一种水利发电装置的制作方法

1.本发明涉及发电技术领域，具体涉及一种水利发电装置。


背景技术：

2.随着社会的不断发展，对能源的需求越来越大，作为主要能源来源的化石能源的矿藏量是有限的，终究有耗尽的一天，因此，解决能源问题对于人类的生存是至关重要的。
3.电是人们生活中不可或缺的，火力发电依然占据全球用电量的绝大部分，为减少化石能源-煤的消耗，现阶段已经有不少利用水资源、风能、太阳能以及其他新能源来进行发电的设备，其中，利用水资源进行发电主要是通过在河流上筑坝进行蓄水，然后再发电，筑坝的工程量大，历经工期较长，而且上游的水位会显著升高，可能淹没沿途的区域造成生态环境改变，沿途的上居民也需要迁徙至他处，费时费力。
4.因此，亟需提供一种不改变生态环境的前提下，能够连续利用水流进行发电的水利发电装置。


技术实现要素：

5.针对筑坝进行水利发电的弊端，本发明提供一种水利发电装置，在不需要筑坝的前提下，通过水流不断冲击与发电机传动设置的多个闸板组件产生驱动力，利用水流的机械能来驱动发电机的转子转动实现发电。
6.为解决上述技术问题，本发明提出一种水利发电装置，包括：
7.支撑架；
8.转动装配于所述支撑架顶部中心的转盘组件，所述转盘组件包括旋转轴、同轴设置于旋转轴顶端的转盘以及于转盘的径向上两两相对设置并向外延伸的多组中空横梁，所述旋转轴转动转配在支撑架顶部中心并竖直向下延伸，单个中空横梁远端分别固定设有框架；
9.通过变速齿轮箱与所述旋转轴底端传动连接的发电机；
10.与所述发电机电连接、用于向外输出电能的接线箱，所述接线箱固定设置于支撑架上；
11.分别设置于每个框架底部一侧的开合式闸板组件。
12.进一步地，单个所述框架由两个竖向设置的竖梁以及从下至上依次水平设置于两个竖梁之间的第一横梁、第二横梁和第三横梁组成。
13.进一步地，单个所述开合式闸板组件包括销轴以及两个分别铰接在销轴上的闸板，单个框架的第一横梁和第二横梁中部分别设有两个用于安装销轴的轴座，所述销轴的两端分别安装在两个轴座上，单个所述闸板背面顶端和底端分别设有梯形座，位于闸板顶端的梯形座上分别设有竖直向上延伸的第一限位销，位于闸板底端的梯形座上分别设有竖直向下延伸的第二限位销，铰接在同一销轴上两个闸板顶端的两个第一限位销之间以及底端的两个第二限位销之间分别设有导杆，所述导杆上套装有复位弹簧，所述导杆的两端分
别设有限位螺帽。
14.进一步地，单个框架的两个竖梁上还设有分别与第一限位销和第二限位销一一对应的限位座，单个所述限位座上分别设有限位凹槽。
15.进一步地，还包括与所述开合式闸板组件配合使用的限位渠，所述限位渠设置于开合式闸板组件转动路径上、闸板背面迎向水流方向的一侧，所述限位渠的两端分别为外“八”字型开口结构，所述闸板背面还分别设有一组滚轮。
16.进一步地，组成单个开合式闸板组件的两个闸板正面形成的最大角度为θ1、最小角度为θ2，其中120
°
≤θ1＜180
°
，0
°
≤θ2≤30
°
。
17.进一步地，所述支撑架的高度可调。
18.进一步地，还包括设置于转盘组件正上方的顶棚，所述转盘上设有与中空横梁数量对应的支柱，单个所述支柱分别固定在对应的中空横梁一侧，单个所述支柱顶部分别与对应中空横梁的远端通过斜支撑固定连接并形成与顶棚对应的伞骨，所述顶棚固定在伞骨上。
19.进一步地，所述支撑架与转盘之间还设有用于支撑转盘组件的筒状支撑，所述筒状支撑的底端固定在支撑架上、顶端均匀设有若干滚珠，所述转盘底部设有与若干滚珠对应的环形滑槽，若干所述滚珠分别位于环形滑槽内。
20.进一步地，还包括分别设置于每个框架顶部的多组风力辅助机构，单组所述风力辅助机构包括锥形桅杆以及两面帆，所述锥形桅杆竖直设置在第三横梁中部，每面所述帆分别固定装配在锥形桅杆的锥面与对应侧竖梁上，两面帆的正面之间形成有角度为θ3的钝角，每面帆上从上至下设有若干通风口，每面帆的正面、于每个通风口上方分别铰接一个迎风时能够遮挡各通风口的风页。
21.与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明无需筑坝来进行蓄水发电，直接将本发明的水利发电装置设置于水流中，通过水流连续不断地给两个闸板张开的开合式闸板组件施加推力，推动整个转盘组件转动，再通过变速齿轮箱增速后，输出给发电机进行发电。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本发明的整体结构示意图，
24.图2为图1的爆炸图，
25.图3为闸板组件6的结构示意图，
26.图4为转盘组件2的结构示意图，
27.图5为图4中ⅰ的局部放大图，
28.图6是在图1的基础上，移除了顶棚7和筒状支撑8后，本发明的结构示意图，
29.图7为图6的俯视图，
30.图8为图7中ⅱ的局部放大图，
31.图9是在图6的基础上，增加了限位渠10的本发明的结构示意图，
32.图10为图9中ⅳ的局部放大图，
33.图11为图9的俯视图，
34.图12为图11中
ⅴ
的局部放大图，
35.图13为设置有风力辅助机构7的本发明结构示意图，
36.图14为图13中ⅲ的局部放大图，
37.图15为图13的俯视图，
38.图16为单面帆92的结构示意图，
39.附图标记如下：
40.支撑架1，转盘组件2，旋转轴21，转盘22，中空横梁23，框架24，竖梁241，第一横梁242，第二横梁243，第三横梁244，轴座245，限位座246，限位凹槽2461，支柱25，斜支撑26，伞骨27，变速齿轮箱3，发电机4，接线箱5，开合式闸板组件6，销轴61，闸板62，梯形座63，第一限位销64，第二限位销65，导杆66，复位弹簧67，限位螺帽68，滚轮69，顶棚7，筒状支撑8，滚珠81，风力辅助机构9，锥形桅杆91，帆92，通风口921，风页93，限位渠10。
具体实施方式
41.为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
42.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
43.需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
44.此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
45.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
46.请参照图1至图16，本发明提供一种水利发电装置，包括支撑架1、转盘组件2、变速齿轮箱3、发电机4、接线箱5以及开合式闸板组件6，其中：
47.转盘组件2转动装配于支撑架1顶部中心，如图4、图5和图6，包括旋转轴21、同轴设置于旋转轴21顶端的转盘22以及于转盘22的径向上两两相对设置并向外延伸的多组中空横梁23，旋转轴21转动转配在支撑架1顶部中心，于支撑架1顶部中心应设有带座轴承，旋转
轴21转动装配在带座轴承内，旋转轴21底端贯穿带座轴承竖直向下延伸，中空横梁23于转盘22的径向上相对设置的每两个中空横梁23看作一组，为了保证转盘22转动时的平衡，所有中空横梁23还应于转盘22的一周均匀设置，中空横梁23远端(远离转盘22的一端)还分别固定设有框架24，优选的是，单个框架24由两个竖向设置的竖梁241以及从下至上依次水平设置于两个竖梁241之间的第一横梁242、第二横梁243和第三横梁244组成；
48.发电机4通过变速齿轮箱3与旋转轴21底端传动连接，旋转轴21底端与变速齿轮箱3的输入端固定连接，变速齿轮箱3的输出端与发电机4的转子固定连接，变速齿轮箱3具有变速功能，变速齿轮箱3将旋转轴21的转动传动给发电机4，使得发电机4的转子能够始终以不低于发电机4最低发电转速于定子中旋转来做切割磁力线运动，从而产生感应电势，实现将旋转轴21转动的机械能转化为电能；
49.接线箱5与发电机4电连接，通过将接线箱5外接用电设备或蓄电设备来实现向外输出电能，接线箱5固定设置于支撑架1上，本发明的水力发电装置主要是利用水的机械能，实际应用时，需要设置在有水流的水里，将本发明的水利发电装置设置在水位、水流均稳定的环境下，接线箱5可以直接外接变压器并入电网直接使用，若设置在水位、水流均不稳定的环境下，接线箱5就需要外接蓄电设备对电能先进行储存，然后再使用；
50.优选将支撑架1设计成高度可调的形式，可以将支撑架1的各个支撑腿设计为可升降的形式，也可以在支撑架1底部增加一个可升降的底座，采用油缸、气缸、丝杆等均能实现升降，具体结构形式本发明不做限定，并且还需要保证发电机4和接线箱5均应位于水面之上，必要时还应对发电机4和接线箱5分别作防水保护；
51.如图3、图4和图5，开合式闸板组件6包括销轴61以及两个分别铰接在销轴61上的闸板62，单个框架24的第一横梁242和第二横梁243中部分别设有两个用于安装销轴61的轴座245，销轴61的两端分别安装在两个轴座245上，单个闸板62背面顶端和底端分别设有梯形座63，位于闸板62顶端的梯形座63上分别设有竖直向上延伸的第一限位销64，位于闸板62底端的梯形座63上分别设有竖直向下延伸的第二限位销65，铰接在同一销轴61上两个闸板62顶端的两个第一限位销64之间以及底端的两个第二限位销65之间分别设有导杆66，导杆66上套装有复位弹簧67，导杆66的两端分别设有限位螺帽68，将本发明的水利发电装置设置在水流中，并将所有开合式闸板组件6均插入水流中，水流不断冲击两个闸板62的正面使二者张开，这样就不断产生推力，使转盘组件2以旋转轴21为轴进行连续转动，需要理解的是，迎向水流方向，水流作用于两个闸板62的正面时，二者张开，作用于闸板62的背面时，二者闭合；
52.具体的，如图7，每组中空横梁23远端的两个开合式闸板组件6中，其中一个的两个闸板62正面迎着水流而张开，另一个的两个闸板62则背面迎着水流而闭合，张开的两个闸板62受水流冲击的面积大、所产生的推力较大，而闭合的两个闸板62受水流冲击的面积小、所产生的推力较小，综合下来，两个推力的差值形成驱动转盘组件2转动的驱动力，随着转盘组件2转动，原本正面迎着水流而张开的两个闸板62会逐渐由正面迎向水流转动至背面迎向水流而闭合，而原本背面迎着水流而闭合的两个闸板62则会逐渐由背面迎向水流转动至正面迎向水流而张开，在转盘组件2转动过程中，各组中空横梁23远端的两个开合式闸板组件6会依次不断地产生驱动转盘组件2转动的驱动力，从而驱动转盘组件2连续转动，需要说明的是，两个闸板62正面迎着水流时，在水流的冲击力下，两个闸板62会张开，由于导杆
66以及设置于导杆66两端限位螺帽68的存在，两个闸板62在张开过程中，第一限位销64和第二限位销65外侧会分别被导杆66两端的限位螺帽68抵住，如图7，形成最大张开角度θ1，需保证最大张开角度θ1下，水流与两个闸板62的作用面积足够大以提供足够大的推力，优选120
°
≤θ1＜180
°
，为了确保水流冲击两个闸板62正面时，两个闸板62形成最大张开角度θ1的稳定性，在每个框架24的两个竖梁241上还设有分别与第一限位销64和第二限位销65一一对应的限位座246，单个限位座246上分别设有限位凹槽2461，如图8，第一限位销64和第二限位销65与限位座246的对应关系是，在水流的冲击下，闸板62的第一限位销64和第二限位销65会刚好抵在对应限位座246的限位凹槽2461内，实现对闸板62的限位；
53.两个闸板62背面迎着水流时，在水流的冲击力下，两个闸板62会闭合(注意：这里的闭合不一定完全闭合，可以形成有一定角度)，由于导杆66上复位弹簧67的存在，两个闸板62在闭合过程中，第一限位销64和第二限位销65内侧会分别被复位弹簧67的两端抵住，如图7，当复位弹簧67压缩到极值就形成最小闭合角度θ2，需保证最小闭合角度θ2下，水流与两个闸板62的作用面积足够小以减少与转盘组件2转动方向相反的推力，闭合的两个闸板62由背面迎向水流转动至正面迎向水流后，在复位弹簧67以及水流冲击下张开，两个闸板62的最小闭合角度优选0
°
≤θ2≤30
°
；
54.但是，只依靠水流的作用使两个闸板62闭合的最小角度达到0
°
比较困难，对复位弹簧67的选型，应用场景下水流大小以及开合式闸板组件6的其他设计都有严格要求，因此，为了保证开合式闸板组件6转动过程中，转动至两个闸板62的背面迎向水流时，能够轻松的闭合至0
°
从而能最大限度减小转盘组件2转动时的阻力，额外配置一个与开合式闸板组件6配合使用的限位渠10，如图9至图12，具体的，限位渠10设置于开合式闸板组件6转动路径上、闸板62背面迎向水流方向的一侧，限位渠10的两端分别为外“八”字型开口结构，闸板62背面还分别设有一组滚轮69，水流冲击张开的开合式闸板组件6来驱动转盘组件2转动，随着转盘组件2的转动，某张开的开合式闸板组件6于限位渠10进口端的外“八”字型开口结构开始向限位渠10内部转动，该开合式闸板组件6的两个闸板62背面的滚轮69分别与限位渠10的两侧壁上滚动，阻力非常小，经过限位渠10进口端的时，张开的两个闸板62会逐渐闭合至最小角度θ2，闭合过程中会压缩复位弹簧67，通过限位渠10的设置可以轻松实现开合式闸板组件6的闭合，闭合的开合式闸板组件6始终保持θ2的最小角度于限位渠10内转动，当转动至限位渠10出口端时，由于限位渠10出口端的外“八”字型开口结构，闭合两个闸板62在复位弹簧67的作用下会逐步张开，进一步转动至两个闸板62的正面迎向水流时，水流的冲劲会使两个闸板62进一步张开，直至最大角度θ1，由于限位渠10的存在，可以使两个闸板62完全闭合，背面迎向水流时，水流的作用力非常小，更加有利于驱动转盘组件2的转动；
55.还需要说明的是，配置有限位渠10的本发明水利发电装置也可以设置在有水流的岸边，可以直接在岸边挖掘与开合式闸板组件6转动轨迹以及深度均相应的弧形沟渠作为限位渠10使用，位于水流中的开合式闸板组件6将水流的机械能利用起来驱动转盘组件2转动，而岸上的开合式闸板组件6则位于限位渠10内，避免干涉；
56.通过水流连续不断的依次冲击两个闸板62张开的开合式闸板组件6，从而驱使转盘组件2以旋转轴21为轴进行连续转动，经过变速齿轮箱3的变速传动，驱动发电机4的转子始终以不低于发电机4的最低发电转速进行转动，最终实现将水流的机械能转化为电能，实
现水利发电。
57.为了对转盘组件2进行防护，在转盘组件2正上方还设置有顶棚7，如图1和图2，具体的，转盘22上设有与中空横梁23数量对应的支柱25，每个支柱25分别固定在对应的中空横梁23一侧，单个支柱25顶部分别与对应中空横梁23的远端通过斜支撑26固定连接并形成与顶棚7对应的伞骨27，顶棚7固定在伞骨27上，为了增加结构稳定性，每个支柱25顶部分别再固定在一个顶板上，形成闭环结构。
58.作为一种优选的实施方式，本发明还包括分别设置于每个框架24顶部的多组风力辅助机构9，如图13至图16在流水不断推动转盘组件2转动的过程中，可以通过风力辅助机构9进行助力，将一部分风能转化为机械能进行发电；
59.具体的，如图14，单组风力辅助机构9包括锥形桅杆91以及两面帆92，锥形桅杆91竖直设置在第三横梁244中部，每面帆92分别固定装配在锥形桅杆91的锥面与对应侧竖梁241上，两面帆92的正面之间形成有角度为θ3的钝角，如图15，优选135
°
≤θ3＜180
°
，这样能够更好的利用风能进行辅助，每面帆92上从上至下设有若干通风口921，每面帆92的正面、于每个通风口921上方分别铰接一个迎风时能够遮挡各通风口921的风页93，，实际设置时，应根据开合式闸板组件6的开合方向来确定风力辅助机构9的两面帆92正面的朝向，保证风力作用于风力辅助机构9上时，能够对本发明发电装置的转动带来增益；
60.需要理解的是，当单面帆92正面迎风时，风页93会在风的作用下贴在帆92上并将各通风口921给挡住，这样整面帆92就不会漏风，从而产生推力来辅助推动转盘组件2转动，当单面帆92背面迎风时，则各风页93会被风吹起，不会对各通风口921形成遮挡，整面帆92漏风，无法产生推力，就不会阻碍转盘组件2的转动；
61.当然，也可以采用其他的结构形式实现风力辅助发电。
62.另外，考虑到只通过旋转轴21对转盘组件2以及设置于转盘组件2上的其他部件进行支撑，可能存在稳定性不足，因此，在支撑架1与转盘22之间设有用于支撑转盘组件2的筒状支撑8，如图1和图2，筒状支撑8的底端固定在支撑架1上、顶端均匀设有若干滚珠81，转盘22底部设有与若干滚珠81对应的环形滑槽，若干滚珠81分别位于环形滑槽内，这样整个转盘组件2坐落在顶端设有若干滚珠81的筒状支撑8上，稳定性有保障，也不影响转盘组件2的转动。
63.工作原理：通过水流连续不断地给两个闸板62张开的开合式闸板组件6施加推力，推动整个转盘组件2转动，带动旋转轴21转动，再通过变速齿轮箱3增速后，输出给发电机4进行发电。
64.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。