專利名稱：江河水力動力裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種液力機械，具體是指一種安裝在江河里的水力動力裝置。
目前，利用水力作為動力來發(fā)電或是帶動機械作功，都要修筑攔河堤壩、引水渠一類水工建筑物，通過造成水流落差，將江河中水的勢能用水輪機轉(zhuǎn)變成機械能，再將此機械能通過發(fā)電機發(fā)電或是將此機械能直接帶動機械作功。這樣作的缺點是，只有在自然條件較好的很少地點才能修筑堤壩和水渠等水工建筑物，而江河中大量分布的分散水能卻無法利用；修筑攔河堤壩等水工建筑，工程浩大，工期很長，造價極高，見效很慢。此外還有其它缺點如淹沒農(nóng)田和森林，要搬遷和安置移民，不利于行船，一般地址邊遠，施工條件差，技術難度大，等等。
本實用新型的目的，是提供一種能利用大量分散水能、投資小、工期短、見效快的江河水力動力裝置，以帶動發(fā)電機發(fā)電或直接帶動機械作功。
這種新型水力動力裝置的設計方案是這樣的。該裝置包括集流管道部分和水輪機及傳動機構兩大部分，在集流管道部分的入口端裝有控制水流量的控制閥，集流管道部分下半部管壁上開有若干個沿管道走向的貫穿管壁與管內(nèi)相連通的增壓孔，水輪機及傳動機構部分裝在集流管道部分的出口端。本實用新型在使用時，集流管道部分應置于江河中水面以下(分沉式設計或浮式設計)，管道入口朝向上游，使得在集流道部分中匯集的大量流體，逐步提高動能加速流動，到達出口端時，流體已具有足夠的動能來推動水輪機，然后向下游流去。通過水輪機的流體，將部分能量交給水輪機，驅(qū)動水輪機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，再通過與轉(zhuǎn)子相連的傳動機構，繼而帶動發(fā)電機或其它機械工作。由于沿程損失，水輪機吸能，流體本身能量驟減，其壓力和速度下降，因此在一般情況下，流體從水輪機處很難繼續(xù)向下游流動，但本實用新型裝置由于設計了增壓孔，并且將水輪機裝在集流管道部分的出口端，因此情況大不相同。只要設計適當結構的增壓孔和水輪機轉(zhuǎn)子，就對流體具有較大的補能和導流作用，由于從集流管道部分流出的經(jīng)增壓的流體能量足夠，到達水輪機后，水輪機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，誘導水輪機周圍的流體環(huán)形流動，從而該處流體加速，壓力下降，于是集流管道部分出口端的流體與水輪機周圍流體的壓力差相對提高，滿足出口壓力條件，流體就能從水輪機處繼續(xù)向下游流動。根據(jù)江河中不同來流的速度，調(diào)節(jié)集流管道部分的入口端裝的控制閥，就可調(diào)節(jié)入口流量，以保證水輪機的恒功率運轉(zhuǎn)。
本實用新型裝置基本上不受地域限制，能適應不同江河的各種自然條件，裝設在江河中的任何位置，充分利用分散和低能頭的水流，集中推動水輪機，將其變成動力再發(fā)電或是直接推動其它機械作功，就像用透鏡聚集太陽能的效果一樣，可使我國豐富的水力資源得到充分、廉價的利用。本裝置結構簡單，根本不需花費修筑攔河堤壩等水工建筑物那樣多的資金，而且施工周期短，上馬見效快。一般水力發(fā)電裝置每千瓦裝機費為2200元人民幣，而采用本裝置再加上發(fā)電設備，每千瓦裝機費才1500元左右。采用本裝置，無需淹沒農(nóng)田和森林，無需搬遷和安置移民，不會妨礙船只的正常航行，容易施工安裝。
以下結合附圖和實施例對本實用新型加以更詳細說明。


圖1和圖2分別為本實用新型實施例1的正視圖和俯視圖；圖3和圖4分別為本實用新型實施例2的正視圖和俯視圖；圖5和圖6分別為本實用新型實施例3的正視圖和俯視圖。
參見
圖1和圖2，實施例1的集流管道部分由集流管(2)、整形管(3)、滯速管(4)依次連接而成，增壓孔(1)在集流管道部分的管壁上的分布密度、孔徑大小及孔心座標，視不同工作條件而定。集流管(2)的外形為四棱臺形，入口截面為矩形，出口截面為方形，上下壁面呈平行對稱，左右壁面沿流體流向呈對稱收縮，集流管(1)入口端安裝的控制閥(22)為蝶閥組，一組有六個，每個蝶閥由操作手柄，轉(zhuǎn)軸和閥葉組成，集流管(2)的腹腔內(nèi)可適當裝設立桿以加強結構的強度和剛度。整形管(3)的入口截面為方形，對稱收縮到出口端的截面呈圓形。滯速管(4)的外形是一個沿流體流向呈對稱擴大的圓臺形，其頂錐角一般以不大于6°為宜。水輪機及傳動機構具有一個支架(7)，支架(7)由四根縱桿(6)和六個橫向框架(5)構成，其中兩個橫向框架(5)與滯速管(4)的外壁相固連，在支架(7)上分別固定著兩個軸承架(17)，兩個軸承架(17)上分別裝有主軸軸承座(16)，一根水平布置的主軸(15)座落在兩個主軸軸承座(16)內(nèi)，在主軸(15)靠滯速管(4)出口端的軸頸上，用鍵固定著一個托盤(18)，在托盤(18)上用螺栓固定著輪機葉片(19)，并且使輪機葉片(19)的掃掠平面與滯速管(4)的出口端面相重合，以增強水輪機的工作效果。主軸(15)軸端還裝有壓圈(20)和固緊螺母(21)，以將輪機葉片(19)和托盤(18)軸向固緊。在支架(7)上還設裝有箱架(14)、豎直軸軸承座(11)和托架(10)，箱架(14)上固定有齒輪箱(13)，主軸(15)的另一端裝在齒輪箱(13)內(nèi)，托架(10)上裝有一個變速箱(9)，一根水平傳動軸(8)裝在變速箱(9)內(nèi)，一根豎直傳動軸(12)座落在豎直軸軸承座(11)內(nèi)，其一端伸進變速箱(9)內(nèi)，通過變速箱(9)的錐齒輪與水平傳動軸(8)相間接連接，豎直傳動軸(12)的另一端伸進齒輪箱(13)內(nèi)，通過齒輪箱(13)的錐齒輪與主軸(15)相間接連接。這樣，當水流從滯速管(4)出口端流出并推動輪機葉片(19)和托盤(18)轉(zhuǎn)動時，就能帶動主軸(15)，并通過齒輪箱(13)帶動豎直傳動軸(12)，再通過變速箱(9)帶動水平傳動軸(8)轉(zhuǎn)動，以最后帶動外接發(fā)電機或其它機械。
參見圖3和圖4，實施例2的集流管道部分由位于水輪機及傳動機構兩側(cè)的一長一短的兩部分組成，每部分又都包括有依次連接的集流管(2)、連接管(23)、加速管(24)及噴管(25)，兩部分的連接管(23)之間用橫梁(26)相連接。增壓孔(1)的設計原則類同于實施例1。上述各管(2，23，24，25)全部等高且各管截面均為矩形，集流管(2)和加速管(24)的外形均為四棱臺形，上下壁面呈平行對稱，左右壁面沿流體流向呈對稱收縮。集流管(2)入口端安裝的控制閥(12)仍為蝶閥組，每組蝶閥為兩個。連接管(23)和噴管(25)的截面均為等截面。為保證水輪機具有良好的工作效果，將噴管(25)的出口端面設計成部分圓柱面形狀，該部分圓柱面的母線平行于水輪機的輪轂(27)的母線，曲率中心線與輪轂(27)的相同，曲率半徑略大于輪機葉片(19)的葉尖掃掠半徑。本實施例的水輪機及傳動機構是這樣設計安裝的，從兩個加速管(24)上各伸出一個支架(7)，將兩個主軸軸承座(16)分別固定在支架(7)上下方，并將一根立式布置的主軸(15)座落在兩個主軸軸承座(16)內(nèi)，主軸(15)的一端與變速箱(9)相接，一根水平傳動軸(8)的一端伸進變速箱(9)內(nèi)，通過變速箱(9)的錐齒輪與主軸(15)相間接連接，在主軸(15)上固定有輻條(28)，輻條(28)上固連有輪轂(27)和蓋板(29)，輪機葉片(19)裝在輪轂(27)上。這樣，當水流從噴管(25)出口端流出推動輪機葉片(19)和輪轂(27)轉(zhuǎn)動時，就能帶動主軸(15)，再通過變速箱(9)帶動水平傳動軸(8)轉(zhuǎn)動，以最后帶動外接發(fā)電機或其它機械。
參見圖5和圖6，實施例3的集流管道部分由集流管(2)、加速管(24)及噴管(25)依次連接而成，增壓孔(1)的設計原則同于實施例1。上述各管道(2，24，25)全部等高且各管截面均為矩形，集流管(2)外形為四棱臺形，上下壁面呈平行對稱，左右壁面沿流體流向?qū)ΨQ收縮，集流管(2)入口端設置的控制閥(22)同實施例1。加速管(24)外形為四棱臺形，上下壁面沿流體流向呈對稱收縮，左右壁面呈平行對稱。噴管(25)的截面為等截面。為保證水輪機的工作效果，將噴管(25)的出口端面設計成部分圓柱面形狀，該部分圓柱面的母線平行于水輪機的主軸(15)的母線，曲率中心線與主軸(15)的相同，曲率半徑略大于輪機葉片(19)的葉尖掃掠半徑。本實施例的水輪機及傳動機構是這樣設計安裝的，它具有一個由三根縱桿(6)和一根橫桿(30)組成的支架(7)，其中三根縱桿(6)分別與加速管(24)和浮箱(31)相固連。在兩根縱桿(6)上各裝有一個主軸軸承座(16)，在另一根縱桿(6)上裝有變速箱(9)，水平布置的主軸(15)座落在兩個主軸軸承座(16)內(nèi)，通過變速箱(9)的錐齒輪與伸進變速箱(9)的水平傳動軸(8)相間接連接。在主軸(15)上固定有輻條(28)，輻條(28)上裝有輪機葉片(19)。水流從噴管(25)出口端流出推動輪機葉片(19)及帶動傳動機構時的工作原理，與實施例2相同。從圖6還可看到，在集流管道部分兩側(cè)，大體對稱地裝有浮箱(31)，浮箱(31)利用集流管道部分兩側(cè)作為共同壁板，節(jié)約了原材料。浮箱(31)的內(nèi)腔可以加放隔板和立桿。裝有浮箱(31)的浮式設計可使本實用新型裝置浮于水中而滿足某些工作場合的需要，浮箱的數(shù)量、形狀及容積大小設計，由平衡條件決定。未設置浮箱的設計為沉式設計。在一般情況下，上述實施例1和實施例2可設計成沉、浮兩種形式，實施例3通常為浮式，特殊條件下，才設計成沉式。沉式設計，在所有實施例中，都應加設適當高度和形式的底座，出口底板處應加裝出流地坡防護板。浮式設計則不需要設計底座，出流地坡防護板應根據(jù)淹水深度考慮，還應安設浮物防護網(wǎng)。
本實用新型裝置一般安裝在靠近江河兩岸的水域里，要求當?shù)匮退疃纫话愦笥?.6米，當?shù)亓魉僖话阍?.5米／秒以上。該裝置既可單機順流排列，又可群機跨江橫列，留出主航道的船只通道后，再在浮式裝置上設計搭板，或在沉式裝置上設計高程平臺，鋪設路面，就較為經(jīng)濟地架起一座渡橋。
權利要求1.一種屬于液力機械的江河水力動力裝置，其特征在于，它包括集流管道部分和水輪機及傳動機構兩大部分，在集流管道部分的入口端裝有控制水流量的控制閥(22)，集流管道部分下半部管壁上開有若干個沿管道走向的貫穿管壁與管內(nèi)相連通的增壓孔(1)，水輪機及傳動機構部分裝在集流管道部分的出口端。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，集流管道部分由集流管(2)、整形管(3)、滯速管(4)依次連接而成，其中滯速管(4)的外形是一個沿流體流向呈對稱擴大的圓臺形，水輪機葉片(19)的掃掠平面與滯速管(14)的出口端面相重合。
3.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，集流管道部分由位于水輪機及傳動機構兩側(cè)的一長一短的兩部分組成，每部分又都包括有依次連接的集流管(2)、連接管(23)、加速管(24)及噴管(25)，兩部分的連接管(23)之間用橫梁(26)連接，噴管(25)的出口端面為部分圓柱面形狀，該部分圓柱面的母線平行于水輪機的輪轂(27)的母線，曲率中心線與輪轂(27)的相同，曲率半徑略大于水輪機的輪機葉片(19)的葉尖掃掠半徑。
4.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，集流管道部分由集流管(2)、加速管(24)及噴管(25)依次連接而成，噴管(25)的出口端面為部分圓柱面形狀，該部分圓柱面的母線平行于水輪機的主軸(15)的母線，曲率中心線與主軸(15)的相同，曲率半徑略大于水輪機的輪機葉片(19)的葉尖掃掠半徑。
5.如權利要求1至4所述的裝置，其特征在于，控制閥(22)采用蝶閥組，每個蝶閥均由操作手柄、轉(zhuǎn)軸和閥葉組成。
6.如權利要求1至4所述的裝置，其特征在于，在集流管道部分兩側(cè)，大體對稱地裝有浮箱(31)。
專利摘要本實用新型屬于一種液力機械，它由集流管道部分和水輪機及傳動機構兩大部分構成，在集流管道部分入口端裝有控制閥，在集流管道部分下半部管壁上開有若干個沿管道走向的增壓孔，水輪機裝在集流管道部分出口端。該裝置可裝設在江河中任何位置，能將分散和低能頭的水流集中起來推動水輪機，變成動力后再發(fā)電或直接推動其它機械作功，從而使水力資源得到充分的利用。比較修筑攔河壩和引水渠一類水工建筑，該裝置投資小、工期短、見效快。
文檔編號F03B3/04GK2074374SQ9021584
公開日1991年4月3日 申請日期1990年9月10日 優(yōu)先權日1990年9月10日
發(fā)明者陳希賢 申請人:陳希賢