堆積。

最后說明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。