排水增压水轮机动力电输出装置的制作方法

排水增压水轮机动力电输出装置
1.技术领域：一种排水增压水轮机动力电输出装置，涉及水力发电技术领域。
2.

背景技术：
一般的水力发电都是依赖流动的水源做动力，推动水轮机旋转做功，驱动发电机输出电能，对动力水源的条件要求较高，水电站建设的土建工程等投资比较大，工期也长，对生态环境也容易造成一定影响。
3.

技术实现要素：
本发明的目的是提供一种排水增压水轮机动力电输出装置，要解决的问题是：在平静的水源中以沉箱沉入水中，利用箱外水源与箱内空间的压差，使水源中的水在沉箱内产生动力。设置双套交替运转的排水机构，维持沉箱内的排水空间，使水源中的水有足够的压力推动水轮机持续输出动力，推动发电机输出电能。它由沉箱式水轮机动力电能输出部分、排水增压部分和辅助电源部分所组成：
4.沉箱1置于水源8中，其顶部为开放式，导流罩3安装在沉箱1箱底的上部，水轮机4安装在导流罩3中，动力水口2设置在沉箱1的底部，动力水口2、导流罩3、水轮机4设置在同一轴线上，动力水口2处安装有动力水门12，动力水门电机22与电源调节电路10电连接，动力水门换相器32内装有蓄电池，其电输入端与电源调节电路10电连接，其电输出端跨接在动力水门电机22的两端，动力水门电机22的动力轴上装有动力水门蜗轮33，动力水门蜗轮33与动力水门齿条拉杆34的齿条部分齿合交联，动力水门齿条拉杆34安装在动力水门拉杆滑座37中，动力水门齿条拉杆34的拉杆端部安装在动力水门12上，动力水门12滑动方向的两侧镶装在动力水门滑槽38中，发电机9与水轮机3同轴安装，浮漂28安装在沉箱1的上部外围，配重块29安装在沉箱1的底部，锚块30沉入水源8的水底处，由绳索与沉箱1连接，构成沉箱式水轮机动力电能输出部分；
5.主排水池5设置在沉箱1的底部一侧，其上盖低于导流罩3的上沿，主排水泵6安装在主排水池5中，主排水池5上面设有主排水口13，主排水口13上装有主排水门23，主排水换气室25设置在主排水池5的上部，其顶部为开放式，其底部与主排水池5相通，主排水管7的下端安装在主排水泵6上，主排水管7的上部穿越主排水换气室25，其顶端高出沉箱1，出水口弯向水源8中，主排水电机26与主排水泵6同轴安装，排水蓄能器19由蓄电池和开关组成，开关的感应头安装在主排水池5中，开关的电输入端与电源调节电路10电连接，开关的电输出端与主排水电机26电连接，组成主排水机构，辅助排水池15设置在沉箱1的底部位于主排水池5的对侧，其上盖低于导流罩3的上沿，辅助排水泵16安装在辅助排水池15中，辅助排水池15上面设有辅助排水口14，辅助排水口14上装有辅助排水门24，辅助排水换气室35设置在辅助排水池15的上部，其顶部为开放式，其底部与辅助排水池15相通，辅助排水管17的下端安装在辅助排水泵16上，辅助排水管17的上部穿越辅助排水换气室35，其顶端高出沉箱1，出水口弯向水源8中，辅助排水电机36与辅助排水泵16同轴安装，排水开关20的感应头安装在辅助排水池15中，排水开关20的电输入端与电源调节电路10电连接，其电输出端与辅助排水电机36电连接，组成辅助排水机构，排水门电机31的动力轴上装有排水蜗轮39，排水蜗轮39与排水齿条拉杆40的齿条部分齿合交联，排水齿条拉杆40安装在排水拉杆滑座41中，主排水门23和辅助排水门24分别安装在排水齿条拉杆40的两端，主排水门23滑动方向的两侧镶装在主排水门滑槽42中，辅助排水门24滑动方向的两侧镶装在辅助排水门滑槽43
中，水位传感器21安装在主排水池5上，转换开关18与水位传感器21电连接，转换开关18内设两组执行开关，两执行开关的电输入端与电源调节电路10电连接，两执行开关的电输出端，控制主排水机构的与排水门电机31电连接，控制辅助排水机构的与排水门换相器27电连接，构成排水增压部分；
6.电源调节电路10的一端与蓄电池11电连接，电源调节电路10的另两端，一端与发电机9电连接，另一端与转换开关18中两执行开关、排水蓄能器19中开关、排水开关20的电输入端及动力水门电机22、动力水门换相器32电连接，转换开关18中两执行开关的电输出端，控制主排水机构的与排水门电机31电连接，控制辅助排水机构的与排水门换相器27电连接，排水蓄能器19中开关的电输出端与主排水电机26电连接，排水开关20的电输出端与辅助排水电机36电连接，动力水门换相器32跨接在动力水门电机22的两端，排水门换相器27跨接在排水门电机31的两端，组成辅助电源部分。
7.本排水增压水轮机动力电输出装置，设置了双路交替运转的排水机构，维持沉箱内的排水空间，使水源涌入沉箱中的水有足够的压力推动水轮机持续输出动力，驱动发电机输出电能。本排水增压水轮机动力电输出装置利用静水发电，降低了水轮机动力发电装置对水源的要求，适用于利用平静水源发电使用。
附图说明：
8.图1、排水增压水轮机动力电输出装置原理图。
9.图2、沉箱结构示意图。
10.图3、排水池机件布局示意图。
11.图4、动力水门控制机构图。
12.图5、排水门控制机构图(图中主排水口13为打开状态)。
13.图中：1、沉箱，2、动力水口，3、导流罩，4、水轮机，5、主排水池，6、主排水泵，7、主排水管，8、水源，9、发电机，10、电源调节电路，11、蓄电池，12、动力水门，13、主排水口，14、辅助排水口，15、辅助排水池，16、辅助排水泵，17、辅助排水管，18、转换开关，19、排水蓄能器，20、排水开关，21、水位传感器，22、动力水门电机，23、主排水门，24、辅助排水门，25、主排水换气室，26、主排水电机，27、排水门换相器，28、浮漂，29、配重块，30、锚块，31、排水门电机，32、动力水门换相器，33、动力水门蜗轮，34、动力水门齿条拉杆，35、辅助排水换气室，36、辅助排水电机，37、动力水门拉杆滑座，38、动力水门滑槽，39、排水蜗轮，40、排水齿条拉杆，41、排水拉杆滑座，42、主排水门滑槽，43、辅助排水门滑槽。
具体实施方式：
14.结合图1、图4说明沉箱式水轮机动力电能输出部分的结构和实施方式：
15.沉箱1置于水源8中，其顶部为开放式，导流罩3安装在沉箱1箱底的上部，水轮机4安装在导流罩3中，动力水口2设置在沉箱1的底部，动力水口2、导流罩3、水轮机4设置在同一轴线上，动力水口2处安装有动力水门12，动力水门电机22与电源调节电路10电连接，动力水门换相器32内装有蓄电池，其电输入端与电源调节电路10电连接，其电输出端跨接在动力水门电机22的两端，动力水门电机22的动力轴上装有动力水门蜗轮33，动力水门蜗轮33与动力水门齿条拉杆34的齿条部分齿合交联，动力水门齿条拉杆34安装在动力水门拉杆
滑座37中，动力水门齿条拉杆34的拉杆端部安装在动力水门12上，动力水门12滑动方向的两侧镶装在动力水门滑槽38中，发电机9与水轮机3同轴安装，浮漂28安装在沉箱1的上部外围，配重块29安装在沉箱1的底部，锚块30沉入水源8的水底处，由绳索与沉箱1连接，构成沉箱式水轮机动力电能输出部分。
16.沉箱式水轮机动力电能输出部分的沉箱1只需置于平静的水源中一定的深度，靠箱外水源与箱内空间的压差，使水在动力水口2处向上喷涌，形成动力，推动水轮机4旋转做功。安装在沉箱1箱底的上部的导流罩3为圆筒形，动力水口2、导流罩3对应水轮机4轴心设置，沉箱1箱内气压与大气环境气压相等，因此，水源8中的水对沉箱1中形成一定的压力差。
17.启动排水增压水轮机动力电输出装置时，将沉箱1置于水源8中，接通电源，动力水门电机22通电正转，带动动力水门蜗轮33正转，驱动动力水门齿条拉杆34拉动动力水门12，打开动力水口2，水源8中的水从动力水口2涌入沉箱1中，由导流罩3控制流向，推动水轮机4旋转做功，驱动发电机9输出电能。
18.动力水门换相器32中的蓄电池在整机运转期间由发电机9对其充入电能，在整机停机时，动力水门换相器32通过自备的蓄电池为动力水门电机22反向供电，动力水门电机22通电反转，带动动力水门蜗轮33反转，驱动动力水门齿条拉杆34推动动力水门12，关闭动力水口2。
19.浮漂28安装在沉箱1的上部外围，配重块29安装在沉箱1的底部，以保持沉箱箱体在水源8中的深度和垂度。锚块30的设置，用以控制沉箱1在水源8中的位置，防止漂移。
20.结合图2、图3、图5说明排水增压部分的结构和实施方式：
21.主排水池5设置在沉箱1的底部一侧，其上盖低于导流罩3的上沿，主排水泵6安装在主排水池5中，主排水池5上面设有主排水口13，主排水口13上装有主排水门23，主排水换气室25设置在主排水池5的上部，其顶部为开放式，其底部与主排水池5相通，主排水管7的下端安装在主排水泵6上，主排水管7的上部穿越主排水换气室25，其顶端高出沉箱1，出水口弯向水源8中，主排水电机26与主排水泵6同轴安装，排水蓄能器19由蓄电池和开关组成，开关的感应头安装在主排水池5中，开关的电输入端与电源调节电路10电连接，开关的电输出端与主排水电机26电连接，组成主排水机构；辅助排水池15设置在沉箱1的底部位于主排水池5的对侧，其上盖低于导流罩3的上沿，辅助排水泵16安装在辅助排水池15中，辅助排水池15上面设有辅助排水口14，辅助排水口14上装有辅助排水门24，辅助排水换气室35设置在辅助排水池15的上部，其顶部为开放式，其底部与辅助排水池15相通，辅助排水管17的下端安装在辅助排水泵16上，辅助排水管17的上部穿越辅助排水换气室35，其顶端高出沉箱1，出水口弯向水源8中，辅助排水电机36与辅助排水泵16同轴安装，排水开关20的感应头安装在辅助排水池15中，排水开关20的电输入端与电源调节电路10电连接，其电输出端与辅助排水电机36电连接，组成辅助排水机构。排水门电机31的动力轴上装有排水蜗轮39，排水蜗轮39与排水齿条拉杆40的齿条部分齿合交联，排水齿条拉杆40安装在排水拉杆滑座41中，主排水门23和辅助排水门24分别安装在排水齿条拉杆40的两端，主排水门23滑动方向的两侧镶装在主排水门滑槽42中，辅助排水门24滑动方向的两侧镶装在辅助排水门滑槽43中，水位传感器21安装在主排水池5上，转换开关18与水位传感器21电连接，转换开关18内设两组执行开关，两执行开关的电输入端与电源调节电路10电连接，两执行开关的电输出端，控制主排水机构的与排水门电机31电连接，控制辅助排水机构的与排水门换相器27电
连接，构成排水增压部分。
22.水轮机4的连续运转时间的长短，取决于排水池的容积、排水电机的配置功率和排水泵的排水流量。为使发电机9有足够的电能输出主排水电机26、辅助排水电机36的配置功率必须远小于发电机9的输出功率，因此，排水机构的排水速度会滞后于水源8中的水涌入沉箱1中的速度，沉箱1中水位上升高于导流罩3的上沿时会影响水轮机4的正常运转，为了维持水轮机4的正常运转，设置了主排水机构和辅助排水机构，主排水机构和辅助排水机构交替运转，控制沉箱1中的水位上升，使水轮机4正常运转，输出动力。
23.排水增压部分的主排水池5的容积设置大于辅助排水池15的容积，排水增压部分的运行以主排水机构为主，以辅助排水机构为辅，主排水机构和辅助排水机构的交替运行，由转换开关18依据主排水池5中的水位变化进行控制。水位传感器21的信号检识范围，上限水位设置在沉箱1中水位上升至与主排水口13平齐处，下限水位设置在主排水池中的水被排空。转换开关18中控制主排水机构的执行开关在主排水池5中的下限水位导通，在主排水池5中的水上升至上限水位时关闭。转换开关18中控制辅助排水机构的执行开关在主排水池5中的水位上升至上限水位时导通。
24.排水蓄能器19由蓄电池和开关组成。在整机运转时，发电机9通过电源调节电路10为各电路、电器供电的同时，对排水蓄能器19中的蓄电池进行充电。整机停机后，如果主排水池5中有积水，排水蓄能器19中开关继续导通，接通排水蓄能器19中蓄电池与主排水电机26的连接，由排水蓄能器19中蓄电池对主排水电机26供电，驱动主排水泵6继续运转，将主排水池5中的积水抽出，排回水源8中，直至主排水池5中的水被排空，主排水电机26断电停机，转换开关18中控制主排水机构的执行开关处于导通状态，主排水机构进入待机状态，整机再行启动，主排水机构首先运转。
25.整机运转时，水轮机4做功后的水流入沉箱1中，处于待运转状态的转换开关18中控制主排水机构的执行开关，通过电源调节电路10为排水门电机31接通电源，排水门电机31通电正转，带动排水蜗轮39正转，驱动排水齿条拉杆40拉动主排水门23，打开主排水口13，同时辅助排水门24关闭辅助排水口14。进入沉箱1中的水经主排水口13进入主排水池5中。排水蓄能器19中的开关检识到进水信号，通过电源调节电路10为主排水电机26接通电源，主排水电机26通电运转，驱动主排水泵6将进入主排水池5中的水抽出，通过主排水管7排回水源8中。
26.当主排水池5中水位上升至上限水位时，转换开关18中控制辅助排水机构的执行开关导通，通过电源调节电路10为排水换相器27接通电源，排水换相器27为排水门电机31反向供电，排水门电机31通电反转，带动排水蜗轮39反转，驱动排水齿条拉杆40推动辅助排水门24，将辅助排水口14打开，同时关闭主排水口13。进入沉箱1中的水经辅助排水口14进入辅助排水池15中，排水开关20检识到进水信号，通过电源调节电路10为辅助排水电机36接通电源，辅助排水电机36通电运转，驱动辅助排水泵16将进入辅助排水池15中的水抽出，通过辅助排水管17排回水源8中。
27.在辅助排水机构排水的同时，由于主排水池5中的存水，排水蓄能器19中开关继续导通，主排水电机26继续驱动主排水泵6运转，将主排水池5中的水排回水源8中，直至主排水池5中的水被排空，转换开关18中控制主排水机构的执行开关导通，为排水门电机31接通电源，排水门电机31驱动排水蜗轮39正转，将主排水口13打开，同时关闭辅助排水口14。进
入沉箱1中的水经主排水口13进入主排水池5中，排水蓄能器19中的开关检识到进水信号而导通，为主排水电机26接通电源，主排水电机26驱动主排水泵6将水排回水源8中。由于辅助排水池15的存水，排水开关20继续导通，辅助排水电机36继续驱动辅助排水泵16运转，将辅助排水池15中的水排回水源8中，直至辅助排水池15中的水被排空，辅助排水机构进入待机状态。
28.主排水机构和辅助排水机构按以上方式交替运行，将进入沉箱1中的水通过主排水池5和辅助排水池15排回水源8中，以保障水轮机4的有效运转，持续输出动力，带动发电机9输出电能。
29.主排水换气室25、辅助排水换气室35是为主排水池5、辅助排水池15中因进出水量的变化调节空气压力而设置。
30.结合图1说明辅助电源部分的电路结构和原理：
31.电源调节电路10的一端与蓄电池11电连接，电源调节电路10的另两端，一端与发电机9电连接，另一端与转换开关18中两执行开关、排水蓄能器19中开关、排水开关20的电输入端及动力水门电机22、动力水门换相器32电连接，转换开关18中两执行开关的电输出端，控制主排水机构的与排水门电机31电连接，控制辅助排水机构的与排水门换相器27电连接，排水蓄能器19中开关的电输出端与主排水电机26电连接，排水开关20的电输出端与辅助排水电机36电连接，动力水门换相器32跨接在动力水门电机22的两端，排水门换相器27跨接在排水门电机31的两端，组成辅助电源部分。
32.电源调节电路10为简单的智能控制电路。电源调节电路10的作用是：在整机初始启动时，接通蓄电池11与转换开关18、排水蓄能器19中开关、动力水门电机22的连接，由蓄电池11通过转换开关18中控制主排水机构的执行开关为排水门电机31供电，通过排水蓄能器19中开关为主排水电机26供电，同时为动力水门电机22供电。在水轮机4运转正常，驱动发电机9输出电能后，电源调节电路10接通发电机9与转换开关18、排水蓄能器19中开关、排水开关20、动力水门换向器32的连接，由发电机9接替蓄电池11，通过转换开关18中控制主排水机构的执行开关为排水门电机31供电，通过转换开关18中控制辅助排水机构的执行开关为排水门换相器27供电，通过排水蓄能器19中开关为主排水电机26供电，通过排水开关20为辅助排水电机36供电，同时为动力水门换向器32中蓄电池充电。
33.水轮机4驱动发电机9输出电能后，电源调节电路10保持发电机9与蓄电池11的连接，由发电机9为蓄电池11补充因整机初始启动时所消耗的电能。在蓄电池11的电能补足后，电源调节电路10断开发电机9与蓄电池11的连接。