一种水动能转化装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及能量转化机械领域，具体而言，涉及一种水动能转化装置。水动能转化装置包括螺线涡轮机、发电机和底座；螺线涡轮机包括旋转部；旋转部为圆锥体，圆锥体上设置有螺旋槽，圆锥体底部与发电机转动轴连接；发电机设置在底座上。本实用新型水动能转化装置，将旋转部设置为圆锥体，圆锥体上设置有螺旋槽，水从螺旋槽通过时推动圆锥体状的旋转部转动，从而将水动能转换为旋转动能，旋转部上连接发电机，再将旋转动能转换为电能输出。旋转部上使用螺旋槽代替叶片，彻底解决叶片在旋转时将随着管道进入的鱼类等水生动物全部打死，且减小了体积，实现了不占地、不取水、不断流，降低了运行和维护成本。
【专利说明】一种水动能转化装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及能量转化机械领域，具体而言，涉及一种水动能转化装置。
【背景技术】
[0002]小水电是国际公认的绿色可再生能源，其原理是通过水轮机将水能转化为机械能，再驱动发电机将机械能转化为电能。
[0003]为了把水能转换为电能，需要修建一系列建筑物，包括挡水建筑物、泄水建筑物、引水系统和发电厂房，在发电厂房内安装水轮机、发电机和附属设备等机电设备，组成了一整套水力发电机系统。水力发电在国外已经有了上百年的历史，国内虽然起步稍晚，但是发展迅速。迄今为止，欧盟约有21000座小水电站在运行，挪威90%以上的电力来源于小水电，美国约有30000座小水电站在运行，中国约有40000座小水电站在运行，小水电为人类社会的发展做出了巨大的贡献。
[0004]水轮机的种类很多，有冲击式、反击式，反击式又包括混流式、斜流式、轴流式和贯流式，但是无论采用哪种形式，为了把水能转化成机械能，需要修建坝、引水系统，世界各地的小水电都是如此。在水电站的建设和运行过程中，会对周边生态环境、居民、水生生物特别是鱼类的生存与繁衍带来一些不利影响。这些影响主要表现在，挡水建筑物、泄水建筑物、引水系统和发电厂房建设时都需要占地和移民，另外水轮机都设置有叶片，叶片在旋转时将随着管道进入的鱼类等水生动物全部打死，有可能会导致河流中鱼类种族的消亡，影响河流的生态平衡。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的在于提供一种水动能转化装置，以解决上述的问题。
[0006]在本实用新型的实施例中提供了 一种水动能转化装置，包括螺线涡轮机、发电机和底座；
[0007]螺线涡轮机包括旋转部；
[0008]旋转部为圆锥体，圆锥体上设置有螺旋槽，圆锥体底部与发电机转动轴连接；
[0009]发电机设置在底座上；
[0010]底座上设置有用于与外界固定的固定孔。
[0011 ] 进一步的，旋转部与电机轴通过轴承连接。
[0012]进一步的，螺旋槽为阿基米德螺旋槽。
[0013]进一步的，螺线涡轮机还包括阿基米德螺旋板；阿基米德螺旋板设置在阿基米德螺旋槽内远离旋转部的顶部的一侧，与阿基米德螺旋槽靠近旋转部的顶部的一侧有间隙，阿基米德螺旋板远离阿基米德螺旋槽底部的一侧高出阿基米德螺旋槽。
[0014]进一步的，阿基米德螺旋板远离阿基米德螺旋槽底部的一侧至阿基米德螺旋板靠近阿基米德螺旋槽底部的一侧的距离为4cm-10cm。
[0015]进一步的，螺线涡轮机内设置有方向传感器，用于调整螺线涡轮机轴线方向与水流方向的角度。
[0016]进一步的，螺线涡轮机还包括连接部；连接部为圆柱体，其一端固定连接旋转部，另一端连接发电机的电机轴。
[0017]进一步的，水动能转化装置还包括控制部；控制部设置在发电机远离螺线涡轮机
的一端。
[0018]进一步的，旋转部的圆锥的顶角为30°。
[0019]进一步的，旋转部的圆锥的高度为80cm-3000cm。
[0020]进一步的，螺旋槽的宽带为2cm_10cm。
[0021]本实用新型水动能转化装置，将旋转部设置为圆锥体，圆锥体上设置有螺旋槽，水从螺旋槽通过时推动圆锥体状的旋转部转动，从而将水能转换为旋转动能，旋转部上连接发电机，再将旋转动能转换为电能输出。旋转部上使用螺旋槽代替叶片，彻底解决叶片在旋转时将随着管道进入的鱼类等水生动物全部打死的情况，而且减小了体积，实现了不占地、不取水、不断流，降低了运行和维护成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]为了更清楚地说明本实用新型【具体实施方式】或现有技术中的技术方案，下面将对【具体实施方式】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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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。
[0023]图1为本实用新型实施例水动能转化装置结构示意图；
[0024]图2为本实用新型所述了水动能转化装置轴承连接示意图。
[0025]其中，1:旋转部；2:连接部；3:发电机；4:控制部；5:底座；6:阿基米德螺旋板；7:阿基米德螺旋槽；8:电机轴；9:轴承。
【具体实施方式】
[0026]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本实用新型所保护的范围。
[0027]在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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实用新型中的具体含义。
[0028]如图1和图2所示，本实用新型提供了一种水动能转化装置，其包括螺线涡轮机、发电机3和底座5 ;
[0029]螺线涡轮机包括旋转部I ;
[0030]旋转部I为圆锥体，圆锥体上设置有螺旋槽，圆锥体底部与发电机3转动轴连接；
[0031]发电机3设置在底座5上；[0032]底座5上设置有用于与外界固定的固定孔。
[0033]旋转部与所述电机轴8通过轴承9连接。
[0034]将本实用新型的水动能转化装置通过底座5固定放置在水中，将螺线涡轮机的轴线与水流方向平行放置。在水流经过螺线涡轮机上的螺旋槽时，会遇到螺线涡轮机给予的阻力，在水流克服阻力流过螺旋槽时，会对螺线涡轮机形成冲击力，从而带动螺线涡轮机转动。由于螺线涡轮机底部与发电机3的电机轴8固定连接，当螺线涡轮机转动时，会带动电机轴8转动，从而带动发电机3进行发电。
[0035]电机轴8的端部与螺线涡轮机直接连接时，由于螺线涡轮机的转动，会对电机轴8产生很大的扭力，因此，电机轴8与螺线涡轮机的连接部2位不在端部，这样会减小扭力，但是将电机轴8端部直接伸进圆锥体内的话，不对端部进行固定控制，会容易发生振动，从而对装置造成损坏，故在电机轴8端部与螺线涡轮机内部通过轴承9即圆锥滚子轴承进行连接在一起，这样既不影响其两者之间的转动，又能防止电机轴8产生振动，保护了装置。
[0036]进一步的，螺旋槽为阿基米德螺旋槽7。
[0037]阿基米德螺线，亦称“等速螺线”。当一点沿动射线以等速率运动的同时，该射线又以等角速度绕中心点旋转，该点的轨迹称为“阿基米德螺线”。
[0038]也就是说，螺旋槽设定为阿基米德螺旋槽7时，水流在阿基米德螺旋槽7内流动时，其前进的速度、旋转时的线速度和旋转时的角速度等都相等，这样会使水流能达到最大的利用效率，同时就等于提闻了发电效率。
[0039]进一步的，螺线涡轮机还包括阿基米德螺旋板6 ;阿基米德螺旋板6设置在阿基米德螺旋槽7内远离旋转部I的顶部的一侧，与阿基米德螺旋槽7靠近旋转部I的顶部的一侧有间隙，阿基米德螺旋板6远离阿基米德螺旋槽7底部的一侧高出阿基米德螺旋槽7。
[0040]在螺线涡轮机上设置阿基米德螺旋板6，将阿基米德螺旋板6设置在阿基米德螺旋槽7内，这样就相当于将阿基米德螺旋槽7进行了一下扩展，水流既可以在槽内通过被阿基米德螺旋槽7的槽壁阻挡，还可以被阿基米德螺旋板6阻挡，增大了水流的阻力，从而带动螺线涡轮机的转动速度，提高了发电效率。
[0041]进一步的，阿基米德螺旋板6远离阿基米德螺旋槽底部的一侧至阿基米德螺旋板靠近阿基米德螺旋槽底部的一侧的距离为4cm-10cm。
[0042]阿基米德螺旋板6远离阿基米德螺旋槽底部的一侧至阿基米德螺旋板靠近阿基米德螺旋槽底部的一侧的距离，即阿基米德螺旋板的宽度太大或太小都对本装置会造成影响。如果太大，就会形成叶片，对周围的环境造成影响，如在旋转时将附近的鱼类等水生动物全部打死，导致河流中鱼类种族的减少，严重影响了河流的生态平衡；如果太小，就起不到加速的作用，因此，通过反复试验后，得出阿基米德螺旋板6的宽度在4cm-10cm时为最佳。
[0043]进一步的，螺线涡轮机内设置有方向传感器，用于调整螺线涡轮机轴线方向与水流方向的角度。
[0044]本装置不仅可以使用在水流流向常年不变的河流中，还可以在水流流向经常变化的海洋中使用。在螺线涡轮机内设置有方向传感器后，在水流方向改变后，方向传感器控制螺线涡轮机调整方向，使其轴线方向与水流方向平行，从而使本装置能够继续高效率的发挥其功效。[0045]进一步的，螺线涡轮机还包括连接部2 ;连接部2为圆柱体，其一端固定连接旋转部I，另一端连接发电机3的电机轴8。
[0046]方向传感器设置在旋转部I内时，可能会存在放不下或者影响旋转部I旋转的情况出现，因此还可以在螺线涡轮机上设置连接部2，连接部2的一端固定设置在旋转部I底部，即圆锥体的底部，另一端固定设置在发电机3的电机轴8上。
[0047]进一步的，水动能转化装置还包括控制部4 ;控制部4设置在发电机3远离螺线涡轮机的一端。
[0048]通过控制系统，可以将多台水动能转化装置集群控制起来。可以并联控制，实现轮流启动，即哪个位置的水量较大时，启动哪个位置的水动能转化装置；可以串联控制，即可以同时开启和关闭多台水动能转化装置，不需要一台一台的单独管理，操作方便简单。
[0049]进一步的，旋转部I的圆锥的顶角为30°。
[0050]旋转部I的顶角太大时，水阻大，当水流的流速慢的时候，不易带动旋转部I旋转；旋转部I的顶角太小时，水阻小，水流同样不易带动旋转部I旋转。因此，经过反复试验后，得出旋转部I的圆锥的顶角为30°时，为最佳角度。
[0051]进一步的，旋转部I的圆锥的高度为80cm-3000cm。
[0052]旋转部I的圆锥的高度选择与角度选择的原理相同，即旋转部I的圆锥的高度太大时，水阻大，当水流的流速慢的时候，不易带动旋转部I旋转；旋转部I的圆锥的高度太小时，水阻小，水流同样不易带动旋转部I旋转。因此，经过反复试验后，得出旋转部I的圆锥的高度为80cm-3000cm时,为最佳高度。
[0053]进一步的，螺旋槽的宽带为2cm_10cm。
[0054]当螺旋槽的宽度太大时，水流直接在螺旋槽内通过，其遇到的水阻较小，就形成不了对螺线涡轮机的冲击力，就无法带动螺线涡轮机转动；当螺旋槽的宽度太小时，水流在螺旋槽内通过的流量较小，在水流的流速不大的情况下，对螺线涡轮机的冲击力也会比较小，无法带动螺线涡轮机转动。
[0055]本实用新型改进了传统水轮发电机的设计思路，创造性的运用阿基米德螺线设计出圆锥型涡轮机，利用水的动能，通过水流直接驱动圆锥型涡轮机运转，通过传动装置带动其后端的直流或交流电机发电，根据流速的变化，功率可达到0.5?300KW，可以充分利用各种水能资源，不仅不会改变原有的生态环境，更不会对鱼类以及其他水生生物产生威胁，对周边的生态环境非常友好，解决小水电开发与生态环境保护的矛盾问题，使得在很多农村地区建设小水电站成为可能。该实用新型对水能资源要求不高，适用于各种农村河流、灌渠、引水隧洞、电站尾水，近海。安装方便，既可以直接安装在水体中，也可以安装在浮船上，维护成本低。标准化机组，减少了前期的勘察设计工作，在符合水流流速要求的地方，装上就可以使用。单台机组容量虽然较小，但是可以多机串联、并联使用，非常灵活，因此在农村地区具有广阔的应用前景。
[0056]本实用新型水动能转化装置，将旋转部I设置为圆锥体，圆锥体上设置有螺旋槽，水从螺旋槽通过时推动圆锥体状的旋转部I转动，从而将水能转换为旋转动能，旋转部I上连接发电机3，再将旋转动能转换为电能输出。旋转部I上使用螺旋槽代替叶片，减小了体积，实现了不占地、不取水、不断流，降低了维护成本。
[0057]以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种水动能转化装置，其特征在于，包括螺线涡轮机、发电机和底座； 所述螺线涡轮机包括旋转部； 所述旋转部为圆锥体，所述圆锥体上设置有螺旋槽，所述圆锥体的底部与所述发电机的转动轴连接； 所述发电机设置在所述底座上； 所述底座上设置有用于与外界固定的固定孔。
2.根据权利要求1所述的水动能转化装置，其特征在于，所述旋转部与所述发电机的电机轴通过轴承连接。
3.根据权利要求1所述的水动能转化装置，其特征在于，所述螺旋槽为阿基米德螺旋槽。
4.根据权利要求3所述的水动能转化装置，其特征在于，所述螺线涡轮机还包括阿基米德螺旋板；所述阿基米德螺旋板设置在所述阿基米德螺旋槽内远离所述旋转部的顶部的一侧，与所述阿基米德螺旋槽靠近所述旋转部的顶部的一侧有间隙，所述阿基米德螺旋板远离所述阿基米德螺旋槽底部的一侧高出所述阿基米德螺旋槽。
5.根据权利要求4所述的水动能转化装置，其特征在于，所述阿基米德螺旋板远离所述阿基米德螺旋槽底部的一侧至所述阿基米德螺旋板靠近所述阿基米德螺旋槽底部的一侧的距离为4cm_10cm。
6.根据权利要求1所述的水动能转化装置，其特征在于，所述螺线涡轮机内设置有方向传感器，用于调整所述螺线涡轮机轴线方向与水流方向的角度。
7.根据权利要求1所述的水动能转化装置，其特征在于，所述螺线涡轮机还包括连接部；所述连接部为圆柱体，其一端固定连接所述旋转部，另一端连接所述发电机的电机轴。
8.根据权利要求1所述的水动能转化装置，其特征在于，还包括控制部，所述控制部设置在所述发电机远离所述螺线涡轮机的一端。
9.根据权利要求1所述的水动能转化装置，其特征在于，所述旋转部的圆锥的顶角为30。； 和/或， 所述旋转部的圆锥的高度为80cm-3000cm。
10.根据权利要求1-9任一项所述的水动能转化装置，其特征在于，所述螺旋槽的宽度为 2cm_10cm。
【文档编号】F03B7/00GK203670086SQ201420047764
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年1月24日 优先权日:2014年1月24日
【发明者】马智杰, 赵云, 鲁仕宝, 汪群, 袁旭音, 查同刚, 陈英义, 张承明, 黄丽华 申请人:中国水利水电科学研究院