CN105257454B - 一种引水式漩涡水流发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种引水式漩涡水流发电系统，包括相互连接的引流部和发电部，所述引流部主要由分水锥、回水堰、引水渠依次连接构成；其中分水锥设于河流弯道处中部，用于将河流分为两股；回水堰设于分水锥的下游，并与分水锥相连接，用于对水量进行二次调节；所述发电部包括造涡漏斗、机电设备和尾水管，其中机电设备设于造涡漏斗上侧，尾水管设于造涡漏斗下侧；引水渠用于将河水引入造涡漏斗产生漩涡，作用于机电设备进行发电，尾水通过尾水管重新流入河流。本发明具有显著的生态、节能减排效益。
Description
技术领域
本发明属于一种引水式发电系统，具体的说是一种引水式漩涡水流发电系统。
背景技术
目前，许多偏远山区由于电网无法覆盖，电力供应严重不足，当地居民不得不砍伐树木来解决生活中的能源问题，造成当地水土流失问题越来越严重，生态环境日益恶化。但是，这些地方通常蕴含丰富的水能资源。
目前对水能资源的开发利用主要通过兴建大坝或引水道集中水头进行发电，但基于坝式水电站工程量巨大以及对地质条件、渠道形式等要求，不易用于小型流域的开发利用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种引水式漩涡水流发电系统，该发电系统充分利用偏远地区小型河道的水能资源，通过造涡漏斗产生漩涡，借助漩涡的旋转能量推动叶片发电，具有显著的生态、节能减排效益。
本发明的技术方案如下：
本发明的引水式漩涡水流发电系统，包括相互连接的引流部和发电部，所述引流部主要由分水锥、回水堰、引水渠依次连接构成；所述发电部包括造涡漏斗、机电设备和尾水管，其中机电设备设于造涡漏斗上侧，尾水管设于造涡漏斗下侧；
所述分水锥为前部和尾部呈流线型混凝土墩，以减小水流过流的动能损失；分水锥设于河流弯道处中部，以将河流分为两股；
所述回水堰为断面呈三角形的混凝土溢流堰，回水堰设于分水锥的下游，并与分水锥相连接；
所述引水渠为断面呈矩形的混凝土渠道，引水渠设于河流弯道凹岸处，引水渠包括第一渠道和第二渠道；
所述造涡漏斗为具有上、下端开口的混凝土漏斗，该混凝土漏斗的侧壁还设有第一入流口、第二入流口；上端开口的口径大于下端开口口径；第一入流口、第二入流口成中心对称，并且位于造涡漏斗侧壁切向方向，其中第一入流口与第一渠道相连接，第二入流口与第二渠道相连接；
所述机电设备主要由依次连接的发电机、行星齿轮增速箱、水轮机以及机架构成，其中，发电机通过机架固定于造涡漏斗的正上方；行星齿轮增速箱为ZL80型行星增速机，其输入端通过齿轮与水轮机的输出端咬合连接，其输出端通过齿轮与发电机的输入端咬合连接，实现异轴旋转，以达到增速的目的；水轮机主要由主轴、转轮和多个转轮叶片构成，其中转轮叶片均匀分布并固定于转轮外侧，转轮固定于主轴上，水轮机通过止推轴承固定于机架上，使其在造涡漏斗的内部中心位置；
所述尾水管为弯肘形，其入口端与造涡漏斗的下端开口连接，其出口端与河流连通，用于将尾水顺畅的排向下游。
本发明各部件具有以下优点：
1、本发明的发电系统利用人造漩涡进行发电，解决了偏远山区电力供应困难的问题，改变当地以木材为燃料的能源现状，间接保护了森林覆盖率，减少因木材燃烧而产生的排放量，节能减排效益显著；经试验测算，该系统的发电效率高于70%，具有明显的经济效益与社会效益，应用景广阔；系统集引流、造涡、增速传动和发电于一体，不仅能够合理开发水能资源，同时具有新颖、生态、节能减排、易于推广等显著特点；
2、考虑到利用产生的漩涡来带动水轮机转动的时候，水流大小不同状况下可能会出现转轮的转速过低或者不稳定的情况，因此需要一个行星齿轮增速箱来保证转轮可以产生足够快且稳定的转速，从而达到发电性能稳定的目的；
3、装置中的造涡漏斗作为产生漩涡的特殊边界条件，能够集中水流的旋转动能用于发电；势能也将进一步转化为水轮机可以利用的旋转动能，进而提高发电效率；
4、尾水管的作用大致可归纳为以下三点：汇集并引导造涡漏水出口水流排往下游；利用造涡漏斗4出口至下游水面高度水流所具有的位能；回收造涡漏斗出口水流的部分动能。
附图说明
图1 本发明引水式漩涡水流发电系统的整体示意图；
图2 本发明的回水堰断面示意图；
图3 本发明的造涡漏斗正视图；
图4 本发明的造涡漏斗俯视图；
图5 本发明的机电设备示意图；
图6 本发明引水式漩涡水流发电系统的局部示意图；
图7 本发明的引水渠及造涡漏斗整体示意图；
图8 本发明的水轮机示意图；
图9 本发明的尾水管示意图。
图中：1为分水锥，2为回水堰，3为引水渠，31为第一渠道，32为第二渠道，4为造涡漏斗，41为第一入流口，42为第二入流口，5为机电设备，51为发电机，52为发电机支架，53为行星齿轮增速箱，54为水轮机，541为主轴，542转轮，543为转轮叶片，6为尾水管。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步说明。
本发明的引水式漩涡水流发电系统，包括相互连接的引流部和发电部，所述引流部主要由分水锥1、回水堰2、引水渠3依次连接构成；所述发电部包括造涡漏斗4、机电设备5和尾水管6，其中机电设备5设于造涡漏斗4上侧，尾水管6设于造涡漏斗4下侧；
所述分水锥1为前部和尾部呈流线型混凝土墩，以减小水流过流的动能损失；分水锥1设于河流弯道处中部，以将河流分为两股；
所述回水堰2为断面呈三角形的混凝土溢流堰，回水堰2设于分水锥1的下游，并与分水锥1相连接；
所述引水渠3为断面呈矩形的混凝土渠道，引水渠3设于河流弯道凹岸处，引水渠3包括第一渠道31和第二渠道32；
所述造涡漏斗4为具有上、下端开口的混凝土漏斗，该混凝土漏斗的侧壁还设有第一入流口41、第二入流口42；上端开口的口径大于下端开口口径；第一入流口41、第二入流口42成中心对称，并且位于造涡漏斗4侧壁切向方向，其中第一入流口41与第一渠道31相连接，第二入流口42与第二渠道32相连接；
所述机电设备5主要由依次连接的发电机51、行星齿轮增速箱53、水轮机54以及机架52构成，其中，发电机51通过机架52固定于造涡漏斗4的正上方；行星齿轮增速箱53为ZL80型行星增速机，其输入端通过齿轮与水轮机54的输出端咬合连接，其输出端通过齿轮与发电机51的输入端咬合连接，实现异轴旋转，以达到增速的目的；水轮机54主要由主轴541、转轮542和多个转轮叶片543构成，其中转轮叶片543均匀分布并固定于转轮542外侧，转轮542固定于主轴541上，水轮机54通过止推轴承固定于机架52上，使其在造涡漏斗4的内部中心位置；
所述尾水管6为弯肘形，其入口端与造涡漏斗的下端开口连接，其出口端与河流连通，用于将尾水顺畅的排向下游。
本发明运用都江堰分水原理，将分水锥1设在河流弯道处，由分水锥1将天然河水分为两股，一股水流保持天然状态流向下游成为外江，以供当地居民的正常使用，同时也为洄游鱼类留有生态通道；另一股水流则成为内江，通过引水渠3引流至装置内用于发电。分水锥1的位置应使内江河道宽度窄于外江河道宽度，同时采用工程措施使内江河床低于外江河床，即使外江成为凸地，内江成为凹地。根据弯道水流规律可知，在弯道处含沙量较少的表层水流流向凹地，经引水渠3流入发电设施，避免了在造涡漏斗4可能出现的泥沙淤积问题。将回水堰2设于内江末端，并与分水锥1末端相连，对水量进行二次调节。在分水锥1和回水堰2的共同作用下，可以使装置在枯水期有充分的河水入流，洪水期不被淹没。
在引水渠3首部，水流被分为两股，经引水渠3导流后，两股水流均以一定速度切向入流，水流沿造涡漏斗4作螺旋下降的流动，形成较为明显的漩涡。漩涡水流在受到转轮叶片542的约束下，连续不断地改变流速的大小和方向，从而对转轮叶片543产生一个反作用力，驱动转轮542旋转。
考虑到水流大小不同状况下可能会出现转轮542的转速过低或者不稳定的情况，因此需要一个行星齿轮增速箱53来保证转轮542可以产生足够快且稳定的转速，从而达到发电机51稳定发电的目的。通过输电的相关设备即可将电能输送至为附近居民住宅，满足他们照明用电以及农业灌溉等方面的用电需求。
Claims (1)
1.一种引水式漩涡水流发电系统，其特征在于：包括相互连接的引流部和发电部，所述引流部主要由分水锥（1）、回水堰（2）、引水渠（3）依次连接构成；所述发电部包括造涡漏斗（4）、机电设备（5）和尾水管（6），其中机电设备（5）设于造涡漏斗（4）上侧，尾水管（6）设于造涡漏斗（4）下侧；
所述分水锥（1）为前部和尾部呈流线型混凝土墩，以减小水流过流的动能损失；分水锥（1）设于河流弯道处中部，以将河流分为两股；
所述回水堰（2）为断面呈三角形的混凝土溢流堰，回水堰（2）设于分水锥（1）的下游，并与分水锥（1）相连接；
所述引水渠（3）为断面呈矩形的混凝土渠道，引水渠（3）设于河流弯道凹岸处，引水渠（3）包括第一渠道（31）和第二渠道（32）；
所述造涡漏斗（4）为具有上、下端开口的混凝土漏斗，该混凝土漏斗的侧壁还设有第一入流口（41）、第二入流口（42）；上端开口的口径大于下端开口口径；第一入流口（41）、第二入流口（42）成中心对称，并且位于造涡漏斗（4）侧壁切向方向，其中第一入流口（41）与第一渠道（31）相连接，第二入流口（42）与第二渠道（32）相连接；
所述机电设备（5）主要由依次连接的发电机（51）、行星齿轮增速箱（53）、水轮机（54）以及机架（52）构成，其中，发电机（51）通过机架（52）固定于造涡漏斗（4）的正上方；行星齿轮增速箱（53）为ZL80型行星增速机，其输入端通过齿轮与水轮机（54）的输出端咬合连接，其输出端通过齿轮与发电机（51）的输入端咬合连接，实现异轴旋转，以达到增速的目的；水轮机（54）主要由主轴（541）、转轮（542）和多个转轮叶片（543）构成，其中转轮叶片（543）均匀分布并固定于转轮（542）外侧，转轮（542）固定于主轴（541）上，水轮机（54）通过止推轴承固定于机架（52）上，使其在造涡漏斗（4）的内部中心位置；
所述尾水管（6）为弯肘形，其入口端与造涡漏斗的下端开口连接，其出口端与河流连通，用于将尾水顺畅的排向下游。
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