[发明专利]利用河水自然流动发电的水轮机装置

说明书

本发明公开了一种利用河水自然流动发电的水轮机装置，包括水轮机及导水机构，水轮机包括转轮、上端轴及下端轴，转轮包括多片长轮叶、多片短轮叶及间隔设置的至少两个轮盘，相邻的两个轮盘通过长轮叶及短轮叶连接，长轮叶与短轮叶均沿周向间隔设置于轮盘上，长轮叶与短轮叶围成无中心轴空间，导水机构包括箱体及入口封板，箱体内沿竖直方向设置多层进水通道，入口封板用于封闭进水通道，箱体前端为进水口，箱体的后端设有与水轮机连通的弧形出水口，弧形出水口用于引导水流冲击长轮叶及短轮叶。通过多层进水通道的分层进水及水轮机的无中心轴空间的设置方式，提高了发电效率。

技术领域

本发明涉及河流发电设备技术领域，特别是涉及一种利用河水自然流动发电的水轮机装置。

背景技术

我国江河流域未开发的低水头、微水头、现有水电站下游可资利用的直接流动的水力资源亟待开发。从能源一资源一环境一体化来考虑，河水直接流动发电项目可避免建筑大坝，移民损失，更有益于生态环境。开发水力资源，综合利用低成本的可再生能源，已经成为国内外学者研究的重要课题。

用于河水直接流动发电的水轮机中，贯流式、垂直轴螺旋型水轮机等在流量较低时发电，效率会大大降低，运行状态不够稳定，不能适应高效率发电，适用范围有限。传统的河水自然流动发电装置，在基础研究和工业运行等方面都存在流动的可控性差、水轮机效率低等问题，难以适应潮流变化及其流量较小时的水力发电需求。

发明内容

基于此，本发明在于克服现有技术的缺陷，提供一种发电效率高、结构简单的利用河水自然流动发电的水轮机装置。

其技术方案如下：

一种利用河水自然流动发电的水轮机装置，包括水轮机及导水机构，所述水轮机包括转轮、上端轴及下端轴，所述转轮包括长轮叶、短轮叶及间隔设置的至少两个轮盘，所述长轮叶、所述短轮叶均为多片，相邻的两个轮盘通过所述长轮叶及所述短轮叶连接，所述长轮叶与所述短轮叶均沿周向间隔设置于所述轮盘上，所述长轮叶与所述短轮叶围成无中心轴空间，所述转轮的顶层轮盘用于通过所述上端轴与发电机传动连接，所述转轮的底层轮盘用于通过所述下端轴竖立于水下基础上，所述导水机构包括箱体及入口封板，所述箱体内沿竖直方向设置多层进水通道，所述入口封板用于封闭所述进水通道，所述箱体前端为进水口，所述箱体的后端设有与所述水轮机连通的弧形出水口，所述弧形出水口用于引导水流冲击所述长轮叶及所述短轮叶。

上述利用河水自然流动发电的水轮机装置，导水机构通过采用多层进水通道，可在流量变化时分段调节，通过依次关闭上层的入口封板，让水从下层流道通过，并可适当提高水位，使得下层流道水流动能增大，提高对水轮机的转轮的冲击力，而水流进入转轮后第一次冲击转轮的长轮叶与短轮叶，实现了第一次能量转换，随后水流由长轮叶与短轮叶之间的间隙进入无中心轴空间，由于没有中心轴，水流在通过转轮中部时水力损失减少，同时水流在长轮叶与短轮叶之间的间隙内流动空间增大，流速加快，使第一次冲击叶片后的水流速度加快，并使得水流在通过无中心轴空间后，第二次冲击长轮叶、短轮叶的动能增大，从而提高了发电效率。

进一步地，所述轮盘为多个，相邻的两个轮盘之间形成导流通道，所述转轮上设有至少四个导流通道，所述导流通道与所述进水通道对应设置。

进一步地，所述短轮叶沿所述轮盘的径向长度小于所述长轮叶沿所述轮盘的径向长度，所述长轮叶与所述短轮叶的外侧边位于同一圆柱面上，所述长轮叶与所述短轮叶均为弧形叶片。

进一步地，所述转轮直径为0.5m～6m，所述转轮的高度为0.5m～6m，所述长轮叶的弧面半径与所述轮盘的直径之比为1/3～2，所述长轮叶沿所述轮盘的径向长度与所述轮盘的半径之比为1/4～1/2，所述短轮叶沿所述轮盘的径向长度与所述轮盘的半径之比为1/5～1/3，所述长轮叶沿所述轮盘的径向长度与所述短轮叶沿所述轮盘的径向长度之比为5/4～5/2，所述长轮叶与所述短轮叶的数量之和为20～80。