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CN104081040B - 水轮机发电装置 - Google Patents

水轮机发电装置 Download PDF

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CN104081040B
CN104081040B CN201280068474.9A CN201280068474A CN104081040B CN 104081040 B CN104081040 B CN 104081040B CN 201280068474 A CN201280068474 A CN 201280068474A CN 104081040 B CN104081040 B CN 104081040B
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power generating
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Abstract

提供一种水轮机发电装置，包括具有水轮机部和发电机部的发电机构、使发电机构卡止在支撑体的卡止机构，其不会产生卡止机构的尺寸增大、维护检查时难以从挡板脱离等不理想情况。水轮机发电装置包括发电机构、使发电机构卡止在支撑体的卡止机构，发电机构具有水轮机部和发电机部，水轮机部具有上下延伸并在上部周壁形成水流入口且下端形成水流出口的筒状壳体、配设在筒状壳体内的叶轮，卡止机构使水轮机部的筒状壳体卡止在作为支撑体的设在水路中的挡板上，水轮机部具有在筒状壳体内轴心一致地配设且叶片相对于轴心延伸方向的扭曲方向为互相相反方向的一组叶轮，发电机部具有内外双旋转电枢式发电机，所述一组叶轮的一个与所述发电机的内外的旋转电枢的一个连结，所述一组叶轮的另一个与所述发电机部的内外的旋转电枢的另一个连结，卡止机构不将发电机构固定在支撑体地使其卡止。

Description

水轮机发电装置
技术领域
本发明涉及水轮机发电装置。
背景技术
专利文献1、2公开了水轮机发电装置，包括发电机构、使发电机构卡止在支撑体的卡止机构，发电机构具有水轮机部和发电机部，水轮机部具有上下延伸并在上部周壁形成水流入口且下端形成水流出口的筒状壳体、配设在筒状壳体内的叶轮，卡止机构使水轮机部的筒状壳体卡止在作为支撑体的设在水路中的挡板上。
专利文献
专利文献1：日本特开2001-153021号公报
专利文献2：日本特开2010-174678号公报。
发明内容
发明欲解决的问题
在上述水轮机发电装置中，在发电机部的固定电枢与被叶轮旋转驱动的发电机部的旋转电枢之间，为了使相反旋转力矩作用，需要防止固定电枢的旋转，进而需要防止筒状壳体的旋转，需要卡止机构能够将筒状壳体牢固固定在挡板。结果会产生卡止机构的尺寸增大、维护检查时难以从挡板脱离等不理想情况。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种水轮机发电装置，包括发电机构、使发电机构卡止在支撑体的卡止机构，发电机构具有水轮机部和发电机部，水轮机部具有上下延伸并在上部周壁形成水流入口且下端形成水流出口的筒状壳体、配设在筒状壳体内的叶轮，卡止机构使水轮机部的筒状壳体卡止在作为支撑体的设在水路中的挡板上，不会产生卡止机构的尺寸增大、维护检查时难以从挡板脱离等不理想情况。
用于解决问题的方案
为解决上述问题，本发明提供一种水轮机发电装置，包括发电机构、使发电机构卡止在支撑体的卡止机构，发电机构具有水轮机部和发电机部，水轮机部具有上下延伸并在上部周壁形成水流入口且下端形成水流出口的筒状壳体、配设在筒状壳体内的叶轮，卡止机构使水轮机部的筒状壳体卡止在作为支撑体的设在水路中的挡板上，其特征在于，水轮机部具有在筒状壳体内轴心一致地配设且叶片相对于轴心延伸方向的扭曲方向为互相相反方向的一组叶轮，发电机部具有内外双旋转电枢式发电机，所述一组叶轮的一个与所述发电机的内外的旋转电枢的一个连结，所述一组叶轮的另一个与所述发电机部的内外的旋转电枢的另一个连结，卡止机构不将发电机构固定在支撑体地使其卡止。
在本发明所涉及的水轮机发电装置中，利用挡板的上游侧的水路的水位与挡板的下游侧的水路的水位之间的落差来发电。水路的挡板的上游域的水流越过挡板，该水流的一部分或者全部通过水轮机发电装置的水流入口流入筒状壳体，在筒状壳体内下降将叶轮向互相相反方向旋转驱动，通过水流出口从筒状壳体流出，在水路的挡板的下游域向下流。
轴心一致地配设且叶片相对于轴心延伸方向的扭曲方向为互相相反方向的一组叶轮向互相相反方向旋转，该旋转传递至发电机部的内外双旋转电枢，双旋转电枢向互相相反方向旋转并发电。在发电中，作用在双旋转电枢的相反旋转力矩一致，进而，作用在内侧旋转电枢和与该电枢连结的叶轮形成的内侧旋转系统以及外侧旋转电枢和与该电枢连结的叶轮形成的外侧旋转系统的相反旋转力矩一致并抵消。
本发明所涉及的水轮机发电装置中，由于在发电中，作用在内侧旋转电枢和与该电枢连结的叶轮形成的内侧旋转系统以及外侧旋转电枢和与该电枢连结的叶轮形成的外侧旋转系统的相反旋转力矩一致并抵消，因此，在筒状壳体不会产生作为反作用的旋转力矩。所以，卡止机构不需要将筒状壳体牢固固定在挡板，仅使其卡止即可。所以，在本发明所涉及的水轮机发电装置中，不会产生卡止机构的尺寸增大、维护检查时难以从挡板脱离等不理想情况。
在本发明的优选的形态中，卡止机构具有与挡板的顶部外嵌合的槽形截面部件。
在本发明的优选的形态中，卡止机构具有爪部件，所述爪部件包括插通在挡板的顶部形成的缺口的脚部、以及与挡板的水路上游侧端面抵接的头部。
在本发明的优选的形态中，卡止机构具有臂部件，所述臂部件形成有在挡板的顶部配设的突起所插通的孔。
作为不将发电机构固定在支撑体而使其卡止的机构，优选的是具有与挡板的顶部外嵌合的槽形截面部件的机构；具有爪部件，爪部件包括：插通在挡板的顶部形成的缺口的脚部、以及与挡板的水路上游侧端面抵接的头部的机构；具有形成有在挡板的顶部配设的突起所插通的孔的臂部件的机构等简单的构造。
在本发明的优选的形态中，卡止机构与发电机构分开形成，能装拆地固定在发电机构。
根据设置水轮机发电装置的水路、挡板的状况，需要将卡止机构最优化。所以，优选的是卡止机构与发电机构分开形成，能装拆地固定在发电机构。
在本发明的优选的形态中，卡止机构是框架构造物。
通过使卡止机构为框架构造物，尽可能降低卡止机构相对于水流的阻力，能够降低从卡止机构施加到挡板的负荷。
在本发明的优选的形态中，水轮机发电装置包括调节机构，将卡止机构的与挡板的卡合部的、相对于水轮机部的筒状壳体的上下方向相对位置进行可变调节。
为了将发电机构的水流入口相对于挡板的上游侧的水面的高度位置最优化，优选的是设有调节机构，将卡止机构的与挡板的卡合部相对于水轮机部的筒状壳体的上下方向相对位置进行可变调节。
在本发明的优选的形态中，卡止机构包括下端与水路的底壁抵接的长度能调整的支撑脚。
为了使水轮机发电装置的设置状况稳定化，优选的是卡止机构包括下端与水路的底壁抵接的长度能调整的支撑脚。
在本发明的优选的形态中，水轮机部包括从水流入口向筒状壳体的径向外侧延伸的末端变宽的集水筒。
通过设有集水筒，能够使流入筒状壳体的水的流量增加。
在本发明的优选的形态中，筒状壳体的下端部形成末端变宽的排水筒。
通过筒状壳体的下端部形成末端变宽的排水筒，能够减轻水流出口的废弃损耗，另外，能够利用促进虹吸效应来增加流入筒状壳体的水的流量。
在本发明的优选的形态中，筒状壳体的与叶轮对置的部位由透明材料形成。
通过用透明材料形成筒状壳体的与叶轮对置的部位，叶轮的检查变得容易。
在本发明的优选的形态中，发电机部定位在筒状壳体的上方。
通过将发电机部定位在筒状壳体的上方，能够抑制发电机部与水流的接触。
附图说明
图1是以截面示出本发明的实施例所涉及的水轮机发电装置的一部分的侧视图。
图2是本发明的实施例所涉及的水轮机发电装置的发电机构的外观立体图。
图3是本发明的实施例所涉及的水轮机发电装置的发电机构的纵向剖视图。
图4是本发明的实施例所涉及的水轮机发电装置的卡止机构的其他形态的立体图。
具体实施方式
说明本发明的实施例所涉及的水轮机发电装置。
如图1所示，水轮机发电装置A包括：发电机构B；使发电机构B卡止在支撑体的卡止机构C。
发电机构B如图1-3所示，具有水轮机部1和发电机部2，水轮机部1具有上下延伸并在上部周壁形成水流入口11a且下端形成水流出口11b的筒状壳体11、配设在筒状壳体11内的叶轮组12。
在筒状壳体11固定有从水流入口11a向径向外侧延伸的扁平的末端变宽(在流动方向变窄)的集水筒11c，另外，筒状壳体11的下端部形成末端变宽的排水筒11d。
筒状壳体11的与叶轮组12对置的部位11e由透明材料形成。
叶轮组12由一组叶轮12a、12b构成，一组叶轮12a、12b轴心一致地配设，且叶片相对于轴心延伸方向的扭曲方向互相相反。上方的叶轮12a固定在上下延伸的筒状的外轴12c的下端部，下方的叶轮12b固定在插通于外轴12c且上下延伸的内轴12d的下端。外轴12c被支撑筒12f支撑，以便能绕中心轴线旋转且不能上下移动，支撑筒12f配设在筒状壳体11内并上下延伸且通过臂部件12e被固定在筒状壳体11上，内轴12d被外轴12c支撑，以便能绕中心轴线旋转且不能上下移动。
支撑筒12f贯通塞住筒状壳体11的上端的顶板11f，向上方延伸。外轴12c通过支撑筒12f的顶部并向上方延伸，在上端固定有皮带轮12g。内轴12d贯通皮带轮12g向上方延伸，在上端固定有皮带轮12h。
发电机部2由内外双旋转电枢式同步发电机构成，该同步发电机具有：上下延伸的筒状的外轴21a；插通于外轴21a并上下延伸的内轴21b；固定在外轴21a的外侧旋转电枢22a；固定在内轴21b并与外侧旋转电枢22a对置的内侧旋转电枢22b；固定在外轴21a的下端的皮带轮23a；向外轴21a的下端的下方延伸的内轴21b的下端所固定的皮带轮23b；容纳上述部件的筒状壳体24。
发电机部2定位在水轮机部1的筒状壳体11的上方。
发电机部2的皮带轮23a通过环形带31a与水轮机部的皮带轮12h工作卡合，发电机部2的皮带轮23b通过环形带31b与水轮机部的皮带轮12g工作卡合。
卡止机构C如图1所示，与发电机构B分开形成，由框架构造物4构成，框架构造物4具有：使用螺栓和螺母，能在筒状壳体11的下部装拆地固定的框体41；使用上下排列并在框体41形成的多个安装孔、和上下排列并在其自身形成的多个安装孔、和插通安装孔的螺栓、和拧入螺栓的螺母，上下方向相对位置可变地固定在框体41的槽形截面部件42；上下延伸并从框体41下端向下方突出的部分的长度能调整地安装在框体41的支撑脚43。
卡止机构C使槽形截面部件42从上方外嵌合在设在水路100中的挡板200的顶部，使发电机构B卡止在挡板200上。发电机构B关于流过水路100的水流，位于挡板200的下游侧，支撑脚43的下端抵接在挡板200的下游侧的水路100的底壁。
在发电机构B卡止在挡板200的状态下，集水筒11c的前端开口部11c’指向流过水路100的水流的上游侧。
说明水轮机发电装置A的工作。
如图1所示，根据挡板200的设置，在挡板的上游侧的水路的水位h1与挡板的下游侧的水路的水位h2之间产生落差。
如图1中的白箭头所示，水路100的挡板200的上游域的水流越过挡板200，该水流的一部分或者全部流入水轮机发电装置A的集水筒11c，进一步通过水流入口11a流入筒状壳体11，在筒状壳体11内下降并将叶轮12a、12b向互相相反方向旋转驱动，通过水流出口11b从筒状壳体11流出，在水路100的挡板200的下游域向下流。
轴心一致地配设且叶片相对于轴心延伸方向的扭曲方向为互相相反方向的一组叶轮12a、12b向互相相反方向旋转，该旋转通过外轴12c、内轴12d传递至皮带轮12g、12h，进一步通过环形带31b、31a、皮带轮23b、23a，增速传递至内轴21b、外轴21a，内侧旋转电枢22b与外侧旋转电枢22a向互相相反方向旋转并发电。
在水轮机发电装置A中，在发电中，作用在双旋转电枢22a、22b的相反旋转力矩一致，进而，作用在内侧旋转电枢22b和与该电枢连结的内轴21b、外轴12c、叶轮12a形成的内侧旋转系统与外侧旋转电枢22a和与该电枢连结的外轴21a、内轴12d、叶轮12b形成的外侧旋转系统的相反旋转力矩一致并抵消。
在水轮机发电装置A中，在发电中，作用在内侧旋转电枢22b和与该电枢连结的内轴21b、外轴12c、叶轮12a形成的内侧旋转系统与外侧旋转电枢22a和与该电枢连结的外轴21a、内轴12d、叶轮12b形成的外侧旋转系统的相反旋转力矩一致并抵消，因此，在筒状壳体11不会产生作为反作用的旋转力矩。所以，卡止机构C不需要将筒状壳体11牢固固定在挡板200，仅使其卡止即可。优选的是与挡板200的顶部外嵌合的槽形截面部件42不将筒状壳体11固定在挡板200而使其卡止。在不将筒状壳体11固定在挡板200而仅使其卡止的水轮机发电装置A中，不会产生卡止机构C的尺寸增大、维护检查时难以从挡板200脱离等不理想情况。
根据设置水轮机发电装置A的水路100、挡板200的状况，例如流过水路的水流的流速、挡板的厚度等，需要将卡止机构C最优化。所以，优选的是卡止机构C与发电机构B分开形成，能装拆地固定在发电机构B。
通过使卡止机构C为框架构造物4，尽可能降低卡止机构C相对于水流的阻力，能够降低从卡止机构C施加到挡板200的负荷。
为了将发电机构B的水流入口11a相对于挡板200的上游侧的水面的高度位置最优化，优选的是设有调节机构，将卡止机构C的与挡板200的卡合部相对于水轮机部的筒状壳体11的上下方向相对位置进行可变调节，该卡合部更具体而言是与挡板200的顶部外嵌合的槽形截面部件42。
为了使水轮机发电装置A的设置状况稳定化，优选的是卡止机构C包括下端与水路100的底壁抵接的长度能调整的支撑脚43。
通过设有末端变宽的集水筒11c，增加向筒状壳体11的流入水流量。
通过设有末端变宽的排水筒11d并使在水流出口11b的流速降低，水轮机部1的废弃损耗降低，并且在上游的叶轮附近部，流速增加且压力下降，促进虹吸效应，增加向筒状壳体11的流入水流量。
通过用透明材料形成筒状壳体11的与叶轮12a、12b对置的部位11e，叶轮12a、12b的检查变得容易。
通过将发电机部2定位在筒状壳体11的上方，能够抑制发电机部2与水流、水中漂流物的接触。
在上述实施例中，采用了具有与挡板200的顶部外嵌合的槽形截面部件42的卡止机构，但使用如图4(a)所示的，具有爪部件5的卡止机构，其中该爪部件5包括插通在挡板200的顶部形成的缺口200a的脚部5a、以及与挡板的水路上游侧端面抵接的头部5b，以及如图4(b)所示的，具有形成在挡板200的顶部配设的突起200b插通的孔6a的臂部件6的卡止机构，也能够不将筒状壳体11固定在挡板200而使其卡止。
使用与上述卡止机构的构成不同的卡止机构，也可以不将筒状壳体11固定在挡板200而使其卡止。
在上述实施例中，通过框体41将槽形截面部件42、支撑脚43安装在水轮机部1，但也可以将槽形截面部件42、支撑脚43直接安装在水轮机部1。
也可以代替同步发电机而使用感应发电机。
工业上的实用性
本发明能够广泛利用于设置在农业用水路、工业用水路、生活用水路、小河流等小水路的输出小的水轮机发电装置。
符号说明
A水轮机发电装置
B发电机构
C卡止机构
1水轮机部
2发电机部
4框架构造物
5爪部件
6臂部件
12a、12b叶轮
22a外侧转子
22b内侧转子
42槽形截面部件
100水路
200挡板。

Claims (12)

1.一种水轮机发电装置，包括发电机构、使发电机构卡止在支撑体的卡止机构，发电机构具有水轮机部和发电机部，水轮机部具有上下延伸并在上部周壁形成水流入口且下端形成水流出口的筒状壳体、配设在筒状壳体内的叶轮，卡止机构使水轮机部的筒状壳体卡止在作为支撑体的设在水路中的挡板上，其特征在于，
水轮机部具有在筒状壳体内轴心一致地配设且叶片相对于轴心延伸方向的扭曲方向为互相相反方向的一组叶轮，发电机部具有内外双旋转电枢式发电机，所述一组叶轮的一个与所述发电机的内外的旋转电枢的一个连结，所述一组叶轮的另一个与所述发电机部的内外的旋转电枢的另一个连结，卡止机构不将发电机构固定在支撑体地使其卡止。
2.如权利要求1所述的水轮机发电装置，其特征在于，卡止机构具有与挡板的顶部外嵌合的槽形截面部件。
3.如权利要求1所述的水轮机发电装置，其特征在于，卡止机构具有爪部件，所述爪部件包括插通在挡板的顶部形成的缺口的脚部、以及与挡板的水路上游侧端面抵接的头部。
4.如权利要求1所述的水轮机发电装置，其特征在于，卡止机构具有臂部件，所述臂部件形成有在挡板的顶部配设的突起所插通的孔。
5.如权利要求1至4的任一项所述的水轮机发电装置，其特征在于，卡止机构与发电机构分开形成，能装拆地固定在发电机构。
6.如权利要求1至4的任一项所述的水轮机发电装置，其特征在于，卡止机构是框架构造物。
7.如权利要求1至4的任一项所述的水轮机发电装置，其特征在于，包括调节机构，将卡止机构的与挡板的卡合部的、相对于水轮机部的筒状壳体的上下方向相对位置进行可变调节。
8.如权利要求1至4的任一项所述的水轮机发电装置，其特征在于，卡止机构包括下端与水路的底壁抵接的长度能调整的支撑脚。
9.如权利要求1至4的任一项所述的水轮机发电装置，其特征在于，水轮机部包括末端变宽的集水筒，所述集水筒从水流入口向筒状壳体的径向外侧延伸。
10.如权利要求1至4的任一项所述的水轮机发电装置，其特征在于，筒状壳体的下端部形成末端变宽的排水筒。
11.如权利要求1至4的任一项所述的水轮机发电装置，其特征在于，筒状壳体的与叶轮对置的部位由透明材料形成。
12.如权利要求1至4的任一项所述的水轮机发电装置，其特征在于，发电机部定位在筒状壳体的上方。
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