專利名稱：徑流水輪發電機組的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是發電機組，具體的是不用修筑堤壩，僅利用江、河徑流和大中型水
電站排入渠道中的尾水而進行徑流發電的機組。
背景技術：
目前世界上發電形式無非有水力、火力、風力、太陽能、生物能源等幾種，這些發電
形式共同存在的一個突出的問題就是電站初建時投資費用較大，其中基礎設施和發電機組 占用相當比例的經費。 另外，除水力、火力之外，其它發電形式的一次能源的動力不能保持恒定，最終反
應到發電機的轉動也無法恒定，這是發電系統的大忌，發生這個問題是不能與電網并機運 轉。雖然水力發電因有壩高的限定，可保證發電機正常安全運行，然而水力發電的龐大設施 與占地又不是局部地區可以實施的。 針對上述所提到的問題，目前電力行業中還沒有一種實施方法簡單、投資小、僅利 用江河的徑向水流就可因地制宜進行發電的一種發電方式，自然也就沒有相應的徑流水輪 發電機組。
發明內容
本發明的目的是針對目前各種發電的方式方法中存著設施構建龐大，投資費用昂 貴，施工期長，平日維護量大，運營成本高的問題，而提供一種投資費用小，見效快，頗為實 用，僅利用江河徑流就可發電的徑流水輪發電機組。
采用的技術方案是 徑流水輪發電機組，包括傳動機構、調速機構、水輪升降機構和控制機構；所述傳 動機構包括水輪、主軸、離合器、行星齒輪增速器和發電機；所述水輪套設在主軸上，并與主 軸固定連接，主軸上設置有軸承座，主軸的一端裝設有水輪升降機構，主軸與水輪升降機構 的大齒輪同心固定連接，水輪升降機構的傳動軸經聯軸器與離合器輸入軸固定連接，離合 器輸出軸與行星齒輪增速器的輸入軸固定連接，行星齒輪增速器的輸出軸與液壓無級調速 器的輸入軸相連接，液壓無級調速器的輸出軸與發電機軸相連接； 所述調速機構由粗調和細調兩個單元所組成，所述粗調單元包括左、右兩個擾流 板、擺動軸和擾流板支架上的軸套；所述擾流板設置為左、右相互對稱的兩個，左、右擾流 板分別貼靠在水輪左、右兩側的混凝土基座的邊旁，左、右擾流板的后面部位分別與左、右 兩個結構相同的擺動軸的前端固定連接，左、右擺動軸分別插入左、右擾流板支架上的軸套 內，左、右擾流板分別與左、右擾流板支架上的軸套通過擺動軸轉動連接；左擾流板的根部 與雙活塞液壓油缸的左活塞連桿的頂端固定連接，右活塞連桿的頂端與右擾流板的根部固 定連接。兩個活塞連桿的伸張或收縮，使左、右擾流板分別以擺動軸為定點同時相向或相 背轉動，通過調節擾流板的角度控制進入水輪機的水流量，當擾流板與水流方向平行時，水 流量為正常，當其向外側轉動30。角時水流量最大。當水流量最大時沖擊水輪的動能也最大，水輪自然轉動的就快，以至傳動軸轉數最大，反之，擾流板向內側轉動30。角時水流量 最小，傳動軸轉數自然也最小。從而控制擾流板的轉動角度便能控制水流量，進而達到控制 傳動軸轉數的粗調目的。 上述調速機構的細調單元包括液壓無級調速器，所述液壓無級調速器為市場定型 產品，液壓無級調速器裝設在行星齒輪增速器和發電機之間，當傳動軸的轉數通過擾流板 轉動角度粗調后尚有正偏差時，CPU輸出控制信號送至液壓無級調速器，使液壓無級調速器
的輸出軸轉數減慢，直至輸出軸轉數與發電機要求的轉數相等，反之，當傳動軸的轉數粗調 后尚有負偏差時，通過液壓無級調速器控制其輸出軸轉數增快，直至輸出軸轉數與發電機 要求的轉數相等。 所述水輪升降機構包括大、小齒輪、中間介齒輪、滑道、活動梁、活動橫梁和傳動 軸；所述的活動梁設有左、右兩個，左、右兩個活動梁分別裝設在水輪左、右兩側機架的中 部，機架設置在混凝土基座上，每個活動梁的兩端分別設置有能升降的滑道，滑道設置在機 架上，與機架固定連接，左、右兩個活動梁兩端的底面分別對應設置有左一活動橫梁、左二 活動橫梁、右一活動橫梁和右二活動橫梁，四個活動橫梁的兩端分別設有滑塊，滑塊分別位 于滑道內，與滑道滑動連接，四個活動橫梁的下面分別對應設有左一液壓油缸、左二液壓油 缸、右一液壓油缸和右二液壓油缸，并與對應的液壓油缸轉動連接，活塞連桿頂端頂舉連 接；上述主軸上設有的兩個軸承座分別固定裝設在左、右兩個活動梁上；上述四個液壓油 缸的液壓油的進油口和回油口均與液壓機的高壓油輸出口相連接，通過控制液壓油缸的進 油和回油使活塞連桿頂起或沉下活動橫梁，進而帶動左、右活動梁實現水輪的提升和下降， 即調節水輪葉片的入水深度。 主軸一端的端頭部位設置有大齒輪，大齒輪與中間介齒輪相嚙合，中間介齒輪裝 設在中間介軸上，大齒輪的兩側分別設有左、右兩個連動桿，連動桿的兩端分別與主軸和中 間介軸轉動連接；中間介軸的兩端部位分別設有左、右兩個擺動桿，兩個擺動桿的兩端分別 與中間介軸和傳動軸轉動連接，傳動軸的一端裝設有小齒輪，小齒輪與中間介齒輪相嚙合， 傳動軸通過軸承固定在機架上；連動桿和擺動桿隨著水輪的升降而擺動，因為連動桿和擺 動桿的聯結使大齒輪與中間介齒輪、中間介齒輪與小齒輪始終保持相互嚙合的狀態。從而 使水輪在水的徑流作用下獲得的動能通過大齒輪、中間介齒輪和小齒輪的嚙合傳遞給傳動 軸，傳動軸的轉動最終使發電機發電。 所述控制機構包括測速傳感器、水位計和控制柜；所述測速傳感器和水位計均為 市售的定型產品，測速傳感器裝設在傳動軸的末端，測速傳感器的輸出端腳通過導線與控 制柜的對應端相連接；水位計固定裝設在左活動梁上，水位計的輸出端腳通過導線與控制 柜的對應端相連接；上述控制柜內裝設有單端輸入雙端輸出的線形運放一號芯片Ul和單 端輸入單端輸出的線形運放二號芯片U2、 CPU芯片U3、 I/O輸入輸出芯片U4和功放級模塊 U5 ;測速傳感器的輸出端腳經控制柜相關輸入端腳與一號芯片Ul的輸入端相連接；線型運 放一號芯片Ul的雙端輸出端口與CPU芯片U3的相對應兩組端腳相連接，經CPU芯片U3的 運算處理后從兩組相對應端腳連接到I/O輸入輸出芯片U4相對應的兩組端腳，從I/O輸入 輸出芯片U4相應的輸出端腳經功放級模塊U5的兩組輸出分別與雙活塞液壓油缸和液壓無 級調速器的控制端相連接；水位計的輸出端腳經控制柜相關輸入端腳與二號芯片U2的輸 入端相連接，線型運放二號芯片U2的輸出端口與CPU芯片U3的對應端腳相連接，經CPU芯片U3的運算處理后從對應端腳連接到I/O輸入輸出芯片U4相應的端腳，從I/O輸入輸出 芯片U4相應的輸出端腳經功放級模塊U5與液壓機通向四個液壓油缸的高壓油輸出控制回 路相連接。 上述行星齒輪增速器與發電機之間的傳動軸上設有測速傳感器。 上述擾流板的長度在1米-3米之間，高度在0. 75米-1. 5米之間。 上述左、右擾流板支架上的軸套分別固定裝設在機架上，機架設置在混凝土基座上。 本發明的工作原理 根據水在徑流過程中的流速、流量產生的動能推動水輪轉動，水輪將水流的動能 轉變成機械能，因經擺動桿及連動桿的連接，使大齒輪、中間介齒輪、小齒輪轉動的同時帶 動傳動軸旋轉，再經離合器、行星齒輪增速器和液壓無級調速器帶動發電機旋轉發電。通過 行星齒輪增速器將水輪的低轉速增加到發電機應需的額定轉速750r/min左右。通過擾流 板張開的角度控制水流量，也就是控制施加到水輪的動能的大小，將轉速控制在發電機允 許的轉速范圍內，這是轉數的粗調，轉數的細調是由液壓無級調速器實施的，粗、細調的過 程是這樣的 測速傳感器將測得的傳動軸轉數信號輸入到控制柜中的線型運放芯片Ul的輸入 端，其雙端的輸出信號輸入到CPU芯片U3的相應端腳，經CPU芯片U3的運算處理，若轉數低 時CPU芯片U3輸出的信號經I/O輸入輸出芯片U4和功放模塊U5輸送到雙活塞液壓油缸使 左、右擾流板相對張開轉動，從而使水流量增加，水輪受到的沖擊力自然就會跟著加大，轉 數就會提升。若轉數高時CPU芯片U3輸出相反信號，使左、右步進電機相對轉動，帶動左、右 擾流板相對閉合轉動，從而使水流量減少，水輪受到的沖擊力自然就小，轉數就會降下來。
CPU芯片U3的另一組輸出信號經I/0輸入輸出芯片和功放級加到液壓無級調速器 的控制端，使其依據送來的信號大小而自動調節轉數。 水位計將測得的水位信號輸入到控制柜中的線型運放二號芯片U2的輸入端，其
輸出信號輸入到CPU芯片U3，經CPU芯片U3的運算處理，若水位低時CPU芯片U3輸出的信
號會使液壓機開啟輸出高壓油，從左一、左二、右一和右二液壓油缸的上進油口進油，從而
使四個液壓油缸分別動作，而降低左、右兩個活動梁，進而帶動水輪向水中下沉，從而使水
流量增加，水輪受到的沖擊力自然就會跟著加大；若水位高時整個過程正好相反。 徑流水輪發電機組是針對國內低水頭自然流水的河流而設計發明的一種發電裝
置。適用于自然河流及水電站出水渠末端安裝發電，其主要特征是通過擾流板和液壓無級
調速器控制傳動軸轉數，采用液壓機構升降機構可保障整個發電機組長期安全正常運行，
既可手動調節，又可實行自動控制調節。可以通過大齒輪、中間介齒輪、小齒輪及其之間連
接的連動桿和擺動桿組成的拉鏈式水輪升降機構，可調將水輪提出水面，水輪直徑和機組
長度可根據河水深度及高度確定。發電功率在70kw-1000kw。水輪采用弧線型工作面，增加
水的重力，減少出水阻力。 整個系統結構簡單，便于推廣應用。 本發明的特點 1、經濟效益巨大目前國內水輪發電機組發電，需要修筑水庫及擋水壩，建設周期 長，投資大，國內水電站發電投資平均每千瓦在l萬元左右。以建設ioo千瓦水輪發電機為例，需要投資100萬元左右，而潛水徑流發電機組只需要25萬元左右，只是水電站投資額的 1/4，而且建設時間大大縮短。 2、生態效益巨大正常的水輪發電機組發電必須修建水庫或堤壩，水庫及堤壩的 修建必然帶來河道下游斷流，從而影響和破壞其下游的自然生態，生態環境一旦破壞和失 衡，有些是無法恢復的。潛水徑流水輪發電機發電的優點是一不破壞環境，二是不破壞生 態，它是對白白浪費的水力資源動力的有效利用。 3、社會效益巨大第一是有利于社會穩定，這種設備不用移民，不用動遷人口 ；第 二是增加社會發電量，有利于國家的國民經濟發展；第三是有利于地方經濟建設，增加地方 稅收，增加當地人員就業，提高當地人民的生活水平。 4、擾流板通過自動控制機構控制水量和流速，是本設備的特點和優勢。 5、本發明采用調速機構，使轉數達到發電機的要求，提高穩定性。目前國內尚沒有
此項技術應用在徑流水輪發電機組中。 本發明與現有類似的發電機組相比優點在于設施簡單，施工容易，免除一般電站 施工大動干戈的浩大工程，投資少，成本低，日常便于維護，便于管理，投入人力較少，本發 明設計科學、合理、富有創意，結構緊湊、嚴密，性能穩定可靠，操作簡便、具有較好的發展前 景。適用與農村，山區及水鄉地區發電使用。
圖1是本發明結構連接示意圖。 圖2是本發明的調速機構和升降機構結構示意圖。 圖3是圖2的俯視示意圖。 圖4是本發明控制機構連接示意圖。
具體實施方式
實施例 徑流水輪發電機組，包括傳動機構、調速機構、水輪升降機構和控制機構；所述傳 動機構包括水輪16、主軸12、離合器23、行星齒輪增速器24和發電機26 ;
水輪16套設在主軸12上，并與主軸12固定連接，主軸12上設置有軸承座3，主軸 12的一端裝設有水輪升降機構，主軸12與水輪升降機構的大齒輪11同心固定連接，水輪 升降機構的傳動軸21經聯軸器22與離合器23的輸入軸固定連接，離合器23的輸出軸與 行星齒輪增速器24的輸入軸固定連接，行星齒輪增速器24的輸出軸與液壓無級調速器44 的輸入軸相連接，液壓無級調速器44的輸出軸與發電機26的軸相連接，在行星齒輪增速器 24與液壓無級調速器44之間的傳動軸21上設有測速傳感器25 ; 調速機構由粗調和細調兩個單元所組成，所述粗調單元，包括左、右兩個擾流板8 和7、擺動軸6和擾流板支架上的軸套5 ;所述左、右擾流板8和7設置為左、右相互對稱的 兩個，擾流板的長度在1米_3米之間，高度在0. 75米-1. 5米之間，左、右擾流板8和7分別 貼靠在水輪16左、右兩側的混凝土基座27的邊旁，左、右擾流板8和7的后面部位分別與 左、右兩個相同擺動軸6的前端固定連接，左、右擺動軸6分別插入左、右擾流板支架上的軸 套5內，左、右擾流板支架上的軸套5分別固定裝設在機架32上，機架32設置在混凝土基
7座27上，左、右擾流板8和7分別與左、右擾流板支架上的軸套5通過擺動軸6轉動連接， 右擾流板7的根部與雙活塞液壓油缸28的右活塞連桿29的頂端固定連接，左活塞連桿30 的頂端與左擾流板8的根部固定連接。兩個活塞連桿29和30的伸張或收縮，使左、右擾流 板8和7分別以擺動軸6為定點同時相向或相背轉動，通過調節左右兩個擾流板8和7的 角度控制進入水輪16的水流量，當擾流板8和7與水流方向平行時，水流量為正常，當其向 外側轉動30°角水流量最大，當其向內側轉動30。角水流量最小。 上述調速機構的細調單元包括液壓無級調速器44，所述液壓無級調速器44為市 場定型產品，液壓無級調速器44裝設在行星齒輪增速器24和發電機26之間；
所述水輪16升降機構包括大、小齒輪11和18、中間介齒輪14、滑道31、活動梁10 和2、活動橫梁40、39、41和42及傳動軸21 ;所述的活動梁10和2設有左、右兩個，左、右兩 個活動梁10和2分別裝設在水輪16左、右兩側的機架32的中部，機架32設置在混凝土基 座27上，左、右活動梁10和2的兩端分別設置有能升降的滑道31，滑道31設置在機架32 上，與機架32固定連接，左、右兩個活動梁10和2兩端的底面分別對應設置有左一活動橫 梁40、左二活動橫梁39、右一活動橫梁41和右二活動橫梁42，并與其轉動連接，四個活動橫 梁40、39、41和42的兩端分別設有滑塊43，滑塊43分別位于滑道31內與滑道31滑動連 接，四個活動橫梁40、39、41和42的下面分別對應設有左一液壓油缸17、左二液壓油缸9、 右一液壓油缸1和右二液壓油缸4，并與相對應的液壓油缸的活塞連桿頂端頂舉連接；上述 主軸12上設有的兩個軸承座3分別固定裝設在左、右兩個活動梁10和2上；上述四個液壓 油缸17、9、 1和4的液壓油的進油口和回油口均與液壓機的高壓油輸出口相連接，通過控制 液壓油缸的進油和回油實現水輪16的提升和下降，即調節水輪16葉片的入水深度。
主軸12 —端的端頭部位設置有大齒輪ll，大齒輪11與中間介齒輪14相嚙合，中 間介齒輪14裝設在中間介軸15上，大齒輪11的兩側分別設有左、右兩個連動桿13，連動 桿13的兩端分別與主軸12和中間介軸15轉動連接；中間介軸15的兩端部位分別設有左、 右兩個擺動桿19，兩個擺動桿19的兩端分別與中間介軸15和傳動軸21轉動連接，傳動軸 21的一端裝設有小齒輪18，小齒輪18與中間介齒輪14相嚙合，傳動軸21通過軸承20固 定在機架32上；連動桿13和擺動桿19隨著水輪16的升降而擺動，因為連動桿13和擺動 桿19的聯接使大齒輪11與中間介齒輪14、中間介齒輪14與小齒輪18始終保持相互嚙合 的狀態。從而使水輪16在水的徑流作用下獲得的動能通過大齒輪11、中間介齒輪14和小 齒輪18的嚙合傳遞給傳動軸21，傳動軸21的轉動最終使發電機26發電。
所述控制機構包括測速傳感器25、水位計33和控制柜38 ;所述測速傳感器25和 水位計33均為市售的定型產品，測速傳感器25裝設在傳動軸21的末端，測速傳感器25的 輸出端腳通過導線與控制柜38的對應端34和35相連接；水位計33固定裝設在左活動梁 10上，水位計33的輸出端腳通過導線與控制柜38的對應端36和37相連接；上述控制柜 38內裝設有單端輸入雙端輸出的線形運放一號芯片Ul和單端輸入單端輸出的線形運放二 號芯片U2、CPU芯片U3、I/C)輸入輸出芯片U4和功放級模塊U5 ;測速傳感器25的輸出端腳 經控制柜38的對應端34、35與一號芯片Ul的輸入端相連接；線型運放一號芯片Ul的雙端 輸出端口與CPU芯片U3的相對應兩組端腳相連接，經CPU芯片U3的運算處理后從兩組相 對應端腳連接到I/O輸入輸出芯片U4相對應的兩組端腳，從I/O輸入輸出芯片U4相應的 輸出端腳經功放級模塊U5的兩組輸出端45、46和47、48分別與雙活塞液壓油缸28和液壓無級調速器44的控制端相連接；水位計33的輸出端腳經控制柜38的對應端36、37對應與 二號芯片U2的輸入端相連接，線型運放二號芯片U2的輸出端口與CPU芯片U3的對應端腳 相連接，經CPU芯片U3的運算處理后從對應端腳連接到I/O輸入輸出芯片U4相應的端腳， 從I/O輸入輸出芯片U4相應的輸出端腳經功放級模塊U5輸出端49、50與液壓機通向四個 液壓油缸17、9、1和4的高壓油輸出控制回路相連接。
權利要求
徑流水輪發電機組，包括傳動機構、調速機構、水輪升降機構和控制機構；所述傳動機構包括水輪(16)、主軸(12)、離合器(23)、行星齒輪增速器(24)和發電機(26)；其特征在于所述水輪(16)套設在主軸(12)上，并與主軸(12)固定連接，主軸(12)上設置有軸承座(3)，主軸(12)的一端裝設有水輪升降機構，主軸(12)與水輪升降機構的大齒輪(11)同心固定連接，水輪升降機構的傳動軸(21)經聯軸器(22)與離合器(23)的輸入軸固定連接，離合器(23)的輸出軸與行星齒輪增速器(24)的輸入軸固定連接，行星齒輪增速器(24)的輸出軸與液壓無級調速器(44)的輸入軸相連接，液壓無級調速器(44)的輸出軸與發電機(26)軸相連接；所述調速機構由粗調和細調兩個單元所組成，所述粗調單元包括左、右兩個擾流板(8)和(7)、擺動軸(6)和擾流板支架上的軸套(5)；所述左、右擾流板(8)和(7)設置為左、右相互對稱的兩個，左、右擾流板(8)和(7)分別貼靠在水輪(16)左、右兩側的混凝土基座(27)的邊旁，左、右擾流板(8)和(7)的后面部位分別與左、右兩個結構相同的擺動軸(6)的前端固定連接，左、右擺動軸(6)分別插入左、右擾流板支架上的軸套(5)內，左、右擾流板(8)和(7)分別與左、右擾流板支架上的軸套(5)通過擺動軸(6)轉動連接；右擾流板(7)的根部與雙活塞液壓油缸(28)的右活塞連桿(29)的頂端固定連接，左活塞連桿(30)的頂端與左擾流板(8)的根部固定連接；上述調速機構的細調單元包括液壓無級調速器(44)，所述液壓無級調速器(44)裝設在行星齒輪增速器(24)和發電機(26)之間，液壓無級調速器(44)的控制端通過導線與控制柜的對應輸出端相連接；所述水輪升降機構包括大、小齒輪(11)和(18)、中間介齒輪(14)、滑道(31)、左、右活動梁(10)和(2)、左一、左二、右一和右二活動橫梁(39)、(40)、(41)和(42)及傳動軸(21)；所述的活動梁(10)和(2)設有左、右兩個，左、右兩個活動梁(10)和(2)分別裝設在水輪(16)左、右兩側的機架(32)的中部，機架(32)設置在混凝土基座(27)上，左、右活動梁(10)和(2)的兩端分別設置有能升降的滑道(31)，滑道(31)設置在機架(32)上，與機架(32)固定連接，左、右兩個活動梁(10)和(2)兩端的底面分別對應設置有左一活動橫梁(40)、左二活動橫梁(39)、右一活動橫梁(41)和右二活動橫梁(42)并轉動連接，四個活動橫梁(40)、(39)、(41)和(42)的兩端分別設有滑塊(43)，滑塊(43)分別位于滑道(31)內，與滑道(31)滑動連接，四個活動橫梁(40)、(39)、(41)和(42)的下面分別對應設有左一液壓油缸(17)、左二液壓油缸(9)、右一液壓油缸(1)和右二液壓油缸(4)，并與相對應的液壓油缸活塞連桿頂端頂舉連接；上述主軸(12)上設有的兩個軸承座(3)分別固定裝設在左、右活動梁(10)和(2)上；主軸(12)一端的端頭部位設置有大齒輪(11)，大齒輪(11)與中間介齒輪(14)相嚙合，中間介齒輪(14)裝設在中間介軸(15)上，大齒輪(11)的兩側分別設有左、右兩個連動桿(13)，連動桿(13)的兩端分別與主軸(12)和中間介軸(15)轉動連接；中間介軸(15)的兩端部位分別設有左、右兩個擺動桿(19)，兩個擺動桿(19)的兩端分別與中間介軸(15)和傳動軸(21)轉動連接，傳動軸(21)的一端裝設有小齒輪(18)，小齒輪(18)與中間介齒輪(14)相嚙合，傳動軸(21)通過軸承(20)固定在機架(32)上。
2. 根據權利要求1所述的徑流水輪發電機組，其特征在于上述行星齒輪增速器(24)與發電機(26)之間的傳動軸(21)上設有測速傳感器(25)。
3. 根據權利要求1所述的徑流水輪發電機組，其特征在于上述擾流板(8)和(7)的 長度在l米-3米之間，高度在0. 75米-1.5米之間。
4. 根據權利要求l所述的徑流水輪發電機組，其特征在于上述左、右擾流板支架上的 軸套(5)分別固定裝設在機架(32)上，機架(32)設置在混凝土基座(27)上。
全文摘要
徑流水輪發電機組，包括傳動機構、調速機構、水輪升降機構和控制機構；水輪套設在主軸上，主軸與水輪升降機構的大齒輪同心固定連接，水輪升降機構的傳動軸經聯軸器與離合器固定連接，經行星齒輪增速器和液壓無級調速器與發電機軸相連接；調速機構有粗、細調，粗調是左、右擾流板與擺動軸的前端連接，擺動軸插入擾流板支架上的軸套內，細調采用液壓無級調速器進行，水輪升降機構的活動梁的兩端設置有能升降的滑道，與機架固定連接，左、右兩個活動梁兩端的底面分別對應設置有四個活動橫梁、其下面分別對應設有四個液壓油缸，液壓油缸活塞連桿頂端與活動橫梁頂舉連接，本發明設計科學、結構緊湊、施工簡單，成本低、適用農村，山區發電使用。
文檔編號E02B9/00GK101718244SQ20081001359
公開日2010年6月2日 申請日期2008年10月9日 優先權日2008年10月9日
發明者吳登科, 楊樹立, 王金偉, 路奔, 雷萬德, 韓樹君 申請人:韓樹君