柱形桨及水力发电装置的制作方法

1.本发明属于水力发电技术领域，尤其涉及一种柱形桨及水力发电装置。


背景技术：

2.水力发电是利用河流、湖泊等位于高处具有势能的水流至低处，将其中所含势能转换成水轮机之动能，再借水轮机为原动力，推动发电装置产生电能。传统的水力发电设施都是通过让流水流过桨叶的方式驱动发电电机运行发电，因此，在发电过程中需要有足够的水流流速、流量和足够高的水位，从而导致现有的水力发电设施不适应用于流速较慢、落差小和流水水位低的中小功率发电场合。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种可以应用于流速不快、落差小的中小功率发电场合的柱形桨及水力发电装置。
4.为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：
5.柱形桨，包括：柱形的桨本体，所述桨本体的轴向的尺寸大于所述桨本体的径向的尺寸，所述桨本体的外周壁上设置有若干个沿周向间隔布置的过水槽，所述过水槽沿平行于所述柱形桨的轴线的方向延伸；与所述桨本体相连的驱动轴，所述驱动轴沿所述桨本体的轴向设置。
6.由以上技术方案可知，本发明采用柱形的桨体，并在桨本体周壁上设置有过水槽，柱形桨贴近水底安装，从而流水流过柱形桨时，流水流入过水槽内并产生作用力带动中心桨转动，来驱动水力发电装置运作发电，柱形桨轴向长度大于其径向的尺寸，其上设置的过水槽增加了柱形桨的受力面，从而不仅对桨本体的材料结构强度的要求大大降低，能够使用轻型材料，降低重量和成本，可以适用于流速不快、落差小和水位低的流水中，实现在中小功率发电场合的应用。
7.如上所述的柱形桨，可选的，所述驱动轴沿所述桨本体的轴线贯穿所述桨本体。
8.如上所述的柱形桨，可选的，所述过水槽的截面形状为弧形，所述过水槽的槽口的第一边沿位于所述桨本体的周壁上，第二边沿通过一弧形面和所述桨本体的外周壁相连。
9.如上所述的柱形桨，可选的，所述弧形面和所述桨本体的外周壁相切连接。
10.如上所述的柱形桨，可选的，所述过水槽和所述柱形桨等长，所述过水槽的两端封闭。
11.弧形的过水槽增加了受力面积，能够使流水更高效地带动柱形桨转动。而且，在一些实施方式中，过水槽通过弧形面和桨本体的外周壁相连，可以减小对水流的阻挡，有效地将流水导入过水槽内。
12.如上所述的柱形桨，可选的，所述过水槽沿周向均匀间隔布置。
13.过水槽沿周向均匀间隔布置，使受力更均匀，从而水流能更稳定地带动柱形桨转动。
14.如上所述的柱形桨，可选的，还包括支撑所述柱形桨的支架，所述驱动轴通过轴承与所述支架相连。
15.本发明还提供了一种水力发电装置，包括：发电电机以及前述柱形桨，所述柱形桨安装于水流中，并可绕自身轴线转动，所述驱动轴驱动所述发电电机运作。
16.水力发电装置通过流水带动柱形桨旋转而驱动发电电机发电，使水力发电装置适用于落差小和水位底的流水进行中小功率发电，且在一些雨水较为充足的地区，可以利用所收集的雨水，将雨水排出时驱动柱形桨旋转而进行发电。
17.如上所述的水力发电装置，可选的，还包括变速装置，所述驱动轴和所述变速装置的输入端传动连接，所述变速装置的输出端和所述发电电机的输入端传动连接。
18.通过设置变速装置，驱动轴与变速装置传动连接，变速装置与发电电机传动连接，可以实现根据不同流速、不同落差和水位的流水调整柱形桨与发电电机的传动比，从而使水力发电装置适用于流速不快的流水进行发电。
19.如上所述的水力发电装置，可选的，所述水力发电装置包括至少一个所述柱形桨，当所述柱形桨有两个以上时，所述柱形桨的驱动轴通过联轴器连接在一起。
20.不仅可以根据实际应用环境及条件设置拼装在一起的柱形桨数量，还可以选择迎水流的方向进行安装以适应不同的情况，使用更为灵活；而且采用分段拼装的方式还可以降低制造、运输及工程安装的难度及成本。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。
22.图1是本发明实施例柱形桨的结构示意图；
23.图2是本发明实施例柱形桨的截面图；
24.图3是本发明实施例水力发电装置的结构示意图；
25.图4是本发明实施例两个柱形桨连接在一起的示意图。
26.以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。
具体实施方式
27.下面结合附图对本发明进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的附图会不依一般比例做局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。需要说明的是，附图采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、清晰地辅助说明本发明实施例的目的。同时，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量；术语“正”、“反”、“底”、“上”、“下”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。
28.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。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发明中的具体含义。
29.如图1和2所示，本实施例的柱形桨1包括柱形的桨本体1-1以及沿桨本体1-1的轴向设置的驱动轴1-2。本实施例的桨本体1-1为圆柱形，桨本体1-1的轴向长度l大于桨本体1-1的径向尺寸r。驱动轴1-1用于驱动水力发电装置中的发电电机发电。驱动轴1-2沿桨本体1-1的轴线贯穿桨本体1-1并与桨本体1-1相连。桨本体1-1绕自身轴线转动时，带动驱动轴1-2一起转动。如图4所示，两个以上的柱形桨1的驱动轴1-2可通过联轴器连接在一起，共同转动，形成柱形桨组合，应用于水力发电装置中时，柱形桨的数量可根据需求相应设置，组合的方式也可以根据需求相应设置，如两个柱形桨的驱动轴连接在一起，或三个柱形桨的驱动轴连接在一起，也可以不同数量的柱形桨组成一组，如一组两个柱形桨，一组三个柱形桨等。
30.在柱形桨1的外周壁设有若干个沿周向间隔布置的过水槽2，过水槽2从柱形桨1的表面向内凹陷，过水槽2的截面形状为弧形。过水槽2优选沿周向均匀间隔布置，以便于受力均匀。过水槽2沿平行于柱形桨1的轴线的方向延伸，过水槽2的两端封闭，例如可通过设置挡板(未图示)来封闭过水槽2两端的端口。可以每个过水槽2的两端都单独形状相适应的挡板来封闭过水槽2的端口，也可以设置一块大的挡板同时将一个柱形桨某一端的所有过水槽2的端口进行封闭。挡板用于防止水从过水槽2的端口流出。
31.过水槽2的槽口2a具有两个边沿：第一边沿21a和第二边沿21b，第一边沿21a在桨本体1-1的周壁上，第二边沿21b通过一弧形面22和桨本体1-1的外周壁相连，弧形面22和桨本体1-1的外周壁相切连接。当柱形桨1固定于流水中时，始终有过水槽2的槽口2a和水流的方向相对，即槽口2a面向水流，从而水流经过柱形桨1时，流入过水槽2中，水流的冲力会将过水槽2向下压，进而带动柱形桨1转动。水流经过过水槽2时的冲力或者积在过水槽2中的水的重力作用都可以使柱形桨1转动，柱形桨1旋转时带动驱动轴1-2转动，通过驱动轴1-2驱动水力发电装置的发电电机运转发电。
32.柱形桨1可以通过支架安装于水流中，使柱形桨1贴近水底，水流经过柱形桨1时必然会流入过水槽2，并借助水流对过水槽2的作用力推动柱形桨1转动，过水槽2沿柱形桨1的轴向设置，并与柱形桨1等长，受力面大，从而使柱形桨1可以适用于流速不快、落差小和水位低的流水中。过水槽2的槽口2a的第二边沿21b通过具有曲率的弧形面与桨本体1-1的外周壁相切连接，可以有效地将水导入过水槽2内，并减小对水流的阻挡，当过水槽2转动至桨本体1-1的另一侧时也便于将过水槽2内的水导出。
33.如图3所示，本发明还提供了一种水力发电装置，包括柱形桨1、变速装置3及发电电机4。柱形桨1通过支架5安装在水流中，并与水底贴近，柱形桨1的驱动轴1-2通过轴承安装于支架5上，从而水流流过柱形桨1时，柱形桨1在水流的作用下可以绕自身的轴线转动。驱动轴1-2的一端和变速装置3的输入端传动连接，变速装置3可为变速箱，变速装置3的输出端和发电电机4的输入端传动连接。柱形桨1转动时就将力经过驱动轴1-2传递至变速装置3，再经变速装置3输出给发电电机4，从而驱动发电电机4运行发电。水力发电装置通过变速装置可以实现根据不同流速、不同落差和水位的流水调整柱形桨与发电电机的传动比，
从而使水力发电装置使用于流速不快、落差小、水位低的流水进行发电。
34.本发明采用柱形的桨体，并在桨本体周壁上设置有过水槽，柱形桨贴近水底安装，从而流水流过柱形桨时，可以通过作用在过水槽的力带动柱形桨转动，尤其适用于水流不快、落差小和水位低的流水中。而且，柱形桨相对与传统的桨叶结构，桨本体轴向长度大于桨本体径向的尺寸(截面的尺寸)，过水槽沿桨本体的轴线设置，增加了柱形桨的受力面，从而对桨本体的材料结构强度的要求大大降低，能够使用轻型材料，降低重量和成本。此外，桨本体的柱形结构，和传统的桨叶结构，在流水带动其旋转时，不会对水流进行快速切割，能降低对水中的生物造成伤害。
35.采用本发明柱形桨的发电装置具有架设简便，环保可靠的优点，可作为太阳能发电的补充，用于偏远地区的监控电源；也可在一些常年多于地区，用于智能楼宇建设中的雨水收集发电装置，还可用于灾害情况下的应急发电。
36.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的范围之中。