专利名称：渠堰发电机组的制作方法
专利说明
一、技术领域本实用新型涉及水力发电装置，特别是利用储水浇灌系统主干渠堰的小落差大流量的水流来发电的装置。
二背景技术：
目前，一般是建筑堤坝提高水位或依山蓄势截流引水，利用水的大落差所蕴藏的能量采用水轮机来发电，它主要是利用水的势能做功来发电的。根据试验，只要渠堰中水的流速达到0.3米/秒、流量达到1m3/秒就蕴藏了0.4kw的电能，但其利用价值和效能不大。目前还没有一种专为利用沿主干渠堰这种低落差水流所蕴藏的流动能量来发电的设备。
三、实用新型内容本实用新型的目的是提供一种渠堰发电机组，以解决利用低落差水流稳定发电的问题。
本新型的目的是这样实现的一种渠堰发电机组，包括安装在转轴上的叶轮，传动机构，发电机，其特征在于，还具有横跨于渠堰之上安装的基座，机架铰接在基座上，所述叶轮经转轴安装在机架上；机架两侧下方还设有两个浮筒；每个浮筒均配置有水位调节机构连接杆下端固定在浮筒上，上端与筒体相固联，固定板固定在机架上，调节杆下部从固定板上的孔中穿出、与筒体螺旋连接。
所述每个浮筒前部还配置有另一个水位调节机构连接杆下端固定在浮筒上，上端伸入筒体中，上端的台肩上、下分别设有弹簧，固定板固定在机架上，调节杆下部从固定板上的孔中穿出、与筒体螺旋连接。
所述所有水位调节机构的筒体外还设有与机架固联的导向板。
所述所有水位调节机构的调节杆顶部安装有调节手柄，调节杆上设置有锁紧螺母。
上述技术方案基于以下考虑一般来说，在农村的许多地方都有灌溉农田的主干渠堰，水所流经的沿途渠堰都修建得比较规范，水的流量和流速也比较稳定，本新型就是利用其主干渠堰的这些有利条件，以流往田间前的灌溉之水所储在的动能来进行发电。为不占有耕地面积，采用了架设于渠堰之上的设计。
根据《电工手册》中用于落差发电的功率N与落差H和流量Q的关系式，即“N＝(6～7)HQ”的计算公式，经试验分析，在低落差水体流动过程中，式中H(落差)与V(流速)之间仍存在着这种数学关系，只是应根据试验进行修正，这是设计中非常重要的一步。具体设计是其主机架的具体尺寸和结构是根据渠堰的水文资料和渠道的形状尺寸来决定；叶轮是根据水流参数来设计，一般地说，水的流速和叶轮尺寸决定出叶轮的转速，水流量决定其出力大小为尽量利用水的流动能，我们对叶轮采用了弧形大叶面的结构设计。具体做法是在水渠上架设横跨渠道的基座，机架安装在基座的铰座上，机架支撑着转轴，转轴上安装叶轮，水流带动叶轮，叶轮带动转轴，转轴带动变速传动机构与发电机进行发电，电力经配电箱向外输出。由浮筒和水位调节机构组成的水位跟踪器安装在机架上，当水位发生变化时，浮筒也随之升降并带动机架绕铰链转动，从而保持叶轮的吃水深度基本不变。
本渠堰发电机组要靠规模效益，一般主干渠堰的长度达几公里到几十公里以上，在沿途每隔10米就可以安装一台这样的设备，有利于本新型发电机组沿渠多台安装。像风力发电多台并网一样，采取多台并网运行。因为所有的同一设计参数的设备都是安装在同一规范化的“渠堰”之上，即便水位发生一些小范围变化，本新型发电机组的水位跟踪器能自动调节并保持叶轮的吃水深度按预调要求不变，确保所有设备的转速趋于一致，使其发出的电源频率、电压、相位基本一致，这样给多电源并网创造了有利条件。要设计对水质无污染，节省土地。
本新型具有有益效果是1、能利用低落差水流稳定发电。
当主渠堰中水流速度达到2米/秒以上时，由于主干渠堰水的流量充足，水体的截面积大，利用其水体流动所产生的能量就能推动本新型发电机组进行发电。
如果流量不足、流量不稳定或负荷端发生变化时，现有水力发电机组是不能正常运转、不能发出稳定的电流。而本新型采用了水位调节机构来调整浮筒的吃水深度(转动调节手柄带动调节杆旋转、并沿螺纹方向推进筒体向下伸出或向上收缩，经连接杆与筒体连接的浮筒则随之向下伸出或向上收缩，从而改变浮筒吃水浓度)。因此，当流量或负荷端变化时，本新型通过调整浮筒吃水深度(正常情况下，浮筒随水位的升降而升降，并带动机架绕基座转动，从而保持叶轮吃水深度基本不变)，也即是高速叶轮的受力面(受水流作用面)的大小来相适应，最终发生稳定的电流。
2、本新型发电机组，适用于多台并联，因而能发生明显的经济效益。
本新型发电机组中设置了由浮筒和水位调节机构组成的水位跟踪器，它能自动调节并保持叶轮的吃水深度按预调要求不变，能确保并网的多台机组的转速趋于一致，使其发电的频率、电压、相位基本一致，为多台机组并网创造了有利条件。
四
图1是本新型的主视图(图中附件包括遮阳防雨棚和手动葫芦，因手动葫芦是常用工具，图中未画出)。
图2是图1所示本新型的俯视图(图中折线表示去掉附件中的部份遮阳雨棚)。
图3是图1所示本新型的左视图(图中曲线表示去掉渠堰局部侧面部分)。
图4是图1所示本新型的立体图。
图5是图3所示水位跟踪器的浮筒与水位调节机构的右视图。
图6是图5所示沿I-I线的剖面图(前水位调节机构)。
图7是图5所示沿II-II线的剖面图(后水位调节机构)。
图8是图4所示由浮筒和水位调节器组成的水位跟踪器的立体图(图中箭头表示水的流向)。
图中1.渠堰，2.基座，3.机架，4.叶轮，5.转轴，6.皮带传动机构，7.发电机，8.配电箱，9、9a浮筒，10.水位调节机构，11.限位组件，12.铰链，13.附件(防雨棚和手动葫芦)，14.筒体，15.连接杆，16.调节杆，17、17a弹簧，18.调节手柄，19.导向件，20.固定板，21.锁紧螺母。
五具体实施方式
图4示出(参见图1-3)，基座2横跨于渠堰1之上安装，机架3经铰链12铰接在机座2上，叶轮4经转轴5安装在机架上，叶轮焊接在转轴的六方形的管段上，转轴的其余管段是圆形，皮带传动机构6设置在转轴与发电机7之间，将转轴的转矩传递到发电机，带动发电机转动；两个浮筒9、9a位于机架两侧下方，浮筒是由铁皮包裹闭孔率在90％以上发泡体(如聚氨酯发泡材料)，发泡体表面被涂有防水胶的玻璃纤维所复盖。每个浮筒配套有两个水位调节机构(参见图8)，其中一个水位调节机构(后水位调节机构)为(见图7)连接杆15下端固定在浮筒上，较好地，连接杆下端焊接在金属圈上，金属圈套在浮筒上(图8)，连接杆上端与筒体14相固联，固定板20固定在机架上，调节杆16下部从固定板上的孔中穿出、与筒体螺旋连接；另一水位调节机构(后水位调节机构)如图6连接杆下端固定在浮筒上(较好地，连接杆下端焊接在金属圈上，金属圈套在浮筒上)，上端伸入筒体中，上端的台肩上、下位置分别设有弹簧17、17a，固定板20固定在机架上，调节杆16下部从固定板上的孔中穿出、与筒体螺旋连接(图6图7的差别仅在于一是零部件尺寸有差别；二是图6的连接杆是可伸缩的。此外，所有零部件均相同)。上述两种水位调节机构的筒体外还设有与机架固联的导向板19，且调节杆16的顶部安装有调节手柄18，调节杆上设置有锁紧螺母21。参见图4，机架上设有限位组件11动块固定在机架3上，作为定块的千斤顶安装在基座2上。
具体实施时首先要对水库及灌溉渠道的水文情况进行考察摸底，用修正了的公式“N＝(6～7)HQ”进行必要的测量计算，查对其所具备的开发利用价值。其次，对渠道的几何参数进行实地考察并测量。然后对其进行设计配套，并在渠堰之上建好安装基座。
当水沿图4所示箭头方向流动时，叶轮4被流水带动，转轴5旋转，继而通过皮带传动机构6，转速被增加至发电机7的要求值、进行发电，电源经配电箱8被送出。当渠堰中的水位发生波动时，浮筒9与机架3并通过固定在基座2上的铰链12配合，使其始终保持吃水深度不变。当水位下降超出设计要求时，被安装在机架上的限位组件11的动块与被安装在基座2的千斤顶(手动或电动)的定块相接触，机架不会继续下降。此时用人工或自动(带电瓶)的千斤顶将机架从水中提出。
安装调节水位跟踪器的吃水深度，应先根据设计按要求把水位跟踪器的浮筒与水位调节机构组装好，再把水位调节机构的固定板20与导向件19固定在机架3上，并对水位调节机构按需求进行细致调节，主要是转动(图6、图7)调节手柄18，带动调节杆16旋转并沿螺纹方向推进筒体14沿导向件19向下伸出或向上收缩，调好后转动锁紧螺母21进行固定。需注意，对图6所示水位调节机构调节时，要测量连接杆15的长度，尽量保持上、下两根弹簧17、17a受力基本一致。最终应使浮筒与水体流向保持一致即可。
为了克服渠堰水流在一定范围的涨落，引起发电时的电压波动问题而专门设计了水位跟踪器。为了解决水的流动能的负载特性问题，设计了弧形大叶面的叶轮，使其能最大限度地与水体的截面接触，这样做能使负载特性问题在一定范围内有所改善。为了解决各地渠堰宽度、深度和水流截面的不同所带来的大量设计，可以制成各种尺寸的结构设计表备香。本设计的转轴采用了六方形管材，以方便叶轮增减、更换和安装。
图中，发电机7与配电箱8市面上均有售，如果多台并网发电，就要权衡利弊，最好选用像多台风力发电的并网设备一样，因为其并网技术比较成熟。
本实用新型发电机组单台设备的发电量不大，仅能适合解决农村或小城镇一些有条件的个体用电问题，效益不明显。要采取多台并联才会产出明显的效益。
本实用新型发电机组的主体结构及原理可以保持基本不变，但其叶轮和结构件的尺寸要求根据当地渠堰的水文资料和渠堰的宽度、深度、水的流速进行局部的调控设计。
权利要求1.一种渠堰发电机组，包括安装在转轴上的叶轮，传动机构，发电机，其特征在于，还具有横跨于渠堰之上安装的基座(2)，机架(3)铰接在基座(2)上，所述叶轮(4)经转轴(5)安装在机架上；机架两侧下方还设有两个浮筒(9、9a)；每个浮筒均配置有水位调节机构连接杆(15)下端固定在浮筒上，上端与筒体(14)相固联，固定板(20)固定在机架上，调节杆(16)下部从固定板上的孔中穿出、与筒体螺旋连接。
2.根据权利要求1所述的发电机组，其特征在于，所述每个浮筒前部还配置有另一个水位调节机构连接杆(15)下端固定在浮筒上，上端伸入筒体中，上端的台肩上、下分别设有弹簧(17、17a)，固定板(20)固定在机架上，调节杆(16)下部从固定板上的孔中穿出、与筒体螺旋连接。
3.根据权利要求2所述的发电机组，其特征在于，所述所有水位调节机构的筒体外还设有与机架(3)固联的导向板(19)。
4.根据权利要求3所述的发电机组，其特征在于，所述所有水位调节机构的调节杆(16)顶部安装有调节手柄(18)，调节杆上设置有锁紧螺母(21)。
5.根据权利要求4所述的发电机组，其特征在于，所述机架上还设有限位组件(11)动块固定在机架(3)上，作为定块的千斤顶安装在基座(2)上。
6.根据权利要求5所述的发电机组，其特征在于，所述弧形大叶面的叶轮(4)焊接在转轴(5)的六方形的管段上，转轴的其余管段为圆形。
7.根据权利要求1-6任一权利要求所述的发电机组，其特征在于，所述浮筒(9、9a)是由铁皮包裹闭孔率在90％以上的发泡体，发泡体表面被涂有防水胶的玻璃纤维布所复盖。
8.根据权利要求7所述的发电机组，其特征在于，所述所有水位调节机构的连接杆(15)下端焊接在金属圈上，金属圈圈套固定在浮筒上。
9.根据权利要求8所述的发电机组，其特征在于，所述传动机构为皮带传动机构(6)。
专利摘要一种渠堰发电机组，包括传动机构和发电机，以及横跨于渠堰之上安装的基座，机架铰接在基座上，叶轮经转轴安装在机架上；机架两侧下方还设有两个浮筒；每个浮筒均配置有水位调节机构连接杆下端固定在浮筒上，上端与筒体相固联，固定板固定在机架上，调节杆下部从固定板上的孔中穿出、与筒体螺旋连接。它可利用渠堰中低落差水流、通过调节叶轮吃水深度、稳定地对外发电，并为多台机组并联入网创造了条件。
文档编号E02B9/00GK2858989SQ20062003279
公开日2007年1月17日 申请日期2006年1月13日 优先权日2006年1月13日
发明者曹英学, 李代学 申请人:曹英学