[發明專利]利用河水自然流動發電的水輪機裝置

在審

• 申請號: 201711130449.X
• 申請日: 2017-11-15
• 公開（公告）號: CN108105012A
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發明（設計）人: 姚學詩
• 申請（專利權）人: 廣東白云學院
• 主分類號: F03B1/00
• 分類號: F03B1/00;F03B1/02;F03B1/04
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 曾旻輝

本發明公開了一種利用河水自然流動發電的水輪機裝置，包括水輪機及導水機構，水輪機包括轉輪、上端軸及下端軸，轉輪包括多片長輪葉、多片短輪葉及間隔設置的至少兩個輪盤，相鄰的兩個輪盤通過長輪葉及短輪葉連接，長輪葉與短輪葉均沿周向間隔設置于輪盤上，長輪葉與短輪葉圍成無中心軸空間，導水機構包括箱體及入口封板，箱體內沿豎直方向設置多層進水通道，入口封板用于封閉進水通道，箱體前端為進水口，箱體的后端設有與水輪機連通的弧形出水口，弧形出水口用于引導水流沖擊長輪葉及短輪葉。通過多層進水通道的分層進水及水輪機的無中心軸空間的設置方式，提高了發電效率。

技術領域

本發明涉及河流發電設備技術領域，特別是涉及一種利用河水自然流動發電的水輪機裝置。

背景技術

我國江河流域未開發的低水頭、微水頭、現有水電站下游可資利用的直接流動的水力資源亟待開發。從能源一資源一環境一體化來考慮，河水直接流動發電項目可避免建筑大壩，移民損失，更有益于生態環境。開發水力資源，綜合利用低成本的可再生能源，已經成為國內外學者研究的重要課題。

用于河水直接流動發電的水輪機中，貫流式、垂直軸螺旋型水輪機等在流量較低時發電，效率會大大降低，運行狀態不夠穩定，不能適應高效率發電，適用范圍有限。傳統的河水自然流動發電裝置，在基礎研究和工業運行等方面都存在流動的可控性差、水輪機效率低等問題，難以適應潮流變化及其流量較小時的水力發電需求。

發明內容

基于此，本發明在于克服現有技術的缺陷，提供一種發電效率高、結構簡單的利用河水自然流動發電的水輪機裝置。

其技術方案如下：

一種利用河水自然流動發電的水輪機裝置，包括水輪機及導水機構，所述水輪機包括轉輪、上端軸及下端軸，所述轉輪包括長輪葉、短輪葉及間隔設置的至少兩個輪盤，所述長輪葉、所述短輪葉均為多片，相鄰的兩個輪盤通過所述長輪葉及所述短輪葉連接，所述長輪葉與所述短輪葉均沿周向間隔設置于所述輪盤上，所述長輪葉與所述短輪葉圍成無中心軸空間，所述轉輪的頂層輪盤用于通過所述上端軸與發電機傳動連接，所述轉輪的底層輪盤用于通過所述下端軸豎立于水下基礎上，所述導水機構包括箱體及入口封板，所述箱體內沿豎直方向設置多層進水通道，所述入口封板用于封閉所述進水通道，所述箱體前端為進水口，所述箱體的后端設有與所述水輪機連通的弧形出水口，所述弧形出水口用于引導水流沖擊所述長輪葉及所述短輪葉。

上述利用河水自然流動發電的水輪機裝置，導水機構通過采用多層進水通道，可在流量變化時分段調節，通過依次關閉上層的入口封板，讓水從下層流道通過，并可適當提高水位，使得下層流道水流動能增大，提高對水輪機的轉輪的沖擊力，而水流進入轉輪后第一次沖擊轉輪的長輪葉與短輪葉，實現了第一次能量轉換，隨后水流由長輪葉與短輪葉之間的間隙進入無中心軸空間，由于沒有中心軸，水流在通過轉輪中部時水力損失減少，同時水流在長輪葉與短輪葉之間的間隙內流動空間增大，流速加快，使第一次沖擊葉片后的水流速度加快，并使得水流在通過無中心軸空間后，第二次沖擊長輪葉、短輪葉的動能增大，從而提高了發電效率。

進一步地，所述輪盤為多個，相鄰的兩個輪盤之間形成導流通道，所述轉輪上設有至少四個導流通道，所述導流通道與所述進水通道對應設置。

進一步地，所述短輪葉沿所述輪盤的徑向長度小于所述長輪葉沿所述輪盤的徑向長度，所述長輪葉與所述短輪葉的外側邊位于同一圓柱面上，所述長輪葉與所述短輪葉均為弧形葉片。

進一步地，所述轉輪直徑為0.5m～6m，所述轉輪的高度為0.5m～6m，所述長輪葉的弧面半徑與所述輪盤的直徑之比為1/3～2，所述長輪葉沿所述輪盤的徑向長度與所述輪盤的半徑之比為1/4～1/2，所述短輪葉沿所述輪盤的徑向長度與所述輪盤的半徑之比為1/5～1/3，所述長輪葉沿所述輪盤的徑向長度與所述短輪葉沿所述輪盤的徑向長度之比為5/4～5/2，所述長輪葉與所述短輪葉的數量之和為20～80。