CN100520056C - 竖叶水车发电装置及应用该装置的水力发电方法 - Google Patents

Abstract

一种竖叶水车发电装置及应用该装置的水力发电方法，其包括：具有多个叶片(a1)的竖叶水车(17)，各叶片(a1)可与水车的中心轴(25)同步旋转；用于将水车(17)固定于流水中的挡柱(20)；可与水车的中心轴(25)同步旋转的提速齿轮系(14)；和发电机组(d1)，通过提速齿轮系将动能传递到发电机组(d1)，实现水力发电，其特征在于，所述多个叶片(a1)以垂直于水平面的方式被安装在水车(17)上，使得各叶片(a1)在流水作用下被驱动并且始终保持叶片垂直于水平面。通过上述竖叶水车发电装置将波能转换成电能输送调电输出器。并且在电压过高时，通过电动机将多余电能转换成机械能，经调档器(10)、离合器组件(9)、变速器(7)，传力齿轮组及传动系统将机械能存入能量蓄存库(2)；在海能不稳或电压不足时，将能量蓄存库存储的机械能经传力齿轮组传递到发电机组，通过发电机组将动能转换成电能，通过调电输出器补足提供平稳电压。

Description

竖叶水车发电装置及应用该装置的水力发电方法

相关交互参考

本申请要求本申请人于2004年3月16日提交的申请号为No.200410030315.7的中国申请的优先权，其相关内容在此结合作为参考。

技术领域

本发明涉及水车发电装置，特别是一种叶片以始终保持垂直于水平面的方式进行旋转的竖叶水车发电装置和应用该竖叶水车发电装置的水力发电方法。

背景技术

目前社会生产力高速发展，电能广泛使用，人们生活中的能量消耗又日益增加，造成有限资源严重消耗，面临枯竭的危险，据能源情报显示，全球的电能90％以上属于“火、核、油、气”产生，因而造成地球环境严重污染，将直接威胁人类生存。

现有的有关水力发电的装置一般使用水轮机或浮箱作为旋转动力单元，如李贤昌于2001年4月10日申请的发明名称为“海浪发电系统”的中国专利申请，其公开号为CN1417467A。在这些水力发电装置中，需要构造堤坝以提高水位。此外，过多的电力通常是利用抽水蓄能技术存储，即从下游水库抽水到上游水库，当电力需求大时，再从上游水库中放水发电，以满足供电需求。这种建造水库的工程的缺点是，造成了土地的损失，缺乏灵活性。

发明内容

本发明旨在开发可再生清洁电能，满足人类与日俱增的能量需求，可保护有限资源、保护环境、又能促进经济发展、造福人类。本发明的发电装置可小可大、造价低、收益快、而且坚固、耐久和安全，适应于沿海和江河附近地区，经济效益显著。

本发明的竖叶水车发电装置可以克服现有技术的缺点，其不需要构造堤坝以提高水位，而且只要有水流动的地方均可建立，其利用机械能量转换的原理存储过多的电力，当电力需求大时，再将存储能量放出发电，以满足供电需求，从而工程简易，投产快速，最适应于开发利用海水资源。

本发明的发电装置有四种不同结构的方案可以自由选择。第一种为单体水车发电装置，根据水车规格设置挡柱，将随水车转动的中心轴两端以轴承安装在挡柱上，再装上提速齿轮和发电机组，即可发电，实施非常简单。第二种为联合式发电装置，其包括两个以上的上述竖叶水车发电装置，可以整体式地联合进行发电，其通过挡柱可以自由连接。第三种为采用浮筒支撑水车的发电装置，每个水车采用井架支撑浮筒，水车串连成防坝状。第四种采用联体挡柱装置支撑水车的发电装置，水车能自动随水位升降。

上述四种装置的主要创新点在于，水车左右各设置多边形的内架和外架，内架为主架，将水车叶片的加固轴安装在内架的多边形顶点处，外架为辅助架，并在其多边形顶点具有曲轴与水车叶片的加固轴相连，使水车叶片旋转时始终垂直于水平方向，使水车既灵活又坚固，随着水位自由升降而转动，减少波能损耗，可最大限度地将水流冲力(波能)转换成动能，再将动能传递到发电机组进行发电。在发电过程中如果发现电压过大，则由电动机将一部分电能转换成动能，经调档器、离合器组件和变速器将旋转动力存入能量蓄存库转换成势能，待海能不稳或水能不足时再将势能转换成电能，保持电压平稳。这样的将多余电能转换成势能，再将势能转换成电能的装置，截止目前全世界发电系统中尚未出现先例。

本发明提供了一种竖叶水车发电装置，其包括：具有多个叶片的竖叶水车，各叶片可与水车的中心轴同步旋转；用于将水车固定于流水中的挡柱；可与水车的中心轴同步旋转的提速齿轮系；和发电机组，通过提速齿轮系将动能传递到发电机组，实现水力发电，其特征在于，所述多个叶片以垂直于水平面的方式被安装在水车上，使得各叶片在流水作用下被驱动并且始终保持叶片垂直于水平面。

此外，在各叶片中部成一体地设置有平行于中心轴的加固轴，所述水车左右两侧分别设置有形成边数与叶片的数目相同的多边形框架的内架和外架，其中，所述内架具有多个连接臂在多边形顶点处顺序连接在加固轴的端部上，使得内架可以所述中心轴的轴线为旋转中心旋转；所述外架在中心部设有圆环轨和在多边形顶点处设置的、用于与叶片加固轴的端部固定连接以形成一体的多个曲轴，使得所述外架可以圆环轨的中心轴线为旋转中心旋转，所述外架的旋转中心轴线位于所述内架的旋转中心轴线之下，并且彼此平行地位于同一竖直平面内。

在上述竖叶水车发电装置中，所述水车的叶片包括多个长条形锯齿形格间，它们沿水车中心轴的方向并列设置整体呈矩形，相邻的所述锯齿形格间通过间隔板固定连接，并且沿水车中心轴的方向形成凹凸交错的图案。

在上述竖叶水车发电装置中，所述曲轴为“L”形，从上到下逐渐变细，所述曲轴分别固定于相应的叶片加固轴的两端，并且叶片加固轴的两端为逐渐缩小的三级台阶段，内段为圆柱形以安装用于连接内架的轴承，中段为六角棱柱形，以安装用于连接外架、并且两端具有与叶片加固轴的中段配合的六角孔的曲轴，外段安装有螺纹件以锁定曲轴，每个曲轴端部具有六角孔以对准相应的叶片加固轴的六角棱柱形中段而被固定连接。

在上述竖叶水车发电装置中，水车叶片的数目为5-10个。

在上述竖叶水车发电装置中，所述叶片加固轴是沿叶片宽度方向从中部分别向左和右每个格间逐级增加厚度的圆管，其和每个格间及间隔板焊接固定。

在上述竖叶水车发电装置中，所述水车两侧还设置有船形浮筒、用于支撑浮筒的多个井架和在所述浮筒外正面设置的加固架，所述井架通过紧固装置与挡柱相连，所述船形浮筒由平板焊接而成，上下两端为楔形，其设置于外架外侧，所述加固架上方有一凹口，其上通过轴承支撑水车的中心轴，并且在对应于圆环轨内周面的位置以一定间隔安装有多个滑轮，通过滑轮外沿的环形槽支撑外架的圆环轨。

在上述竖叶水车发电装置中，所述发电装置还设置有联体挡柱装置，在所述水车两侧还分别设置有多个直立联体挡柱、连接所述联体挡柱的上横梁和下横梁、通过轴承安装于上下横梁之间的两条螺杆和安装在所述螺杆一侧的加固架，多个螺母套在所述螺杆上，所述加固架与所述螺母固定连接成一体，并且所述加固架上方有一凹口，其上通过轴承支撑水车的中心轴，并且在对应于圆环轨内周面的位置以一定间隔安装有多个滑轮，通过滑轮外沿的环形槽支撑外架的圆环轨。

在上述竖叶水车发电装置中，所述联体挡柱装置还包括离合齿轮系、与离合齿轮系同轴的浮球、锥形齿轮组和齿轮系，所述锥形齿轮组由两个锥形齿轮以锥顶面相对、中间夹装圆柱齿轮的方式固定安装在同一花键轴上，并且通过所述花键轴与上横梁上安装的锥形齿轮系相连，浮球随水位升降，使离合齿轮系与锥形齿轮组和齿轮系中相应的齿轮接合，以带动两条螺杆转动，从而实现加固架随水位涨落而自动升降。

在上述竖叶水车发电装置中，所述发电装置还设置有调档器、离合器组件、变速器、传力齿轮组和用于存储能量的能量蓄存库，所述调档器包括可上下移动的齿条，以用于确定加速或减速；所述离合器组件用于确定变速器的变速档位，其包括与所述齿条接合的上部圆环齿轮、中间传动机构和下部蜗杆；所述变速器沿圆周方向设置有包括多个齿轮的多个独立的变速舱，在所述变速舱上部和下部分别固定有一主轮，所述主轮可选择地与各个变速舱中的顶部齿轮和底部齿轮接合；所述传力齿轮组具有与所述下部主轮连动的大齿轮以及沿大齿轮圆周分布的、用于将能量传入或传出能量蓄存库的多个圆柱齿轮；所述能量蓄存库包括与大齿轮具有相同中心轴的外壳以及一端安装于环形盘的环壳内的弹簧片，所述弹簧片的另一端固定于大齿轮的中心轴的轴毂上并可围绕所述中心轴卷绕和退绕，在电压高时使一部分电能输送到电动机转换成动能，经齿轮系传动至调档器，由调档器控制离合器组件接合变速器，从而选择相适应的变速器的相应变速舱进行变速，再通过传力齿轮组将动能转换成势能存入能量蓄存库；在电压低时从能量蓄存库将势能转换成动能，并通过能量蓄存库的中心轴、输出齿轮组、齿轮系传递到能量调控器，最后传递到发电机将动能转换成电能，补给调电输出器实现输出电压平稳。

在上述竖叶水车发电装置中，所述中间传动机构具有与上部圆环齿轮相连的导引盘和可选择地与下部蜗杆接合的传动齿轮组，所述导引盘中装有限压弹簧碰珠，在旋转动力超过限压值时，引导传动齿轮组脱离下部蜗杆，通过机械式传动自动调节变档。

在上述竖叶水车发电装置中，所述变速器整体呈球形，其具有顶部圆环蜗轮、多个变速舱、与所述蜗轮连动的中心轴以及用于分隔每个变速舱的主架板和副架板，所述主架板与所述顶部圆环蜗轮固定连接，多个相互啮合且位于竖直平面的齿轮从上到下依次安装在各个变速舱中。

在上述竖叶水车发电装置中，所述变速器按照各变速舱的排列顺序依次从中间向左逐级提速，从中间向右逐级减速。

在上述竖叶水车发电装置中，所述传力齿轮组包括与大齿轮同轴连动的小齿轮以及与所述小齿轮啮合的四个圆柱齿轮，所述圆柱齿轮具有中心轴，中部装有小齿轮啮合设置于能量蓄存库外周面上的齿轮，用于将旋转动力传入能量蓄存库转化成势能；所述传力齿轮组还包括与大齿轮同轴连动的另一大齿轮以及与所述圆柱齿轮同轴连动的小齿轮，用于将能量传出能量蓄存库。

在上述竖叶水车发电装置中，所述能量蓄存库还具有外壳、上下盖板、多层环形盘，与大齿轮同轴的中心轴上装有花键毂，外壳的外周形成花键槽，环形盘外周具有可与花键槽配合的凹凸槽，在每层环形盘的上下表面安装有内扣环式环板，所述弹簧片安装在每层环形盘中，其一端安装于环形盘的内凹槽中，另一端与花键毂固定连接，上盖板下方和下盖板上方分别设置有带滚珠的环道，在环道上下表面分别设置有环板以合拢滚珠，当外壳和环形盘和中心轴一起联体转动时，使弹簧片围绕所述中心轴卷绕和退绕。

本发明还提供了一种联合式发电装置，其包括两个以上的上述竖叶水车发电装置，可以整体式地联合进行发电。

本发明还提供了一种水力发电方法，其使用上述竖叶水车发电装置，该方法包括下列步骤：

a.流动水驱动具有多个叶片的水车，使各叶片以始终保持垂直于水平面的方式带动水车中心轴旋转；

b.水车中心轴与提速齿轮系连动，并将动能传递到发电机组；

c.通过发电机组将动能转换成电能，通过调电输出器提供平稳电压。

在上述水力发电方法中，可使用两个以上竖叶水车发电装置联合进行发电。

本发明还提供了一种水力发电方法，其使用上述竖叶水车发电装置应用于海能发电，该方法包括下列步骤：

a.流动水驱动具有多个叶片的水车，使各叶片以始终保持垂直于水平面的方式带动水车中心轴旋转；

b.水车中心轴与提速齿轮系连动，并将动能传递到发电机组；

c.通过发电机组将动能转换成电能，并且在电压过高时，通过电动机将电能转换成机械能，经调档器、离合器组件、变速器，传力齿轮组及传动系统将机械能存入能量蓄存库；在海能不稳或电压不足时，将能量蓄存库存储的机械能经传力齿轮组传递到发电机组，通过发电机组将动能转换成电能，通过调电输出器提供平稳电压。

在上述水力发电方法中，可使用两个以上竖叶水车发电装置联合进行发电。

本发明的装置可大可小，特别适合于将海能转化为电能的应用，可以大功率发电，并且很好地解决了在开发海能中常见的包括涨落水位、正反向海潮、强弱水流力等难题，其技术效果在于：

1.水车叶片始终保持垂直于水面，使得吸水深、范围大、脱水快；

2.多个水车与浮筒可以并列连接组成大型联合式水车发电装置，根据需要设定总装机容量；

3.采用井架支撑每位浮筒，并用链条将井架连接到上下游各挡柱，使水车牢靠固定，可承受水涨落时的大力冲击，并可以规定水位深度漂浮；

4.通过调档器、离合器组件、变速器和能量蓄存库等机构，以机械式结构将电能转换成势能进行存储，并在需要时可将存储的势能释放，转换成电能输出，从而自动控制电压稳定输出。

附图说明

图1是本发明的竖叶水车发电装置的一个实施例的示意图。

图2是多个图1中所示的水车并列连接而形成的联合式水车发电装置的示意图。

图3是图1中所示的平板船形浮筒的侧视图。

图4是图2中相邻的两个水车之间的四个多边形内架A和外架B的联合示意图。

图5是图1中在水车一侧的内架A和外架B的同步转动示意图。

图6是图1中的水车叶片以及与水车叶片相连的曲轴的示意图。

图7是联体挡柱装置一侧的联体挡柱及各配件的结构原理示意图。

图8是图1所示的调档器的示意图。

图9是图1所示的离合器组件的示意图。

图10是图1所示的变速器的示意图。

图11是图1所示的传力齿轮组的俯视示意图。

图12是图1所示的能量蓄存库的立体示意图。

图13是图12中能量蓄存库的内层环形盘的俯视示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

图1所描述的为本发明的以浮筒支撑水车的竖叶水车发电装置的一个实施例。下面结合图1-图13中所示的附图标记进行说明。该竖叶水车发电装置具有多个叶片a1的竖叶水车17，各叶片a1可与水车的中心轴25同步旋转；可与水车的中心轴25同步旋转的提速齿轮系14；发电机组d1，其中，所述多个叶片a1以垂直于水平面的方式被安装在水车17上，在各叶片a1中部成一体地设置有平行于中心轴25的加固轴35，所述水车17左右两侧分别设置有形成边数与叶片a1的数目相同的多边形框架的内架A和外架B，其中，所述内架A具有多个连接臂在多边形顶点处顺序连接在加固轴35的端部上，使得内架A可以所述中心轴25的轴线为旋转中心旋转；所述外架B在中心部设有圆环轨28和在多边形顶点处设置的、用于与叶片加固轴35的端部固定连接以形成一体的多个曲轴31，使得所述外架B可以圆环轨28的中心轴线为旋转中心旋转，所述外架B的旋转中心轴线位于所述内架A的旋转中心轴线之下，并且彼此平行地位于同一竖直平面内，使得各叶片a1在流水作用下被驱动并且始终保持叶片垂直于水平面。

所述发电装置还设置有调档器10、离合器组件9、变速器7、传力齿轮组和用于存储能量的能量蓄存库2，所述调档器10包括可上下移动的齿条60，以用于确定加速或减速；所述离合器组件9用于确定变速器的变速档位，其包括与所述齿条60接合的上部圆环齿轮61、中间传动机构和下部蜗杆h7；所述变速器7沿圆周方向设置有包括多个齿轮的多个独立的变速舱t3，在所述变速舱t3上部和下部分别固定有一主轮67，所述主轮67可选择地与各个变速舱t3中的顶部齿轮和底部齿轮接合；所述传力齿轮组具有与所述下部主轮67连动的大齿轮y1以及沿大齿轮y2圆周分布的、用于将能量传入或传出能量蓄存库2的多个圆柱齿轮6；所述能量蓄存库2包括弹簧片，所述弹簧片的一端固定于大齿轮y1的中心轴83的轴毂中并可围绕中心轴83卷绕和退绕，在电压高时使一部分电能输线d4送到电动机d3转换成动能，经齿轮系13和主轮轴8传动至调档器10，由调档器10控制离合器组件9接合变速器7，从而选择相适应的变速器7的相应变速舱t3进行变速，再通过传力齿轮组将动能转换成势能存入能量蓄存库2；在电压低时从能量蓄存库2将势能转换成动能，并通过能量蓄存库2的中心轴83、输出齿轮组4、齿轮系11传递到能量调控器，最后传递到发电机将动能转换成电能，补给调电输出器d7实现输出电压平稳。

所述竖叶水车发电装置还包括位于水车17两侧的用于支撑水车的浮筒装置，所述浮筒装置包括井架15和浮筒1，浮筒1为上下两端呈楔形的船形且由平板焊接而成，所述井架15通过紧固装置与挡柱20相连，以井架15支撑浮筒1，以轴承将水车17的中心轴25固定在位于浮筒1外正面的加固架22的凹口24中。

水车叶片a1在水力推动下转动，其动能经水车中心轴25传递到提速齿轮14，然后通过皮带轮系传递到发电机组d1转换成电能，并通过电线d2连接地面上的限压分电器d5，限压后经电线d6传递到调电输出器d7以电线d8外送并网。调电输出器d7包括电子传感器、限压器和变速器等，用于确定输出电压超高还是不足。在电压过高时，截止能量蓄存库2的能量释放；在电压超低时，激活能量蓄存库2的能量释放。

如果在水流量小及缓慢的河流中，可以采用单体水车发电装置，即仅在两浮筒1的中间19安装一台水车，也可以仅使用挡柱(见图2中20所示)将水车17固定于流水中，而不使用浮筒。在用电负荷要求高的情况下，可联合使用2个以上(可多至100个)单体水车发电装置，配合浮筒或联体挡柱装置支撑水车。所述中心轴25的伸出端部以十字轴(见图2中18所示)连接。

图2描述了多个水车17与浮筒1交替连接以并列形成联合式水车发电装置。四条角形梯式井架15支撑各个浮筒1的楔形两端，水车中心轴25的端部联接点设于浮筒1平面中间，按十字轴18方法将相邻的水车中心轴25相连，如此并列两个至几十个水车17串联组成一体，形同防洪坝状横拦水面，可承受大水流冲力。该联合式水车发电装置在各浮筒1端部上下游设置有档柱20，其中采用拉链21或绳索将井架15与挡柱20固定，使各个水车可在流水中自由漂浮，可以设置在单向流动的江河水中，最适合设置在有涨退潮的双向流动的海水中。通过设置2个以上的单体竖叶水车发电装置，可构成联合式发电装置，以便于整体式地联合发电。

图3描述了两端楔形的平板船形浮筒1。该浮筒1整体上好象平板浮船，因而制造浮筒1的材料不需弯曲压形，只要采用平面板焊接即可。其浮筒1中部为长方形箱，两端呈楔形，该形式实施容易，又不干扰水流，可起避水作用。浮筒1在一侧或两侧面29外安装水车的外架B，同时安置加固架22起加强强度的作用。所述加固架22上方有一凹口24，其上通过轴承26支撑水车的中心轴25，并且在对应于圆环轨28内周面的位置以一定间隔安装有多个滑轮27，通过滑轮外沿的环形槽支撑外架B的圆环轨28。架22中的滑轮27可以为任意多个，只要可使水车17外架B灵活转动即可。在本实施例中，用螺钉30穿过滑轮27中的轴承孔，将四个滑轮27沿圆环轨28内周面彼此相隔90度地安装于加固架22中，以支撑多边形水车17外架B转动。浮筒上平面23安装有提速齿轮14及发电机组d1。

图4描述了两个水车17之间的四个多边形内架A和外架B一起联合转动的示意图。在各叶片a1中部成一体地设置有平行于中心轴25的加固轴35，所述水车17左右两侧分别设置有形成边数与叶片a1的数目相同的多边形框架的内架A和外架B，内架A和外架B所形成的多边形框架的外形尺寸相同。内架A直接与水车17叶片a1的加固轴35固定连接，外架B安装在内架A外侧。其中，所述内架A具有多个连接臂，在多边形顶点处顺序连接在加固轴35的端部上，所述外架B在中心部设有圆环轨28和在多边形顶点处设置的、用于与叶片加固轴35的端部固定连接以形成一体的多个曲轴31。多个连接臂和多个连杆都由圆管构成，通过焊接连接组合成多边形框架。该内架A的多个连接臂在多边形顶点处以轴承A3套装在叶片a1的加固轴35的端部，多个连杆也从各多边形顶点A3处与内架A中心的轴毂A4固定连接。水车17的中心轴25从该轴毂A4中穿过，伸出的两端装上轴承，安装于浮筒1侧面的加固架22的上方凹口24中。水车叶片a1的宽度与长度可根据所安置的水道深度计算，叶片a1的数目以及叶片a1之间的距离，以水车17旋转时叶片a1之间不会相碰为宜。内架A作为固定水车叶片a1的加固轴35的正架，外架B作为辅助架，以确保水车17叶片a1始终保持垂直于水平面地带动中心轴25转动，使叶片a1能承受任意大小的水流力冲击而不会自转。外架B的圆环轨28环圈有位于水车17中心轴25上方，该圆环轨28与中心轴25之间有间隙，以免水车17转动时干扰。

在利用平缓的江河或小溪的波能进行发电的情况下，不需要进行能量存储和释放，可直接利用单个或2个以上的竖叶水车发电装置进行发电。在流动水的驱动下，多个水车竖叶a1带动水车中心轴25转动，经提速齿轮系传动，将动能传递到发电机组d1，通过发电机组d1将动能转换成电能，由输电线d8送外并网，提供电力应用。

图5描述了位于水车17两侧的多边形内架A和外架B同步转动的原理。该内架A可以所述中心轴25的轴线为旋转中心旋转，所述外架B可以圆环轨28的中心轴线为旋转中心旋转。所述外架B的旋转中心轴线位于所述内架A的旋转中心轴线之下，并且彼此平行地位于同一竖直平面内。外架B的多边形顶点处安装有“L”形曲轴31，“L”形曲轴31的垂直边的长度与内架A和外架B的旋转中心之间的垂向间距相同。在该实施例中，外架B内的圆环轨28内径尺寸为，内架A和外架B旋转中心之间的垂向间距加上水车17中心轴25的直径，再乘(2.008-2.05)倍，以保证该圆环轨28与中心轴25之间有间隙。

图6描述了水车叶片a1的构造和曲轴31与叶片a1连接的示意图。所述水车17的叶片a1包括多个长条形锯齿形格间a6，它们沿水车中心轴的延伸方向并列设置整体呈矩形，相邻的所述锯齿形格间a6通过间隔板a4固定连接，并且沿水车中心轴25的方向形成凹凸交错的图案。在本实施例中水车叶片a1沿垂直的方向长度相比较多边形框架的连接臂A1的长度为99.5％。叶片a1侧面a7为“A”字型，所述叶片a1的加固轴35由圆管组成，设置于叶片靠近中心的下部，将叶片分为52：48。加固轴35从该侧面a7中间穿过，沿叶片宽度方向从中部分别向左和右每个格间a6逐级增加加固轴35厚度，其和每个格间及间隔板a4焊接固定。所述锯齿形格间a6优选弯曲130°成波浪状，形成凸棱a3和凹棱a2，相邻的锯齿形格间a6的凸棱a3和凹棱a2交替排列。

本水车叶片a1在开发投产时，可以将叶片a1制成框架式，所述水车17的叶片a1包括多个长条形锯齿形格间a6，由多个闸板焊接构成其中包括上下顺序相连的凸棱a3和凹棱a2的一个锯齿形格间a6，多个锯齿形格间a6沿水车中心轴25的方向并列设置整体呈矩形，相邻的所述锯齿形格间a6通过间隔板a4固定连接，并且沿水车中心轴25的方向形成凹凸交错的图案，可以用塑料钢板或其它材料组成叶片a1，上下部a5有加固杆。水车17的叶片a1的数目可以为5-10个，最佳优选为7-8个。

所述叶片a1中心轴35安装在内架A多边形顶点处的轴承A3中，在加固轴35伸出的端部32再安装“L”形曲轴31，从上到下逐渐变细，所述曲轴31分别固定于相应的叶片a1加固轴35的两端相连于每个外架B，曲轴31的数目等于叶片a1数目的两倍。此外叶片加固轴35的两端为逐渐缩小的三级台阶段，内段为圆柱形以安装用于连接内架A的轴承A3，中段为六角棱柱形33以安装曲轴31用于连接外架B、并且两端具有与叶片加固轴35的中段配合的六角孔的曲轴31端S，外段32有螺纹安装有螺母以为锁定曲轴31。每个曲轴31与中心轴35的连接端33形成“S”形弯曲，并具有六角孔以固定连接在相应的叶片加固轴35中的六角棱柱形中段33，曲轴31的另一端34延伸与外架B的多边形顶点固定连接。

图7描述了联体挡柱装置一侧的联体挡柱38及各配件的结构原理，所述联体挡柱装置具有在每个水车17两侧分别设置的两个联体挡柱38、通过轴承安装于上下横梁之间的两条螺杆41和安装在所述螺杆41一侧的加固架22，多个螺母40套在所述螺杆41上，所述加固架22与所述螺母40固定连接成一体，并且所述加固架22上方有一凹口24，其上通过轴承支撑水车的中心轴25，并且在对应于圆环轨28内周面的位置以一定间隔安装有多个滑轮27，通过滑轮27外沿的环形槽可转动地支撑外架B的圆环轨28。所述联体挡柱装置还包括离合齿轮系U、与离合齿轮系U同轴的浮球42、锥形齿轮组J和齿轮系L1～L4，所述锥形齿轮组J由两个锥形齿轮以锥顶面相对、中间夹装圆柱齿轮J2的方式固定安装在同一花键轴48上，并且通过所述花键轴48与上横梁47上安装的锥形齿轮系N相连，浮球42随水位升降，使离合齿轮系U与锥形齿轮组J和齿轮系L1～L4中相应的齿轮接合，以带动两条螺杆41转动，从而实现加固架22随水位涨落而自动升降。

两个联体挡柱38之间的距离优选为圆环轨28直径的4/3～8/3倍，其他加固的挡柱或斜撑36根据流水冲力可自由设立，上横梁47和下横梁37的材料可自由选择，螺杆41选用特厚空心圆管材料制成。圆柱齿轮L1与伞形齿轮L2组体形成一齿轮组为上方，圆柱齿轮L4与伞形齿轮L3组体形成一齿轮组为下方，该上下两个齿轮组之间的距离相当于其中一个齿轮组L的厚度，中间安置有起限位作用的上下两层弹簧碰珠43，优选为在离合齿轮系U周围每层安装四个碰珠43，控制与浮球轴49成一体的齿轮系U与齿轮组的接合，所述齿轮系U由两个锥形齿轮U1、U3以锥底面相对、中间夹装圆柱齿轮U2的方式的中心安装轴承45固定在浮球轴49上。浮球42浮在水面39中，随水位39涨落而升降，浮球轴49下端安装在板式加固架22的槽钢条端部，浮球轴49由六个滑轮46支撑(滑轮数目可根据需要设定)，分布在三处，左右各三个滑轮46，以将浮球轴49夹在其中。在水位39涨落时浮球42排水量跟随变化，导致浮球轴49升降，在克服碰珠43的弹簧力后使得齿轮组L接合锥形齿轮组J以转动。锥形齿轮组J的简易安装方法为，用两片表面开有环形槽的空心圆板分别在锥形齿轮组J大平面的上下方合拢滚珠，并用螺钉穿透该空心圆板锁固，安装在板式加固架22的槽钢伸出点，类似于平面轴承，使锥形齿轮组J可灵活转动，又可随方板挂式架22上下升降。

在本实施例中，优选设置浮球42的排水量浮力的75％相当于碰珠43的弹簧力的35％。水车自动随水位39升降的过程基本如下：在水位39涨高时，浮球轴49随水位39上升，所述齿轮系U的锥形齿轮U1克服碰珠43的弹簧力后使由齿轮L1和L2组成的齿轮组L’和锥形齿轮J1接合，并且通过所述花键轴48与上横梁47上安装的锥形齿轮系N相连，以带动两条螺杆41顺时针转动，从而实现加固架22随水位上升而带动水车上升；在水位39下降时，浮球轴49随水位39下降，所述齿轮系U的锥形齿轮U3克服碰珠43的弹簧力后使由齿轮L3和L4组成的齿轮组L和锥形齿轮J3接合，并且通过所述花键轴48与上横梁47上安装的锥形齿轮系N相连，以带动两条螺杆41逆时针转动，从而实现加固架22随水位下降而带动水车下降。

图8描述了图1中的调档器10。该调档器具有中心轴54与外壳55，该轴54与轴55外沿相并结合方各都设置有垂直槽56，用于合拢多个分开设置的滚珠53，滚珠53数量优选为四个，槽56的尺寸与齿条60的长度相同，根据变速器7的变速舱t3的数量配合齿条60的移动频率可推算滚珠之间的距离，中心轴54的升降范围与各滚珠53的位置设置有关。

调档器10外壳55的两端各装有轴承57并固定，其下部装有带轮58，以带传动提速齿轮系线13。中心轴54下端装有轴承59，轴承59中心连接有锯形齿条60，轴54上端连接具有外壳51与轴52的扇叶50，扇叶50的数量优选为2～4扇叶，也可以根据设计选择。扇叶50倾斜设置，扇叶50以不同方式转动，带动齿条60向上或向下移动，控制变速器7提速或减速。

图9描述了接合变速器进行换档的离合器组件9，该离合器组件9包括与所述齿条60接合的上部圆环齿轮61、中间传动机构和下部蜗杆h7，通过一系列机械式组合结构自动选择适当的变速舱t3接合以进行换档。所述中间传动机构主要包括与上部圆环齿轮61相连的导引盘P和可选择地与下部蜗杆h7接合的传动齿轮组，所述导引盘P中装有限压弹簧碰珠p3，在旋转动力超过其限压值时，引导传动齿轮组E脱离下部蜗杆h7，通过机械式传动自动调节换档。

下面简要介绍中间传动机构的结构和原理：

所述齿条60接合的圆环齿轮61的中心安装一杆轴h1向外延伸中间两处有轴承62支撑，杆轴h1伸出的一端安装一引导盘P，组成为两个圆板P1和P2分别上下，上方圆板P1联体于杆轴h1，其平面有6～8个孔，用于安装可调松紧的弹簧碰珠P3，碰珠63可相对下方圆板P2的珠眼凹穴进行装配，下方圆板P2中心有轴承并连接有空心管64与板锥形摆纽65连成一体，而杆轴h1尾端安装有轴承，并锁固螺母。从而摆纽65受于圆环齿轮61的转动可左右摆动推引齿轮D1或D2接合于齿轮C和齿轮E之间，所述接合由碰珠63限压值决定，形成引导盘P的碰珠63一旦超过限压值过位凹穴，或者滑杆h6回归中心时也相似地说碰珠63过位凹穴。

离合器组件9的传动齿轮组包括四种部件，在图中分别标记为齿轮组C、D、E和带滑槽的蜗杆R的转动连接过程，在对应于本实施例的图9中仅示出齿轮组C包括齿轮C1与C2，齿轮组D包括齿轮D1与D2，齿轮组E包括齿轮E1与E2，但是所述齿轮组C、D、E可根据需要分别设置多个齿轮。齿轮组C中心安装有轴承定位在固定轴h2中，其中两齿轮C1和C2转向彼此相反，由齿轮系13传递的旋转动力使齿轮C1和C2各自不停转动，以便于在电压高时(图1所示)分别将从电动机d3产生动能传递给齿轮组C和齿轮(主轮)67的轴h5。齿轮组C通过齿轮组D接合齿轮E1或E2，使带滑槽的蜗杆R正或反转动进行调档。齿轮D1和D2中心有花键孔装设有碰珠，安装于两方装有轴承的花键轴h3的穴中，摆纽65左或右摆推压以与齿轮组D中的D1或D2接合时，所述碰珠被压入凹穴定位接通齿轮C将动力传给齿轮E，使滑槽的蜗杆R正或反转动，一滑纽71随带滑槽的蜗杆滑行。齿轮E1与E2和带滑槽的蜗杆R都固定于同一轴h4中，该轴h4两端由轴承固定在框架面。所述滑纽71可以在垂直于轴h4方向放置的一滑杆h6的端部装上一轴承，一圆管设置有凹口以夹住轴承外沿，再套外壳形成可在滑槽中灵活移动的滑纽71。由于滑槽螺纹的形状，可以制三角形或矩形选定后再配滑纽71外沿相对应，滑槽长度根据所传递的旋转动力变速器7配合从一个变速舱到另一个变速舱t3位置确定，并且滑纽71上设置用于滑槽中间端进口R1、R2和转口R3、R4两种位置。

离合器组件9的传动齿轮组还包括三种部件，分别标记为齿轮组H、F、G和蜗杆h7，在对应于本实施例的图9中仅示出齿轮组H包括齿轮H1与H2，齿轮组F包括齿轮F1与F2，齿轮组G包括齿轮G1与G2，但是所述齿轮组H、F、G可根据需要分别设置多个齿轮，齿轮H1与H2中心装有轴承安装于同一固定轴h9中，所述齿轮H1与H2的转动方向相反，其旋转动力来自齿轮系13，以便于在电压高时(如图1所示)分别将电动机d3产生的动能传递给齿轮H1或H2，齿轮组F固定于滑杆h6上并设置于齿轮组H及齿轮组G的中间，齿轮F1或F2在随滑杆h6一起摆动的过程中接合相对应的齿轮H1或H2及齿轮G1或G2，使为蜗杆h7转动调档。齿轮F1或F2需靠滑杆h6的滑纽71随滑槽转动，滑杆h6固定于变速器7的框架中，其延伸端焊接在夹在齿轮F1或F2之间的一个椭圆圈F3凸出外沿，端部再焊接圆柱轴伸出端装接滑纽71，所述圆柱轴上下装两条限位片70，使滑杆h6滑行时不会上下偏差。所述滑纽71是随转向滑行，从滑槽键R中间端进口R1或R2出发时，就可以接通齿轮H的动力传给齿轮G，所述滑纽71滑行旋转到滑槽键R的口R3或R4时滑纽71可随槽道转弯R5或R6掉转，倾向直槽R7、R8回弹返回中间口R1、R2中，将触碰齿轮D相关联的开关纽72，使齿轮D同时脱离接合齿轮C回归中心原位，包括齿轮F同步脱离并主轮67也退出接合的变速舱t3，这是滑杆h6返回原位置的关联动作。所述齿轮F花键孔套在花键轴h8中，轴h8两端各装轴承并固定。

所述花键轴h8中齿轮F受滑杆h6推压接通齿轮H1或H2，并将旋转动力传给齿轮G1或G2。齿轮G1或G2旋转时使得同轴的蜗杆h7圆环蜗轮69接合，使各变速舱t3以顺时针或逆时针方向转动。该蜗轮69又有联体于变速器7的各变速舱的主架板t2，因而蜗轮69开始移动第一变速舱t3的齿轮，就主轮67的旋转动力使变速舱t3变速。在圆环蜗轮69中心的主轮67的轴h5两端以轴承68固定。所述主轮67的旋转动力来于齿轮系12使主轮67连续不停转动，根据需要使圆环蜗轮69移动到相应的变速舱t3，对主轮67的传输速度进行变速。从而变速舱t3的第一变速舱t3接合主轮67时，主轮67的齿接合变速器7第一变速舱顶端齿轮。

结合图1和图9可以看出，在电压高时调档器10的齿条60移动，使离合器组件9各部件有选择地接合以将旋转动力传递到蜗杆h7，从而转动变速器7的圆环蜗轮69，使变速器7以顺时针或逆时针方向转动，并且使各个变速舱t3的顶端齿轮连续旋转，直到目标变速舱t3与主轮67接合。在电压低时，离合器组件9中各部件不能配合将旋转动力传递到蜗杆h7，则变速舱t3回到原始位置，不能与主轮67接合，能量传递终止。

图10描述了变速器7，所述变速器7总体呈球形，其具有顶部圆环蜗轮69、与所述蜗轮69连动的中心轴73以及用于分隔每个变速舱t3的主架板t2和副架板t1，所述主架板t2与所述顶部圆环蜗轮69固定连接，多个位于竖直平面的齿轮按顺序一个啮合一个地从上到下依次安装在各个变速舱t3中。所述变速器7按照各变速舱的排列顺序依次从中间向左逐级提速，从中间向右逐级减速。变速器7必须根据需要计算配置规格和分配变速舱t3的数量及位置。

变速器7以圆管为中心固定轴73，该轴73靠近两端处焊接两块圆环板76，板76外平面设置有滚珠槽道75，用来安装滚珠，再盖上也削有珠槽的加宽环板77，以螺丝钉穿过加宽环板77各平面孔固定，再装上四脚固定架74、上部主轮和下部主轮67。该两主轮67安装成可选择地接合各变速舱t3中的顶部齿轮和底部齿轮，上部主轮67比下部主轮稍厚。变速舱t3组装时将各舱变速齿轮与轴串连，安装于正架板t2中，再装附加板t1，形成独立变速舱t3。用螺钉将正架板固定到加宽圆环板77上，最后安装四脚座固定盘78。

在本实施例中变速器7的各变速舱t3的变速过程如下：上部主轮67在齿轮系12的传动下转动，离合器组件9通过蜗杆h7与变速器7的顶部圆环蜗轮69接合，根据电压量可选择地接合相适应的变速舱t3，下部主轮再接合相应变速舱t3的底部齿轮而输出动能。在本实施例中变速器7的各变速舱t3的提速比/减速比是递减变化的，可以根据实际情况进行设定。比如选定一中间的变速舱t3的变速比为1.5，并且已确定向左转变速舱t3为提速，其减倍数0.03提速；向右转变速舱t3为减速，其减倍数0.02减速。则中间的变速舱t3左边第一位的变速舱提速1.47倍，左边第二位的变速舱提速1.44倍，如此每变速舱t3减倍数0.03提速；而中间的变速舱t3右边第一位的变速舱减速1.48倍，右边第二位的变速舱减速1.46倍，如此每变速舱t3减倍数0.02减速。

图11描述了同步转动的传力齿轮组，该传力齿轮组分别有存入转量与输出转量两组有不同安装各都设于能量蓄存库2表面，用于辅助存入转量与输出转量。所述传力齿轮组包括大齿轮y1、与大齿轮y2的中心轴83连动的小齿轮79以及与所述小齿轮79啮合的四个圆柱齿轮6，所述圆柱齿轮6具有外部轴5，中间装有小齿轮91啮合设置于能量蓄存库2外周面上的齿轮3，用于将旋转动力传入能量蓄存库2转化成势能；所述传力齿轮组还包括与大齿轮y1的中心轴83连动的大齿轮y2以及与所述圆柱齿轮6的外部轴5连动的小齿轮80，用于将能量传出能量蓄存库2。可使用单个传力齿轮组用于存入与输出旋转动力，也可以用2个传力齿轮组相连接以分别辅助存入与输出旋转动力。传力齿轮组组装后可包括多层相互接合的大或小齿轮等，全部分别安装在五根直立的圆柱轴中，该五根圆柱轴包括外部轴5与中心轴83。

变速器7的下部主轮与蜗杆的齿轮接合再传接蜗轮，并有蜗轮轴中齿轮与能量蓄存库表面的存力大齿轮y1接合，该大齿轮y1的中心轴毂82联体于小齿轮79，轴毂82两平面各填装轴承81，轴承81孔套在能量蓄存库2的中心轴83中，通过轴承设置成齿轮中心转动时中心轴83不转动，其中联体小齿轮79又接合圆柱齿轮6，该传力齿轮组的外部轴5的中部的齿轮91，以衔接空心齿轮3将动力传入能量蓄存库2。

能量蓄存库2中的势能释放成动能，通过能量蓄存库2与大齿轮同轴的中心轴83上端的连体大齿轮y2，传递到与圆柱齿轮6联体的小齿轮80，通过轴承设置成齿轮中心转动时外部轴5不转动，圆柱齿轮4接合小齿轮79，小齿轮79也可接合大齿轮y2，再以另外小齿轮接合齿轮系线11输出旋转动力，通过“调控器”控制动能补给发电机发电。

图12描述了能量蓄存库2的外壳93的结构，该外壳93整体为圆筒形，上下两平面焊接有加宽环板85，外加封盖安装于加固平台上面。下盖84以槽钢为框架，再装加宽环板，上盖87用普通杆为框架即可，焊接于加宽环板85内再封圆板。该外壳93由塑性钢板制成，并且圆筒外周形成垂直的凸槽U1和凹槽U2(见图13)，形成花键式空心圆筒。而上盖和下盖的加宽环板85的表面都设有滚珠88的槽道89，以便于能量蓄存库2的外壳93可在加固平台上面转动。

能量蓄存库2的外部轴5有四根，平行于中心轴83安装，固定时每根外部轴5下端装有圆锥滚子轴承94，中间装有齿轮91以接合圆筒外周中间设置的空心齿轮3，外部轴5上端安装传力齿轮组。

用于传递能量蓄存库2的输出动力的齿轮系11和用于传递能量蓄存库2的输入动力的齿轮系12中分别安装一个控制开关，该开关用于离合式控制能量蓄存库2的输入和输出量。开关与蓄存能量的显示盘及限压分电器d5的电连接。齿轮系12中设置的开关断开时不能向能量蓄存库2输入能量，开关闭合时则电连接电动机d3，启动向能量蓄存库2输入能量。齿轮系11中设置的开关断开时使能量蓄存库2停止释放能量，开关闭合时则使能量蓄存库2释放过多能量，连接发电机进行发电，并传给调电输出器d7。

图13描述了设置于能量蓄存库2内的环形盘96，该环形盘96每层各自独立，选用宽度为弹簧片宽度的8/5的塑性钢板材料，外周具有垂直的凸槽U3和凹槽U4，其尺寸配合能量蓄存库外壳93内的凸槽U1、凹槽U2，该槽U4数等于弹簧片条数。环形盘96壳上平面有圆环板99封面焊接，环形盘96底平面也有圆环板封面焊接，环形盘96底板中心有孔，中心轴83的花键毂97可插入该孔。环形盘96底内部还需焊接加固杆98，表面装有垫片98，硬度需比弹簧片大两倍以上，以适应弹簧片滑动。能量蓄存库2底部有加固架，加固架中心装圆锥形滚子轴承94，该轴承94中心下有装推力轴承或滚珠，增加中心轴83的耐磨力。圆锥轴承94外沿有圆环板95两块，各设有环形滚珠滑道以将滚珠合拢锁固，形成滚珠环95安装在每层环形盘96下垫滑。

弹簧片的规格与安装：根据弹簧片以厚乘长所得面积与环形盘96的面积确定弹簧片的条数，环形盘96内需留适当空间，环形盘与弹簧片的体积比优选为20:9，使弹簧片的活动周数不能低于10周。弹簧片的宽度可根据能量蓄存库2的体积灵活选择。安装时，将弹簧片两端退火弯卷成一个小圆筒，焊接后，将其安装于环形盘96内周的花键式凹槽U4中，再用螺钉从上环板99孔穿过弹簧片孔固定到环形盘96上，弹簧片另一端固定在花键毂97中，以该花键毂97的花键孔92为中心，两平面焊接圆环板，其边沿周围各有孔，用螺钉穿过环板孔及弹簧片孔锁固，使弹簧片两端灵活自如。

弹簧片的环形盘96安装步骤为，由环形盘外周的花键式凸槽U3、凹槽U4，配合能量蓄存库2外壳93的内槽U1组装，装完环形盘96后再装中心轴83，该中心轴83外沿有花键槽92，与环形盘96中的花键毂97配合，所以该中心轴83从上往下穿透每层环形盘96的花键槽97直接到圆锥轴承94孔中，再封上能量蓄存库2的上盖87和固定外周各螺钉90并锁固螺母86，最后能量蓄存库2表面安装所有齿轮及配件。

本发明还提供了一种水力发电方法，其使用上述竖叶水车发电装置，该方法包括下列步骤：

a.流动水驱动具有多个叶片的水车，使各叶片以始终保持垂直于水平面的方式带动水车中心轴旋转；

b.水车中心轴与提速齿轮系连动，并将动能传递到发电机组；

c.通过发电机组将动能转换成电能，通过调电输出器提供平稳电压。

本发明还提供了一种水力发电方法，其使用上述竖叶水车发电装置应用于海能发电，该方法包括下列步骤：

a.流动水驱动具有多个叶片的水车，使各叶片以始终保持垂直于水平面的方式带动水车中心轴旋转；

b.水车中心轴与提速齿轮系连动，并将动能传递到发电机组；

c.通过发电机组将动能转换成电能，并且在电压过高时，通过电动机将电能转换成机械能，经调档器、离合器组件、变速器，传力齿轮组及传动系统将机械能存入能量蓄存库；在海能不稳或电压不足时，将能量蓄存库存储的机械能经传力齿轮组传递到发电机组，通过发电机组将动能转换成电能，通过调电输出器提供平稳电压。

上述水力发电装置和方法优选应用于海能发电，可以根据需要，存储或释放能量以提供不间断的平稳电压。

Claims (19)

1.一种竖叶水车发电装置，其包括：具有多个叶片(a1)的竖叶水车(17)，各叶片(a1)可与水车的中心轴(25)同步旋转；用于将水车(17)固定于流水中的挡柱(20)；可与水车的中心轴(25)同步旋转的提速齿轮系(14)；和发电机组(d1)，通过提速齿轮系将动能传递到发电机组(d1)，实现水力发电，其特征在于，所述多个叶片(a1)以垂直于水平面的方式被安装在水车(17)上，在各叶片(a1)中部成一体地设置有平行于中心轴(25)的加固轴(35)，所述水车(17)左右两侧分别设置有形成边数与叶片(a1)的数目相同的多边形框架的内架(A)和外架(B)，其中，所述内架(A)具有多个连接臂在多边形顶点处顺序连接在加固轴(35)的端部上，使得内架(A)可以所述中心轴(25)的轴线为旋转中心旋转；所述外架(B)在中心部设有圆环轨(28)和在多边形顶点处设置的、用于与叶片加固轴(35)的端部固定连接以形成一体的多个曲轴(31)，使得所述外架(B)可以圆环轨(28)的中心轴线为旋转中心旋转，所述外架(B)的旋转中心轴线位于所述内架(A)的旋转中心轴线之下，并且彼此平行地位于同一竖直平面内，使得各叶片(a1)在流水作用下被驱动并且始终保持叶片垂直于水平面。

2.根据权利要求1所述的竖叶水车发电装置，其特征在于，所述水车(17)的叶片(a1)包括多个长条形锯齿形格间，它们沿水车中心轴(25)的方向并列设置整体呈矩形，相邻的所述锯齿形格间通过间隔板(a4)固定连接，并且沿水车中心轴(25)的方向形成凹凸交错的图案。

3.根据权利要求1所述的竖叶水车发电装置，其特征在于，所述曲轴(31)为“L”形，从上到下逐渐变细，所述曲轴(31)分别固定于相应的叶片(a1)加固轴(35)的两端，并且叶片加固轴(35)的两端为逐渐缩小的三级台阶段，内段为圆柱形以安装用于连接内架的轴承(A3)，中段为六角棱柱形以安装用于连接外架、并且两端具有与叶片加固轴(35)的中段配合的六角孔的曲轴(31)，外段安装有螺纹件以锁定曲轴(31)，每个曲轴(31)端部具有六角孔以对准相应的叶片(a1)加固轴(35)的六角棱柱形中段而被固定连接。

4.根据权利要求1所述的竖叶水车发电装置，其特征在于，一架水车(17)的叶片(a1)的数目为5-10个。

5、根据权利要求3所述的竖叶水车发电装置，其特征在于，所述叶片(a1)加固轴(35)是沿叶片宽度方向从中部分别向左和右每个格间逐级增加厚度的圆管，其和每个格间及间隔板(a4)焊接固定。

6.根据权利要求1所述的竖叶水车发电装置，其特征在于，所述水车(17)两侧还设置有船形浮筒(1)、用于支撑浮筒(1)的多个井架(15)和在所述浮筒(1)侧面设置的加固架(22)，所述井架(15)通过紧固装置与挡柱(20)相连，所述船形浮筒(1)由平板焊接而成，上下两端为楔形，其设置于外架(B)外侧，所述加固架(22)上方有一凹口，其上通过轴承支撑水车的中心轴(25)，并且在对应于圆环轨(28)内周面的位置以一定间隔安装有多个滑轮(27)，通过滑轮(27)外沿的环形槽支撑外架(B)的圆环轨(28)。

7.根据权利要求1所述的竖叶水车发电装置，其特征在于，所述发电装置还包括联体挡柱装置，在所述水车(17)两侧还分别设置有多个直立联体挡柱(38)、连接所述联体挡柱(38)的上横梁(47)和下横梁(37)、通过轴承安装于上下横梁之间的两条螺杆(41)和安装在所述螺杆(41)一侧的加固架(22)，多个螺母(40)套在所述螺杆(41)上，所述加固架(22)与所述螺母(40)固定连接成一体，并且所述加固架(22)上方有一凹口，其上通过轴承支撑水车的中心轴(25)，并且在对应于圆环轨(28)内周面的位置以一定间隔安装有多个滑轮(27)，通过滑轮(27)外沿的环形槽支撑外架(B)的圆环轨(28)。

8.根据权利要求7所述的竖叶水车发电装置，其特征在于，所述联体挡柱装置还包括离合齿轮系(U)、与离合齿轮系(U)同轴的浮球(42)、锥形齿轮组(J)和齿轮系(L1～L4)，所述锥形齿轮组(J)由两个锥形齿轮以锥顶面相对、中间夹装圆柱齿轮(J2)的方式固定安装在同一花键轴(48)上，并且通过所述花键轴(48)与上横梁(44)上安装的锥形齿轮系(N)相连，浮球(42)随水位涨落，使离合齿轮系(U)与锥形齿轮组(J)和齿轮系(L1～L4)中相应的齿轮接合，以带动两条螺杆(41)转动，从而实现加固架(22)随水位涨落而自动升降。

9.根据权利要求1所述的竖叶水车发电装置，其特征在于，所述发电装置还设置有调档器(10)、离合器组件(9)、变速器(7)、传力齿轮组和用于存储能量的能量蓄存库(2)，所述调档器(10)包括可上下移动的齿条(60)，以用于确定加速或减速；所述离合器组件(9)用于确定变速器的变速档位，其包括与所述齿条(60)接合的上部圆环齿轮(61)、中间传动机构和下部蜗杆(h7)；所述变速器(7)沿圆周方向设置有包括多个齿轮的多个独立的变速舱(t3)，在所述变速舱(t3)上部和下部分别固定有一主轮(67)，所述主轮(67)可选择地与各个变速舱(t3)中的顶部齿轮和底部齿轮接合；所述传力齿轮组具有与所述下部主轮(67)连动的大齿轮(y1)以及沿大齿轮(y)圆周分布的、用于将能量传入或传出能量蓄存库(2)的多个圆柱齿轮(6)；所述能量蓄存库(2)包括与大齿轮(y1)具有相同中心轴(83)的外壳以及一端安装于环形盘(96)的环壳(93)内的弹簧片，所述弹簧片的另一端固定于大齿轮(y1)的中心轴(83)的轴毂上并可围绕所述中心轴(83)卷绕和退绕，在电压高时使一部分电能输送到电动机(d3)转换成动能，经齿轮系(13)传动至调档器(10)，由调档器(10)控制离合器组件(9)接合变速器(7)，从而选择相适应的变速器(7)的相应变速舱(t3)进行变速，再通过传力齿轮组将动能转换成势能存入能量蓄存库(2)；在电压低时从能量蓄存库(2)将势能转换成动能，并通过能量蓄存库(2)的中心轴(83)、输出齿轮组(4)、齿轮系(11)传递到能量调控器，最后传递到发电机将动能转换成电能，补给调电输出器(d7)实现输出电压平稳。

10、根据权利要求9所述的竖叶水车发电装置，其特征在于，所述中间传动机构具有与上部圆环齿轮(61)相连的导引盘(P)和可选择地与下部蜗杆(h7)接合的传动齿轮组(E)，所述导引盘(P)中装有限压弹簧碰珠(p3)，在旋转动力超过限压值时，引导传动齿轮组(E)脱离下部蜗杆(h7)，通过机械式传动自动调节变档。

11、根据权利要求9所述的竖叶水车发电装置，其特征在于，所述变速器(7)整体呈球形，其具有顶部圆环蜗轮(69)、多个变速舱(t3)、与所述蜗轮(69)连动的中心轴(73)以及用于分隔每个变速舱(t3)的主架板(t2)和副架板(t1)，所述主架板(t2)与所述顶部圆环蜗轮(69)固定连接，多个相互啮合且位于竖直平面的齿轮从上到下依次安装在各个变速舱(t3)中。

12、根据权利要求9所述的竖叶水车发电装置，其特征在于，所述变速器(7)按照各变速舱(t3)的排列顺序依次从中间向左逐级提速，从中间向右逐级减速。

13、根据权利要求9所述的竖叶水车发电装置，其特征在于，所述传力齿轮组包括大齿轮(y1)、与大齿轮(y2)的中心轴(83)连动的小齿轮(79)以及与所述小齿轮(79)啮合的四个圆柱齿轮(6)，所述圆柱齿轮(6)具有外部轴(5)，中部装有小齿轮(91)啮合设置于能量蓄存库(2)外周面上的齿轮(3)，用于将旋转动力传入能量蓄存库(2)转化成势能；所述传力齿轮组还包括与大齿轮(y1)的中心轴(83)连动的大齿轮(y2)以及与所述圆柱齿轮(6)的外部轴(5)连动的齿轮(80)，用于将能量传出能量蓄存库(2)。

14、根据权利要求9所述的竖叶水车发电装置，其特征在于，所述能量蓄存库(2)还具有外壳(93)、上下盖板(87)、多层环形盘(96)，所述中心轴(83)中装有多个花键毂(97)，外壳(93)的外周形成花键槽(U1、U2)，环形盘(96)外周具有可与花键槽(U1，U2)配合的凹凸槽(U3，U4)，在每层环形盘(96)的底部环面安装有内扣环式环板(99)，所述弹簧片安装在每层环形盘(96)中，弹簧片一端安装于环形盘(96)的内凹槽(U4)中，另一端与花键毂(97)固定连接，上盖板(87)下方和下盖板(84)上方分别设置有带滚珠(88)的环道(89)，在环道上下表面分别设置有环板(85)以合拢滚珠(88)，当外壳(93)和环形盘(96)和中心轴(83)一起联体转动时，使弹簧片围绕所述中心轴(83)卷绕和退绕。

15、一种联合式发电装置，其包括两个以上如权利要求1所述的竖叶水车发电装置，可以整体式地联合进行发电。

16.一种水力发电方法，其使用如权利要求1所述的竖叶水车发电装置，该方法包括下列步骤：

a.流动水驱动具有多个叶片(a1)的水车(17)，使各叶片(a1)以始终保持垂直于水平面的方式带动水车中心轴(25)旋转；

b.水车中心轴(25)与提速齿轮系连动，并将动能传递到发电机组(d1)；

c.通过发电机组(d1)将动能转换成电能，通过调电输出器提供连续平稳电压。

17.如权利要求16所述的水力发电方法，其特征在于，使用两个以上所述竖叶水车发电装置联合进行发电。

18.一种水力发电方法，其使用如权利要求9所述的竖叶水车发电装置应用于海能发电，该方法包括下列步骤：

a.流动水驱动具有多个叶片(a1)的水车(17)，使各叶片(a1)以始终保持垂直于水平面的方式带动水车中心轴(25)旋转；

b.水车中心轴(25)与提速齿轮系连动，并将动能传递到发电机组(d1)；

c.通过发电机组(d1)将动能转换成电能，并且在电压过高时，通过电动机(d3)将电能转换成机械能，经调档器(10)、离合器组件(9)、变速器(7)，传力齿轮组及传动系统将机械能存入能量蓄存库(2)；在海能不稳或电压不足时，将能量蓄存库(2)存储的机械能经传力齿轮组传递到发电机组(d1)，通过发电机组(d1)将动能转换成电能，通过调电输出器(d7)提供平稳电压。

19.如权利要求18所述的水力发电方法，其特征在于，使用两个以上所述竖叶水车发电装置联合进行发电。

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