CN101493067A - 江河低水位集流发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种江河低水位集流发电机组，其包括：能源收集器，浸入于江河水位以下，其包含有若干个可由水流带动旋转的水轮；能量转换机构，采用液压装置，与能源收集器连接将水轮的机械能转换为液压能；可加快液体介质的流速储能变速器，与能量转换机构连接；马达及由马达驱动的发电机，马达与储能变速器连接，由储能变速器输出的液体介质带动旋转。本发明结构简单，技术要求不高，容易管理使用和保养维修，使用寿命长，具有很高的经济效益，同时不占用耕地或者其他因修筑堤坝而对周边生态环境产生的影响，与现有水库发电相比具有明显的优越性。本发明适用范围广，只要是有一定量水质流动的江、河、川、溪、沟等均可建造。

Description

江河低水位集流发电机组

技术领域

本发明涉及水力发电领域，特别是一种江河低水位的集流水力发电机组。

背景技术

电力是国民经济发展必不可少的能源，工业生产、农业生产、国防建设以及日常生活等各方面均需要，电力能源的强弱也反映了一个国家的先进或落后。现有火力发电、柴油发电、原子核发电以及水力发电等，其中以水力发电最为环保。但是，目前的水力发电一般是利用水库高堤式来进行发电，其对生态仍产生一定影响，同时投资较大。而我国低落差的江、河、溪等丰富的水力资源能量未能最大限度的发挥作用。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种江河低水位水力发电机组结构简单，易于安装使用，不会对环境造成影响同时成本较低。

本发明的目的是这样实现的：一种江河低水位集流发电机组，其特征在于包括：-能源收集器，浸入于江河水位以下，其包含有若干个可由水流带动旋转的水轮；-能量转换机构，采用液压装置，与能源收集器连接将水轮的机械能转换为液压能；-可加快液体介质的流速储能变速器，与能量转换机构连接；-马达及由马达驱动的发电机，马达与储能变速器连接，由储能变速器输出的液体介质带动旋转。

本发明结构简单，技术要求不高，容易管理使用，易于保养和维修，使用寿命长，具有很高的经济效益，见效快，同时不占用耕地或者其他因修筑堤坝而对周边生态环境产生的影响，与现有水库发电相比，具有明显的优越性。本发明适用范围广，只要是有一定量水质流动的江、河、川、溪、沟等均可建造。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明另一实施例中能源收集器的主视图；

图3是图2的俯视图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本发明是一种江河低水位集流水力发电机组，包括有：能源收集器1、能量转换机构2、储能变速器3、马达41、发电机42以及相关的配电器、电线/电缆、仪表、油管、油箱5等配备附件。

能源收集器1是用来集合水源动力的机构。只要有水流动的江、河、川、溪以及沟等，必然有不间断的不同流量的水带来能动力，能源收集器1分段设阻力系并串联在一起，将若干秒流动的水质集合成一秒流动的水质。本发明中能源收集器1含有若干个可由水流带动旋转的水轮11，浸入江河等的水位6以下，位于低水位(头)的位置即可。如图1所示，本实施例中，能源收集器1为长管状，内设有若干个可同轴安装的水轮11，转轴111与管内水流方向平行，转轴111通过轴承、轴承支架承托安装。水轮11的数量根据具体设计而定，例如本实施例中能源收集器1取110米，安装于水底，每距离1米设置1个水轮11，共设有100个水轮，假设水流量为1立方米/秒，则此时每秒钟均有1立方米的水对每个水轮做功，由于共有100个水轮，即相当于有1立方米的水对1个水轮作了100秒的功，从而把分散的力集合成整体的力，其作用恰似一座水库。

由能源收集器1收集的做功功率是低速的，要用其发电(发电机需要高速旋转)必须将低速能量功转变为高速能量功，因此就要借助能量转换机构2进行转换。能量转换机构2采用液压装置，例如液压泵21。液压泵21可选择径向柱塞泵或轴向柱塞泵等。液压泵21与能源收集器水轮11的转轴111连接，将水轮11的机械能转换为液压能。液压泵21通过输入油路7与油箱5连接，通过输出油路8与储能变速器3连接。

储能变速器3将来自液压泵21的输入能量在此储存后并转换成高流速输送出去，令下一个执行机构--油马达41获得高速旋转做功带动发电机42发电。储能变速器3实际是一个容器，包括筒体、管路、溢流阀以及安全阀等。储能变速器3输入口面积大于输出口面积，而输出流量和输入流量相等，即加快了液体介质的流速。

油马达41通过油管与储能变速器3连接，由储能变速器3输出的液体介质带动高速旋转，即可驱动发电机42发电。

以本实施例的发电机组进行试验：

河流流速为1米/秒，能源收集器1安装于3米的水底，取110米长管，每距离1米设置1个水轮11，共设有100个水轮11，水轮11的6片叶片均布并与轴呈30°，能源收集器1内孔直径为69.5厘米，水轮11直径为69.4厘米，单个水轮11的叶片面积F₁为64.03.2cm²，单个水轮11叶片受力N₁为2881.44千克·米/秒。按机械传动效率η₁为0.8，水流失系数η₂为0.9计算，能源收集器1的总功率∑N＝100×N₁×η₁×η₂＝207432千克·米/秒。

能量转换机构2的液压泵21采用轴向柱塞泵，柱塞行程14.5厘米，柱塞直径8厘米。将能源收集器1的总功率分配给10台液压泵21负担转换，每台液压泵21的输出公称压力为197.5千克/平方厘米，输出流量为584升/分钟，此时10台液压泵21每分钟共输出5840升到储能变速器3的筒体内。

油马达41通过油管与储能变速器3连接，油马达41柱塞直径为7.4厘米，行程12.8厘米，每转流量为3851立方厘米/转。油马达41的流量Q₂为5840升/分钟，转速为1516转/分钟，公称压力P₂为197.5千克/平方厘米。

根据液压-功率换算公式：N＝Q×P×η₃×η₄/612

其中，N--功率(kW)，Q--液体流量(l/min)，P--公称压力(kg/cm²)，η₃--机械效率(取0.93)，η₄--容积效率(取0.95)，612--功率换算常数。

输出功率N₂＝Q₂×P₂/612＝5840×197.4×0.93×0.95/612＝1664.24千瓦，带动发电机42每小时发电1664度，其效果显著。

实施例2

如图2、3所示，本实施例中的能源收集器1为长管状，除进出口外全封闭，形成水道。管道内设有若干个并排安装的矩道式径向水轮11，转轴111与管内水流方向垂直，该设计可适应高潮水和低潮水源，以充分利用水资源。能量转换机构2采用液压泵21。液压泵21通过皮带传动机构22与水轮转轴111连接，带动同步转动，将水轮11的机械能转换为液压能。

实施例3

本实施例根据现场条件，仅对能源收集器和能量转换机构进行试验，结构如图1所示。

采用水流截面积为720cm²的能源收集器1，水流速度为0.8m/s，此时液体流量Q₃为3465l/min。公称压力P₃取决于水头高度，此处水高1米，以水柱比值得P₃为0.08kg/cm²。根据公式N＝Q×P/612计得N₃为0.45kW。本实施例中能源收集器1安装有3个水轮11，即总功率为1.35kW。

能量转换机构2采用液压泵21，其接受水轮传递力，液压泵21在水轮11的带动下制造成高流速和高公称压力，可视为将河床自由流量进行压缩，由此也起到了无级变速的效果。其输出高压、高速油量供给油马达41，从而达到高转速的发电机42发电的需要。液压泵21选用流量为25cm³/转共3台，油马达41选用25cm³/转共1台。工作时实测液压泵21转速为80转/分钟，三组液压泵21相等，油马达41的转速为240转/分钟。三组液压泵21共输出液压油流量Q₄为6升/分钟。安装在油管上的油压表指数P₄为126kg/cm²。此时三组液压泵21输出总功率N₄为6×126/612＝1.24Kw。

Claims (8)

1.一种江河低水位集流发电机组，其特征在于包括：

-能源收集器，浸入于江河水位以下，其包含有若干个可由水流带动旋转的水轮；

-能量转换机构，采用液压装置，与能源收集器连接将水轮的机械能转换为液压能；

-可加快液体介质的流速储能变速器，与能量转换机构连接；

-马达及由马达驱动的发电机，马达与储能变速器连接，由储能变速器输出的液体介质带动旋转。

2.根据权利要求1所述的江河低水位集流发电机组，其特征在于：所述的能源收集器内设有若干个可同轴安装的水轮，转轴与水流方向平行。

3.根据权利要求1所述的江河低水位集流发电机组，其特征在于：所述的能源收集器内设有若干个并排安装的水轮，转轴与水流方向垂直。

4.根据权利要求3所述的江河低水位集流发电机组，其特征在于：所述的水轮为矩道式径向水轮。

5.根据权利要求1所述的江河低水位集流发电机组，其特征在于：所述的储能变速器的输入口面积大于输出口面积。

6.根据权利要求1所述的江河低水位集流发电机组，其特征在于：所述的能量转换机构为液压泵。

7.根据权利要求6所述的江河低水位集流发电机组，其特征在于：所述的液压泵为径向柱塞泵或轴向柱塞泵。

8.根据权利要求1所述的江河低水位集流发电机组，其特征在于：所述的马达为油马达。

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