一种水流发电仪的制作方法

本发明涉及一种发电仪，特别是关于一种在江河、湖泊、海洋领域中应用的水流发电仪。

背景技术：

目前，河道内水流所带来的动能没有完全利用，特别是水电站出口处，水流能量完全浪费掉，没有利用上，而且水利发电必须修水利大坝才能发电，在河道的任意地方不能水利发电。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是提供一种水流发电仪，其能提高水电站效益，实现水流再二次利用，投资少，效益高。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种水流发电仪，其包括安装平台和壳体，以及设置在所述安装平台和壳体上的发电系统和导向固定系统；所述发电系统包括第一垂直顺水转动件、第二垂直顺水转动件、主齿轮、水平转动件、垂直截水转动件、变速齿轮和发电机；所述水平转动件设置为四个，所述垂直截水转动件设置为两个；所述第一垂直顺水转动件和第二垂直顺水转动件对称设置在所述安装平台的两侧，且连接部与设置在所述安装平台上的所述主齿轮连接；四个所述水平转动件均布在所述安装平台的底部，且所述水平转动件的连接部穿过所述安装平台与所述主齿轮连接；两个所述垂直截水转动件分别倾斜设置在所述安装平台的前部和后部，且所述垂直截水转动件的连接部斜穿过所述安装平台后与所述主齿轮连接；在水流冲击作用下由所述第一垂直顺水转动件、第二垂直顺水转动件、水平转动件、垂直截水转动件共同带动所述主齿轮转动，所述主齿轮经所述变速齿轮与所述发电机连接，带动所述发电机发电。

进一步，所述主齿轮包括轴承架、轴承、主齿轮轴、螺帽、外环、连接杆、侧齿牙面、上齿牙面、下齿牙面、直角环体和下部斜齿牙面；所述轴承架的中心通过所述轴承安装在所述主齿轮轴上，所述主齿轮轴的底部设置在所述安装平台上，所述主齿轮轴的顶部设置有所述螺帽；所述轴承架与所述外环之间通过3个以上的所述连接杆连接成一体；所述外环的周向外侧壁设置为所述侧齿牙面，所述外环的上表面设置为所述上齿牙面，所述外环的下表面设置为所述下齿牙面，且位于所述外环的下表面设置有所述直角环体，所述直角环体与所述外环的下表面之间具有倾斜角度，所述直角环体的内侧斜面设置为所述下部斜齿牙面。

进一步，所述变速齿轮与所述主齿轮的所述侧齿牙面啮合。

进一步，所述第一垂直顺水转动件和第二垂直顺水转动件都包括垂直顺水杆、垂直顺水齿轮、第一叶柱和作为叶片的第一叶勺；所述垂直顺水杆的第一端设置有所述垂直顺水齿轮，所述垂直顺水齿轮与所述主齿轮通过齿轮啮合实现传动连接；所述垂直顺水杆的第二端设置有若干所述第一叶柱，每个所述第一叶柱的端部都设置有所述第一叶勺。

进一步，所述第一垂直顺水转动件的半径大于所述第二垂直顺水转动件的半径。

进一步，所述第一垂直顺水转动件的所述垂直顺水齿轮与所述主齿轮的所述上齿牙面啮合，所述第二垂直顺水转动件的所述垂直顺水齿轮与所述主齿轮的所述下齿牙面啮合。

进一步，所述安装平台上设置有固定架，所述垂直顺水杆的第一端活动连接在所述固定架上。

进一步，所述第二垂直顺水转动件的入水深度大于所述第一垂直顺水转动件的入水深度。

进一步，四个所述水平转动件的平浆齿轮均布在所述主齿轮的四个方位角处。

进一步，所述水平转动件包括平浆叶杆、平浆齿轮、第二叶柱和第二叶勺；所述平浆叶杆的一端穿过所述安装平台后，在该端的端部设置有所述平浆齿轮，所述平浆齿轮与所述主齿轮的所述侧齿牙面啮合，实现齿轮传动连接；所述平浆叶杆的另一端设置有若干所述第二叶柱，每个所述第二叶柱的端部都设置有所述第二叶勺。

进一步，所述水平转动件还包括平浆叶杆套管和平浆叶套罩；所述平浆叶杆套管套设在所述平浆叶杆的外部，且所述平浆叶杆套管的底部设置有所述平浆叶套罩，所述平浆叶套罩采用半圆形结构，罩设在所述第二叶勺的外部。

进一步，两个所述垂直截水转动件的旋转方向相反，每个所述垂直截水转动件包括垂直截水杆、垂直截水齿轮、垂直截水固定轴和垂直截水叶片；所述垂直截水杆的一端斜穿过所述安装平台的前部或后部，并在该端的端部设置有所述垂直截水齿轮，所述垂直截水齿轮与所述主齿轮的所述下部斜齿牙面啮合，实现齿轮传动连接；所述垂直截水杆的另一端通过所述垂直截水固定轴与所述垂直截水叶片连接。

进一步，所述垂直截水杆向下倾斜设置，与所述安装平台之间具有倾斜角度。

进一步，所述垂直截水叶片采用直片状结构，或采用扇形结构。

进一步，所述水平转动件具有平浆齿轮，所述第一垂直顺水转动件和所述第二垂直顺水转动件都具有垂直顺水齿轮，所述垂直截水转动件具有垂直截水齿轮；

以所述水平转动件的平浆齿轮的直径为基准，所述第一垂直顺水转动件的所述垂直顺水齿轮的直径是所述平浆齿轮直径的1～3倍，所述第二垂直顺水转动件的所述垂直顺水齿轮的直径是所述平浆齿轮直径的1～2.5倍；所述垂直截水齿轮的直径是所述平浆齿轮的直径0.1～0.5倍。

进一步，所述水平转动件具有第二叶勺，所述第一垂直顺水转动件和所述第二垂直顺水转动件都具有第一叶勺，所述垂直截水转动件具有垂直截水叶片；

以所述水平转动件的所述第二叶勺面积为基准，所述第一叶勺面积是所述第二叶勺面积的1～8倍；所述垂直截水叶片的面积是所述第二叶勺面积的0.5～0.9倍。

进一步，所述第一叶勺和第二叶勺结构相同，均采用漏斗型，且叶勺的横截面采用两端尖的六边形结构；叶勺的底部设置为尖状，并在底部设置有椭圆形孔。

进一步，所述壳体设置在所述安装平台上，且所述壳体的的后部设置有门。

进一步，所述导向固定系统包括导向密封浮体、安装柱和锚锁；所述导向密封浮体设置为两个，分别设置在所述安装平台的两侧；所述导向密封浮体通过所述安装柱设置在所述安装平台的底部，所述导向密封浮体用于导向并提供浮力；所述锚锁设置在所述安装平台的下部。

进一步，所述导向密封浮体的两端设置为尖形的圆锥体，中部采用椭圆流线型结构。

一种水流发电系统，其由多个如上述各实施方式中的所述水流发电仪和主发电设备构成；所述主发电设备具有一个相对较大的齿轮和发电机，多个所述水流发电仪的所述主齿轮和发电机相对较小；所述水流发电仪中的所述主齿轮分别经连接齿轮与所述主发电设备中的所述齿轮连接，该连接齿轮分别与所述齿轮和主齿轮的侧齿牙面啮合，实现传动。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明能在河道的任意地方发电的仪器，对水电站出口下游处的水流再二次利用，提高水电站效益，也可对河道内的任意地方的水流再二次利用，投资少，效益高。本发明可以广泛在江河、湖泊、海洋领域中应用。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是图1的分解结构示意图。

图3a是本发明的主齿轮结构俯视图，即主齿轮的上部结构示意图。

图3b是本发明的主齿轮结构仰视图，即主齿轮的下部结构示意图。

图4是本发明的水平转动件整体和分解结构示意图。

图5是本发明的垂直顺水转动件结构示意图。

图6a是本发明的垂直截水叶片第一种结构示意图。

图6b是本发明的垂直截水叶片第二种结构示意图。

图7是本发明的锚锁结构示意图。

图8是本发明的叶勺正面视图。

附图标记：

1-安装平台，2-第一垂直顺水转动件，3-第二垂直顺水转动件，201-垂直顺水杆，202-垂直顺水齿轮，203-第一时柱，204-第一叶勺，2041-叶勺底部的尖状，2042-椭圆形孔，205-固定架；

4-主齿轮，401-轴承架，402-轴承；403-主齿轮轴，404-螺帽，405-外环，406-连接杆，407-侧齿牙面，408-上齿牙面，409-下齿牙面，410-直角环体，411-下部斜齿牙面；

5-水平转动件，501-平浆叶杆，502-平浆齿轮，503-第二叶柱，504-第二叶勺，505-平浆叶杆套管，506-平浆叶套罩；

6-垂直截水转动件，601-垂直截水杆，602-垂直截水齿轮，603-垂直截水固定轴，604-垂直截水叶片；

7-变速齿轮；8-发电机；

9-壳体，901-中壳体后面的门；

10-导向密封浮体；11-安装柱；

12-锚锁，121-锚柱，122-圆环，123-锚链，124-锚头。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”“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，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。

如图1～图8所示，本发明提供一种水流发电仪，其包括安装平台1和壳体9，以及设置在安装平台1和壳体9上的发电系统和导向固定系统。其中：

发电系统包括第一垂直顺水转动件2、第二垂直顺水转动件3、主齿轮4、水平转动件5、垂直截水转动件6、变速齿轮7和发电机8；在本实施例中，水平转动件5优选设置为四个，垂直截水转动件6优选设置为两个。第一垂直顺水转动件2和第二垂直顺水转动件3对称设置在安装平台1的两侧，且连接部与设置在安装平台1上的主齿轮4连接；四个水平转动件5均布在安装平台1的底部，且水平转动件5的连接部穿过安装平台1与主齿轮4连接；两个垂直截水转动件6分别倾斜设置在安装平台1的前部和后部，且垂直截水转动件6的连接部斜穿过安装平台1后与主齿轮4连接；在水流冲击作用下由第一垂直顺水转动件2、第二垂直顺水转动件3、水平转动件5、垂直截水转动件6共同带动主齿轮4转动。主齿轮4经变速齿轮7与发电机8连接，带动发电机8进行发电。

在一个优选的实施例中，如图3a、图3b所示，主齿轮4包括轴承架401、轴承402、主齿轮轴403、螺帽404、外环405、连接杆406、侧齿牙面407、上齿牙面408、下齿牙面409、直角环体410和下部斜齿牙面411。轴承架401的中心通过轴承402安装在主齿轮轴403上，主齿轮轴403的底部设置在安装平台1上，主齿轮轴403的顶部设置有螺帽404，以避免主齿轮4脱离出主齿轮轴403；且轴承架401与外环405之间通过3个以上的连接杆406连接成一体。外环405的周向外侧壁设置为侧齿牙面407，外环405的上表面设置为上齿牙面408；外环405的下表面设置为下齿牙面409，且位于外环405的下表面设置有直角环体410，直角环体410与外环405的下表面之间具有倾斜角度，且直角环体410的内侧斜面设置为下部斜齿牙面411。

其中，变速齿轮7与主齿轮4的侧齿牙面407啮合，实现传动连接。

在一个优选的实施例中，如图5所示，第一垂直顺水转动件2和第二垂直顺水转动件3结构及原理都相同，第一垂直顺水转动件2的半径大于第二垂直顺水转动件3的半径。

第一垂直顺水转动件2和第二垂直顺水转动件3都包括垂直顺水杆201、垂直顺水齿轮202、第一叶柱203和作为叶片的第一叶勺204。垂直顺水杆201的第一端设置有垂直顺水齿轮202，垂直顺水齿轮202与主齿轮4通过齿轮啮合实现传动连接。垂直顺水杆201的第二端设置有若干第一叶柱203，若干第一叶柱203以垂直顺水杆201的第二端为圆心，呈圆形均匀分布设置。每个第一叶柱203的端部都设置有第一叶勺204，第一叶勺204在水流冲击下进行转动，进而经垂直顺水齿轮202带动主齿轮4顺时针转动。

其中，第一垂直顺水转动件2的垂直顺水齿轮202与主齿轮4上表面的上齿牙面408啮合，第二垂直顺水转动件3的垂直顺水齿轮202与主齿轮4下表面的下齿牙面409啮合，实现齿轮传动。

优选的，在安装平台1上设置有固定架205，垂直顺水杆201的第一端活动连接在固定架205上，通过固定架205保障垂直顺水杆201因长度问题及水流冲击问题而引起的变形及传动误差。

优选的，第一叶柱203采用椭圆柱体结构。

使用时，第一垂直顺水转动件2和第二垂直顺水转动件3的三分之一在水中，第二垂直顺水转动件3的入水深度大于第一垂直顺水转动件2的入水深度，进而使两个垂直顺水转动件的叶勺入水深度相同，以使受水流冲击力相同。

当水流从后向前冲击右侧的第一垂直顺水转动件2的叶片的第一叶勺204正面时，使第一垂直顺水转动件2的叶片的第一叶勺204向后转动，带动垂直顺水齿轮202向后转动，由垂直顺水齿轮202带动主齿轮4顺时针转动；当水流从后向前冲击左侧的第二垂直顺水转动件3的叶片的第一叶勺204时，使第二垂直顺水转动件3的叶片的第一叶勺204向后转动，带动垂直顺水齿轮202向后转动，由垂直顺水齿轮202带动主齿轮4顺时针转动。

在一个优选的实施例中，如图4所示，水平转动件5包括平浆叶杆501、平浆齿轮502、第二叶柱503和第二叶勺504。平浆叶杆501的一端穿过安装平台1后，在该端的端部设置有平浆齿轮502，平浆齿轮502与主齿轮4的侧齿牙面407啮合，实现齿轮传动连接；四个水平转动件5的平浆齿轮502均布在主齿轮4的四个方位角处。平浆叶杆501的另一端设置有若干第二叶柱503，若干第二叶柱503以平浆叶杆501的另一端为圆心，呈圆形均匀分布设置。每个第二叶柱503的端部都设置有第二叶勺504，第二叶勺504在水流冲击下逆时针转动，进而经平浆齿轮502带动主齿轮4顺时针转动。使用时，水平转动件5的绝大部分在水中，只有平浆齿轮502和少部分平浆叶杆501在水面上。

其中，水平转动件5还包括平浆叶杆套管505和平浆叶套罩506。平浆叶杆套管505套设在平浆叶杆501的外部，且平浆叶杆套管505的底部设置有平浆叶套罩506，平浆叶套罩506采用半圆形结构，罩设在第二叶勺504的外部。通过平浆叶套罩506使平浆齿轮502受力不均衡，进而在受水流冲击力作用下使平浆齿轮502进行转动。

使用时，当水流从后向前冲击四个水平转动件5时，由于水冲击每个水平转动件5的左侧平浆叶片的第二叶勺504，平浆叶套罩506挡助水平转动件5的右侧平浆叶片的第二叶勺504，使每个水平转动件5逆时针转动，带动平浆齿轮502逆时针转动，由位于主齿轮4四个方位角处的平浆齿轮502共同带动主齿轮4顺时针转动。

在一个优选的实施例中，如图6a、图6b所示，两个垂直截水转动件6都包括垂直截水杆601、垂直截水齿轮602、垂直截水固定轴603和垂直截水叶片604。垂直截水杆601的一端斜穿过安装平台1的前部或后部，并在该端的端部设置有垂直截水齿轮602，垂直截水齿轮602与主齿轮4的下部斜齿牙面411啮合，实现齿轮传动连接；垂直截水杆601的另一端通过垂直截水固定轴603与垂直截水叶片604连接。垂直截水叶片604在水流冲击作用下逆时针转动，进而经垂直截水齿轮602带动主齿轮4顺时针转动。

其中，垂直截水杆601向下倾斜设置，与安装平台1之间具有倾斜角度，通过改变垂直截水叶片604的倾斜角度可以改变垂直截水转动件6是顺时针转动还是逆时针转动。

优选的，两个垂直截水转动件6的旋转方向相反，优选的，位于前部的垂直截水转动件6为顺时针转动，位于后部的垂直截水转动件6为逆时针转动。

优选的，垂直截水叶片604可以采用直片状结构(如图6a所示)，或采用扇形结构(如图6b所示)；在本实施例中，优选采用直片状结构。其中，直片状结构的垂直截水叶片604的端部具有一斜面。扇形结构的垂直截水叶片604的外侧边为大圆弧形，内侧边为小圆弧形，左侧边为多段弧形，右侧边为多段弧形构成。

使用时，垂直截水转动件6的绝大部分在水中，只有垂直截水齿轮602和少部分垂直截水杆601在水面上。

当水流从后向前冲击垂直截水转动件6的垂直截水叶片604时，由于垂直截水叶片604向下倾斜，在水流冲击下，垂直截水叶片604逆时针转动，带动垂直截水齿轮602逆时针转动，由垂直截水齿轮602带动主齿轮4顺时针转动。

在本实施例中，发电系统在使用时，第一垂直顺水转动件2、第二垂直顺水转动件3、四个水平转动件5、垂直截水转动件6与主齿轮4的配合工作，采用以下调速方法平衡三种不同转速的转动件连接到同一个主齿轮4上：

把第一垂直顺水转动件2、第二垂直顺水转动件3、水平转动件5和垂直截水转动件6每一种转动件放在流动的河道中，在水流的冲击下都能独立转动，垂直顺水转动件1的转速最慢，水平转动件5的转速居中，垂直截水转动件6的转速最快。

平衡不同转速的方法为：以转速居中水平转动件5推动主齿轮4转动的速度作为基准速度，把转速最快的垂直截水转动件6向下调转速，把转速最慢的垂直顺水转动件1向上调转速，使这三种不同转速的转动件对主齿轮4推动速度基本相同。

其中，垂直顺水转动件1向上调转速的方法为：把垂直顺水转动件1的垂直顺水齿轮202直径加大，和/或将垂直顺水转动件1的叶片的第一叶勺204迎水面积加大，提高动力，用这两种方法把垂直顺水转动件1推动主齿轮4的转速提高，使之与水平转动件5推动主齿轮4转动的速度基本相同。

垂直截水转动件6向下调转速的方法；是垂直截水转动件6的垂直截水齿轮602的直径缩小，和/或将垂直截水叶片604的迎水面积缩小，减小推动力，用这两种方法把垂直截水转动件6推动主齿轮4的转速降低，使之与水平转动件5推动主齿轮4转动的速度基本相同。

由于采取上述调速方法，使两个垂直顺水转动件1、四个水平转动件5、垂直截水转动件6都能同速带动主齿轮4同向转动，主齿轮4带动发动机转动，发动机稳定发电。

在本实施例中，优选的，以水平转动件5的平浆齿轮502的直径为基准，第一垂直顺水转动件2的垂直顺水齿轮202的直径是平浆齿轮502直径的1～3倍，第二垂直顺水转动件3的垂直顺水齿轮202的直径是平浆齿轮502直径的1～2.5倍；两个垂直截水转动件6的垂直截水齿轮602的直径是平浆齿轮502的直径0.1～0.5倍。

以水平转动件5的第二叶勺504面积为基准，第一垂直顺水转动件2和第二垂直顺水转动件3的第一叶勺204面积是第二叶勺504面积的1～8倍；两个垂直截水转动件6的垂直截水叶片604面积是第二叶勺504面积的0.5～0.9倍。

在一个优选的实施例中，壳体9设置在安装平台1上，且壳体9采用圆锥台结构，壳体9的后部设置有门901，将门901打开可以实现对中部壳体9内部的发电系统进行观察及相应操作。使用时，通过壳体9可以有效防止水溅入安装平台1内。

在一个优选的实施例中，导向固定系统设置在安装平台1的下部，其包括导向密封浮体10、安装柱11和锚锁12。在本实施例中导向密封浮体10设置为两个，分别设置在安装平台1的两侧。导向密封浮体10通过安装柱11设置在安装平台1的底部，且导向密封浮体10位于水流内，通过导向密封浮体10实现对整个发电仪进行导向，使得整个发电仪正对水流方向，并由两个导向密封浮体10为整个发电仪提供浮力，使安装平台1等位于水面之上。锚锁12设置在安装平台1的下部，用于将整个发电仪固定在待测水域。

其中，导向密封浮体10两端设置为尖形的圆锥体，中部采用椭圆流线型结构。当水流冲击两个导向密封浮体10时，由于两个导向密封浮体10为椭圆流线型和两个锚锁12的锚头123拉力，进而使整个发电仪始终正面对准水流方向。

优选的，如图7所示，锚锁12包括锚柱121、圆环122、锚链123和锚头124。锚柱121的一端固定在安装平台1底部中心位置处，锚柱121的另一端设置有圆环122。位于圆环122的两侧分别设置有一个锚链123，每个锚链123的端部都设置有固定用锚头124。

上述各实施例中，如图4、图5和图8所示，第一叶勺204和第二叶勺504结构相同，均采用漏斗型，且叶勺的横截面采用两端尖的六边形结构。叶勺的底部设置为尖状2041，并在底部设置有椭圆形孔2042，使用时由该椭圆形孔2042进行漏水，使水流从叶勺缓慢释放。

本发明还提供一种水流发电系统，其由多个上述水流发电仪和主发电设备构成。其中，主发电设备具有一个相对较大的齿轮和发电机，该齿轮采用常规齿轮即可；多个水流发电仪的主齿轮4和发电机8相对较小。水流发电仪中的主齿轮4分别经连接齿轮与主发电设备中的齿轮连接，该连接齿轮分别与齿轮和主齿轮4的侧齿牙面407啮合，实现传动。当水流冲击各水流发电仪时，带动其上的主齿轮4转动，每个主齿轮4都通过连接齿轮带动大的齿轮转动，进而由大的齿轮带动大的发电机发电。

综上，本发明在使用时，将整个发电仪放到水流中，固定好两个锚头124，由于水流冲击两个导向密封浮体10，使水流发电仪正对水流方向，当水流冲击四个水平转动件5的第二叶勺504正面时，推动平浆齿轮502转动，带动主齿轮4转动，当水流冲击两个垂直顺水转动件的第一叶勺204正面时，推动垂直顺水齿轮202转动，带动主齿轮4转动，当水流冲击两个垂直截水转动件6的叶片604时，推动垂直截水齿轮602转动，带动主齿轮4转动，四个水平转动件5、两个垂直顺水转动件2、3和两个垂直截水转动件6共同带动主齿轮4转动方向相同，主齿轮4转动，带动变速齿轮7转动，变速齿轮7带动发电机8发电。

上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。