[发明专利]一种不截断河道的水力发电动力装置

说明书

技术领域

本发明属于水利水电工程中水力发电技术领域，具体涉及一种不截断河道的水力发电动力装置。

背景技术

水力发电是利用河流等位于高处具有势能的水流至低处，将势能转换成水轮机的动能，再借水轮机为原动力推动发电机产生电能。由于水流按照一定的水文周期不断循环，作为能源具有可再生性，水力发电只是利用水流所携带的能量，无需再消耗其他动力资源，而且上一级电站使用过的水流仍可为下一级电站利用，发电的成本较低，可以提供廉价清洁的能源。但水力发电需要修建拦河大坝集中水流落差，一方面投资巨大，建设周期长，另一方面需要将天然的河道人为截断，对生态环境有一定的影响，库区可能会淹没良田、森林和古迹等文化设施，能影响鱼类的生活和繁衍，甚至会造成移民搬迁。水库建成后，在库区会出现泥沙淤积，在下游造成冲刷等。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种不截断河道的水力发电动力装置，实现在不对天然河道截断的前提下完成水力发电，从而避免因截断河流、形成水库对生态环境、动植物、天然输沙等造成的不利影响，同时节省水电建设工程量和投资成本。

针对以上发明目的，本发明提供一种不截断河道的水力发电动力装置，包括至少一个横跨河道通过支承装置安装在河道两岸的传力轴和安装在传力轴上的若干叶片，所述传力轴于河道内位于使安装于其上的叶片位于河道水流内的位置，至少一端与安装在河岸上的发电机组中的传动装置连接；所述叶片的叶型，在水深方向等寛，左右两侧叶面为沿水流方向的流线型曲面，且在水流流经叶片时于一侧叶面上的流速大于另一侧叶面上的流速，使叶片两侧叶面上的压力形成压力差，通过所述传力轴为发电组提供所需机械动力。

在本发明的上述技术方案中，为使水流流经叶片时于一侧叶面上的流速大于另一侧叶面上的流速，从而使叶片两侧叶面上的压力形成压力差，最终使叶片受到来自水流的向叶片一侧的推力，可通过以下两种方案实现：

一是将叶片左右两侧叶面设计为对称结构形状的叶面，叶片通过安装在传力轴上的安装孔使叶片左右两侧叶面的对称面方向与水流方向呈一定夹角，形成在水流流经叶片时于一侧叶面上的流速大于另一侧叶面上的流速。二是将叶片左右两侧叶面设计为非对称结构形状的叶面，使一侧流线型叶面的流线长于另一侧，从而实现形成压力差。此时，叶片的安装孔设计可以仅满足将叶片安装在传力轴上即可。

本发明优先选择设计为第一种对称结构形状的叶面。

对于本发明所述将将叶片左右两侧叶面设计为对称结构形状的叶面的方案，进一步优化设计为，叶片通过安装在传力轴上的安装孔使叶片对称面的方向与水流方向呈10°～30°夹角。

当叶片左右两侧叶面设计为对称结构形状的叶面时，单个叶片具体体型设计需根据河流具体水文流量条件进行设计，原则为使单个叶片满足对应水流条件下的流线体型设计，优先设计为：所述叶片的横截面轮廓为由多段圆弧光滑衔接围成的头部大尾部小的梭形，其迎水的头部圆弧半径为r₁，尾部圆弧半径为r₂，两侧与头部圆弧两端衔接的为两段对称的半径为R₁的圆弧，两侧与尾部圆弧两端衔接的为两段对称的半径为R₂的圆弧，且每侧的两段圆弧光滑衔接。所述半径为R₁的圆弧与半径为R₂的圆弧衔接处为梭形叶片的宽度最大处，进一步优化设计为，两段圆弧的衔接关系满足以此衔接处最大宽度为直径作中心圆正好与两侧圆弧相切，该处宽度记为中心圆直径D。叶片的设计参数包括叶片总长L，垂向高度H，r1、r2、R1、R2以及中心圆直径D，中心圆圆心距离前端位置L1，距离后端位置L2。具体设计参数的确定应根据实际河道中的水力条件设计，以达到两侧压力条件最有利于实现对活动轴承的推动力的目的。

在本发明的上述技术方案中，同一传力轴上相邻叶片的安装间距最好不小于2倍中心圆直径D。

在本发明的上述技术方案中，叶片安装孔的轴线与叶片中心圆圆心轴线垂直相交，且两轴线的交点最好位于叶片上下为1/2～2/3位置处。

在本发明的上述技术方案中，传力轴沿水深可根据水深和地形条件布置多个，一般布置2～4个。

在本发明的上述技术方案中，沿水深布置的相邻两传力轴之间的垂向距离最好不小于单个叶片的高度H，且最底层叶片最低点距离河道底部的垂向距离最好不小于单个叶片高度H。