一種發電裝置的製作方法

2023-06-13 00:05:16

本發明涉及發電設備領域，具體涉及一種發電裝置。

背景技術：

經過多年的發展，我國可再生能源的開發利用已取得了很大進展。其中能源包括太陽能、水力、風力、生物質能、波浪能、潮汐能、海洋溫差能等；如何開發利用能源一直使開發利用再生能源的重要課題之一。

水能是一種取之不盡、用之不竭、可再生的清潔能源。水力發電通過利用河流、湖泊、海洋等位於高處具有勢能的水流至低處，將其中所含勢能轉換成水輪機之動能，再借水輪機為原動力，推動發電機產生電能。利用水力(具有水頭)推動水力機械(水輪機)轉動，將水能轉變為機械能，如果在水輪機上接上另一種機械(發電機)隨著水輪機轉動便可發出電來，這時機械能又轉變為電能。水力發電在某種意義上講是水的位能轉變成機械能，再轉變成電能的過程。

現有技術中為了利用天然水能，常常需要人工修築能集中水流落差和調節流量的水工建築物，如大壩、引水管涵等，現在大部分水輪發電機都需要恆定的水流水速來進行發電工作，對於過大或過小變化水流，水輪機無法進行有效的能量轉動，造成能量的損失或機器的損壞。

鑑於上述缺陷，本發明創作者經過長時間的研究和實踐終於獲得了本發明。

技術實現要素：

為解決上述技術缺陷，本發明採用的技術方案在於，提供一種水力發電裝置，所述水力發電裝置包括水輪組件、發電機、蓄電池，所述水輪組件與所述發電機連接，所述蓄電池和所述發電機通過導線連接，所述水輪裝置包括水輪裝置、外殼和轉動軸，所述水輪裝置和所述轉動軸設置在所述外殼內，所述水輪裝置包括水輪主體，所述外殼包括出水水道，所述出水水道和所述水輪主體連接實現對水流的流量控制從而達到對水能的有效利用。

較佳的，所述水輪主體包括杆體和盤座，所述杆體和所述盤座同軸設置並固定連接，所述出水水道包括隔水部，所述隔水部、所述杆體和所述盤座形成內部空間。

較佳的，所述水輪主體還包括環形隔板，所述環形隔板與所述盤座固定連接，所述環形隔板設置在所述內部空間內。

較佳的，所述杆體包括溢流部、直體部、球頭部，所述直體部和所述球頭部分別設置在所述溢流部兩端，所述溢流部與所述隔水部對應設置。

較佳的，所述溢流部的橫截面側邊為弧形曲線，所述弧形曲線軌跡為

其中，(x2，y2)為所述弧形曲線上的點坐標，m為所述水輪裝置的重量，s1為所述環形隔板的內環橫截面積，s2為所述杆體的橫截面積，ρ為水流密度，d為所述出水水道內徑，d1為所述直體部直徑，d2為所述隔水部內徑。

較佳的，所述水輪裝置還包括第一扇體，所述第一扇體包括若干弧形片，所述弧形片一端固定在所述杆體上，所述弧形片以所述杆體軸線為中心均勻設置。

較佳的，所述水輪裝置還包括第二扇體，所述第二扇體包括若干扇葉，所述扇葉以所述杆體軸線為中心均勻設置在所述杆體的一端。

較佳的，所述杆體還包括出水孔道，所述出水孔道設置在所述水輪裝置內，所述出水孔道一端設置出水管，所述出水管為螺旋型管。

較佳的，所述外殼還包括蝸殼水道，所述蝸殼水道包括空心管道和密封板，所述空心管道和所述密封板連接形成空心部，所述水輪裝置和所述轉動軸設置在所述空心部內。

較佳的，所述水輪組件還包括導流裝置，所述導流裝置設置在所述外殼內，所述導流裝置用於控制水流衝擊所述水輪裝置的角度。

與現有技術比較本發明的有益效果在於：1，通過所述水輪裝置和所述外殼形成內部空間，所述內部空間調節水流，實現水流變化過程中對能量的有效轉化；2，通過所述導流裝置實現對水流衝擊方向的控制，使所述發電裝置有效進行能量轉化；3，通過所述第一扇體、所述第二扇體和所述出水管，完成水流勢能轉化為機械動能，實現能量轉化。

附圖說明

圖1是本發明所述發電裝置實施例一的側視結構圖；

圖2是本發明所述發電裝置實施例一的俯視結構圖；

圖3是本發明所述發電裝置實施例二的側視結構圖；

圖4是本發明所述發電裝置實施例三的側視結構圖。

圖中數字表示：

1-水輪組件；2-發電機；3-蓄電池；11-外殼；12-導流裝置；13-水輪裝置；14-轉動軸；15-永磁組件；111-蝸殼水道；112-進水水道；113-出水水道；1111-空心管道；1112-密封板；121-導流板；122-控制裝置；131-水輪主體；132-第一扇體；133-第二扇體；151-第一永磁組；152-第二永磁組；1131-隔水部；1311-杆體；1312-盤座；1313-出水孔道；1321-弧形片；1511-第一環體；1512-第二環體；1521-第一磁塊；1522-第二磁塊。

具體實施方式

以下結合附圖，對本發明上述的和另外的技術特徵和優點作更詳細的說明。

實施例一

本發明涉及一種發電裝置，其結構圖如圖1和圖2所示，其包括水輪組件1、發電機2、蓄電池3，所述水輪組件1與所述發電機2連接，通過所述水輪組件1的運動實現所述發電機2發電，所述蓄電池3和所述發電機2通過導線連接，所述蓄電池3用於存儲所述發電機2所產生的電量。

所述水輪組件1包括外殼11、導流裝置12、水輪裝置13、轉動軸14，所述導流裝置12、所述水輪裝置13、所述轉動軸14設置在所述外殼11內部。

所述外殼11包括蝸殼水道111、進水水道112和出水水道113，所述蝸殼水道111包括空心管道1111和密封板1112，所述進水水道112與所述空心管道1111連接，所述出水水道113與所述密封板1112連接。所述空心管道1111為蝸殼結構，橫截面為圓形，所述空心管道1111的橫截面直徑由所述進水水道112位置向出水水道113位置逐漸變小，所述空心管道1111的橫截面圓心所形成的中心線在同一水平面上，且所述中心線到所述外殼11中心的距離由所述進水水道112位置向出水水道113位置方向逐漸變小；所述密封板1112與所述空心管道1111連接，所述空心管道1111和所述密封板1112在所述外殼11中心形成空心部，所述空心管道1111向所述外殼11中心一側設置開口，使所述空心管道1111的空心部分與所述空心部連接，所述進水水道112中心線在所述空心管道1111中心線連接並處於同一平面上，所述出水水道113垂直於所述空心管道1111中心線平面設置，並且所述出水水道113中心線通過所述外殼11的中心。

所述導流裝置12包括導流板121和控制裝置122。所述導流板121與所述控制裝置122連接，所述導流板121以所述外殼11中心為圓心環形陣列設置，所述導流板121設置在所述空心部內，並與所述密封板1112活動連接，優選的，所述導流板121通過軸與所述密封板1112連接，所述控制裝置122與所述軸連接，所述控制裝置122控制所述軸的轉動從而實現所述導流板121繞所述軸進行擺動。

所述轉動軸14垂直設置於所述空心管道1111中心線平面，並且所述轉動軸14軸線通過所述外殼11的中心。所述出水水道113與所述轉動軸14同軸。所述轉動軸14包括輪齒，所述水輪裝置13包括齒槽，所述轉動軸14與所述水輪裝置13通過所述輪齒和所述齒槽連接，所述轉動軸14還包括限位環，所述限位環用於限制所述水輪裝置的空間位置。

所述水輪裝置13設置在所述空心部內，且所述水輪裝置與所述轉動軸同軸設置，所述水輪裝置13包括水輪主體131、第一扇體132、第二扇體133。所述水輪主體131包括杆體1311和盤座1312，所述盤座1312形狀為圓環型，所述杆體1311與所述盤座1312同軸設置並固定連接一體，所述第一扇體132固定在所述盤座1312上，所述第二扇體133固定在所述杆體1311上。所述杆體1311包括配合部，所述配合部設置所述齒槽，通過將所述轉動軸14裝入所述配合部，所述輪齒和所述齒槽的配合連接，實現所述轉動軸14和所述杆體1311的連接，並且在所述杆體1311轉動時，通過所述輪齒和所述齒槽的連接，實現所述轉動軸14的轉動。

所述杆體1311包括出水孔道1313，所述出水孔道1313的一端為進水端，所述出水孔道1313另一端為出水端，所述進水端設置在所述內部空間內的所述杆體表面上，所述出水端設置出水管1314，所述出水管1314為螺旋型管。

所述密封板1112設置凹槽，所述盤座1312可放置在所述凹槽內；所述出水水道113內部設置隔水部1131，所述隔水部1131和所述水輪主體在所述出水水道113的內部形成內部空間，所述內部空間通過所述杆體1311和所述隔水部1131之間的縫隙及設置在所述杆體1311的所述出水孔道1313與外部空間連接。

所述第一扇體132固定在所述盤座1312上，所述第一扇體132包括若干弧形片1321，所述弧形片1321一端固定在所述杆體1311上，所述弧形片1321以所述杆體1311軸線在所述盤座1312表面的點為圓心環狀均勻設置，所述出水孔道1313的所述進水端設置在相鄰所述弧形片1321之間的所述杆體1311表面上。

以所述盤座1312圓心為原點，所述弧形片1321中心線在所述杆體1311上的端點向原點的連線方向為a軸，水平面上垂直於所述a軸的方向為b軸，建立坐標系。其中所述弧形片1321中心線軌跡方程為：

其中，(x1，y1)為所述弧形片中心線上的點坐標，x1為所述弧形片中心線上點在a軸上的坐標，y1為所述弧形片中心線上點在b軸上的坐標，n為所述導流板的數量，m為所述弧形片的數量，r為所述杆體橫截面半徑，r為所述導流板到所述原點的距離，θ為所述導流板的最大調節角度。

通過所述中心線軌跡方程設置所述弧形片1321形狀，所述弧形片1321沿所述轉動軸軸徑方向越向軸心位置所述弧形片1321的弧度就越小，使得所述水流衝擊所述弧形片1321的位置弧度較大，實現所述弧形片1321對所述水流衝擊勢能的有效收集，由於所述弧形片1321對所述水流的反作用力，導致所述水流產生一定的回流，所述弧形片1321形狀設置在靠近所述軸心處弧度較小，實現回流的所述水流較平穩的引導至所述出水孔道1313，減少回流造成的能量損失。

所述第二扇體133包括若干扇葉，所述扇葉以所述杆體1311軸線為中心環狀均勻設置在所述杆體1311的一端。所述隔水部1131保證所述內部空間的水流對所述扇葉的有效衝擊，避免水流從所述扇葉邊緣流過，造成水流能量的損失。所述扇葉形狀優選設置為所述水流向越靠近所述杆體1311軸線位置的所述扇葉部分進行衝擊，能量轉化效率就越高。

實施例二

圖3為本發明所述發電裝置的優選結構圖；所述水輪組件1還包括永磁組件15，所述永磁組件15包括第一永磁組151和第二永磁組152，所述第一永磁組151包括第一環體1511和第二環體1512，所述第一環體1511和所述第二環體1512為永磁體，所述第一環體1511設置在所述杆體1311上表面上，所述第二環體1512設置在所述轉動軸14上，所述第二環體1512優選設置在所述第一環體1511對應位置，所述第二環體1512與所述第一環體1511沿豎直方向磁力相吸；

所述第二永磁組152包括若干第一磁塊1521和若干第二磁塊1522，所述第一磁塊1521設置在所述輪齒上，所述第二磁塊1522設置在所述齒槽內，優選的所述第二磁塊1522與所述第一磁塊1521一一對應設置，所述第一磁塊1521和所述第二磁塊1522沿所述轉動軸14軸徑方向磁力相斥。

非工作狀況下，通過所述第一環體1511和所述第二環體1512的磁力下，所述第一環體1511和所述第二環體1512連接，當水流進入所述空心部內，由於所述水輪裝置13自身重力和所述水流衝擊力的影響下，對所述水輪裝置13產生向下的壓力，所述壓力與所述第一永磁組151的磁力產生平衡，實現所述水輪裝置13在豎直方向的磁懸浮平衡狀態。

當所述水流經過所述導流板121按一定角度衝擊所述水輪裝置13時，由於在所述蝸殼水道111各位置的水壓有所不同，導致所述水流對所述水輪裝置13的衝擊力有所不同，從而使所述水輪裝置13受力不均，部分所述齒槽靠近對應的所述輪齒，部分所述齒槽遠離對應的所述輪齒，造成所述水輪裝置13的偏移。通過所述第二永磁組152的磁力作用，對於相互靠近的所述齒槽和所述輪齒，由於距離縮短所述第二永磁組152之間的磁力增加，對於相互遠離的所述齒槽和所述輪齒，由於距離增加所述第二永磁組152之間的磁力降低，通過磁力的變化實現對所述水輪裝置13位置的調整，校正所述水輪裝置13的偏移狀態，避免因所述水輪裝置13的偏移造成的能量損失及機械磨損。在所述第二永磁組152作用下，在軸徑方向上，所述齒槽和所述齒輪之間具有一定的間隙，在所述第二永磁組152對所述水輪裝置位置進行調整時，所述齒槽和所述齒輪之間在軸徑方向上不會產生直接的機械接觸，實現所述水輪裝置13的減震效果，避免水流變化產生的震動對所述發電裝置的影響。

實施例三

如圖4所示，圖4為本發明所述發電裝置的優選結構圖，在實施例一和實施例二的基礎上進行改進，具體在於將實施例一和實施二進行結合改進。

所述發電裝置工作具體流程為；當水流從所述進水水道112進入所述蝸殼水道111時，所述水流通過所述導流板121衝擊所述弧形片1321，所述控制裝置122調節所述導流板121改變所述水流衝擊所述弧形片1321的角度，使所述水流推動所述水輪裝置13轉動，所述蝸殼水道111的結構調節所述水流因在所述蝸殼水道111內流動的距離不同而造成的各處水壓不同的狀況，緩解所述水流對各所述弧形片1321的衝擊力不均而造成的所述水輪裝置13的偏斜；通過所述第二永磁組152實現對所述水輪裝置13位置的調整，校正所述水輪裝置13的偏移狀態。

當水流較小時，所述水流通過所述導流板121流向所述弧形片1321，對所述弧形片1321產生推動力，所述水流在對所述弧形片1321產生推動力時，所述弧形片1321對所述水流施加反作用力，所述水流在所述反作用力的影響下會產生較強的回流，造成水流的能量損失，本發明所述出水孔道1313的所述進水端設置在相鄰所述弧形片1321之間的所述杆體1311表面上，實現所述水流在衝擊所述弧形片1321後直接通過所述進水端進入所述出水孔道1313，並經過所述出水孔道1313的出水端進入所述出水管，減少因回流效果引起的能量損失；所述出水管為螺旋型，且所述出水管的彎曲弧度方向與所述弧形片1321的弧形方向相同，所述出水管出水口位置優選的在進水口的下方避免所述水流的能量損失，所述出水管的形狀優選的從所述進水口到所述出水口管徑逐漸變小實現所述水流的水壓從所述進水口至所述出水口逐漸增加，提高所述水流從所述出水口流出的速度；通過所述水流從所述出水管的流出，所述水流對所述出水管有一定的反衝力作用，所述反衝力推動所述杆體1311進行轉動；當所述水流進行所述內部空間後，所述水流通過所述杆體1311和所述隔水部1131之間的縫隙流出所述內部空間，所述水流衝擊所述第二扇體133，推動所述第二扇體133進行轉動，在水流對所述弧形片1321的衝擊力，對所述出水管的反衝力，對所述第二扇體133的推動力的作用下，使所述杆體1311進行轉動，所述杆體1311轉動通過所述輪齒和所述齒槽連接，帶動所述轉動軸14進行轉動，進而使所述發電機2進行發電。

當水流過大時，水流量的過多造成所述內部空間水量的沉積，所述盤座1312下表面設置環形隔板，隨著所述內部空間水位的提升，所述隔板、所述杆體1311和所述盤座1312所形成的空間內空氣無法排出，由於浮力作用，造成所述水輪裝置13的沿所述轉動軸14軸向上移，所述盤座1312脫離所述凹槽，所述水流可通過所述盤座1312和所述凹槽之間的空間的快速進行所述內部空間，所述杆體1311在下端設計有由上向下橫截面積逐漸變小的形狀，當所述水輪裝置13上抬，所述杆體1311和所述隔水部1131之間的空隙加大，實現所述水流快速從所述內部空間流出，通過進水和出水水流流量的影響，改變所述內部空間內水位的高低，從而改變所述水輪裝置上移高度，所述水流裝置自身結構通過所述水輪裝置13上移高度的改變，調節所述內部空間進水流量和出水流量，使所述內部空間內水壓穩定，確保所述水輪裝置13有效工作。

在水流由小變大的狀態下，在水流較小時，為保證水流有效的衝擊所述弧形片1321並通過所述出水孔道1313流動，避免水流從所述盤座1312和所述凹槽之間的縫隙流動，所述盤座1312放置在所述凹槽內時，所述盤座1312和所述凹槽之間具有一定的密封性，造成在所述轉動軸14轉動時，所述盤座1312和所述凹槽之間具有一定的相對摩擦作用，當水流增大時，所述水流引起的轉動軸14的轉速增加，同時由於所述盤座1312和所述凹槽之間的接觸脫離，所述盤座1312和所述凹槽之間產生一定的流體支承，減少所述摩擦力實現所述轉動軸14轉速的進一步提高，降低因摩擦力而造成的水流能量損失，避免所述轉動軸14和所述水輪裝置13直接接觸做相對運動，實現降低所述發電裝置的機械損耗。

實施例四

所述杆體1311具體結構為：所述杆體1311包括溢流部、直體部、球頭部，所述溢流部上端設置所述直體部，下端設置所述球頭部，所述配合部和所述齒槽設置在所述直體部內，所述第二扇體設置在所述球頭部上，所述溢流部整體呈倒圓臺狀，為對稱結構，所述溢流部橫截面左右兩側邊均為弧形曲線，所述弧形曲線與所述隔水部1131對應設置，所述內部空間內的水流從所述溢流部和所述隔水部1131之間的空間流出。

以所述軸線在所述溢流部上表面的點為原點，水平方向為x軸，豎直方向為y軸建立坐標系，所述弧形曲線軌跡為

其中，x2為所述弧形曲線上的點在x軸上的坐標，y2為所述弧形曲線上的點在y軸上的坐標，m為所述水輪裝置的重量，s為所述隔板與所述杆體之間的橫截面積，ρ為水流密度，d為所述出水水道內徑，d1為所述直體部直徑，d2為所述隔水部內徑。

通過公式設置所述溢流部兩側邊弧形曲線的形狀，使得所述溢流部上端的橫截面直徑變化量較大，所述溢流部下端的橫截面直徑變化量較小，即所述溢流部表面自上端向下端彎曲程度逐漸變小，所述溢流部和所述隔水部1131之間形成有效的流通空間，便於水流通過。所述溢流部形狀設置保證隨所述水輪裝置13上移距離的增加，所述溢流部和所述隔水部1131之間的空間增大，實現在進入所述內部空間水流改變的情況下，所述內部空間進水和出水的水量平衡，穩定所述內部空間水壓。

在所述水流僅通過所述進水管進入所述內部空間時，由於進入所述內部空間的水量較少，通過所述溢流部形狀設置，所述溢流部和所述隔水部1131之間的空間較小，保證水流從所述內部空間流出時具有一定的水壓，實現水流對所述第二扇體133的有效推動；在所述進水水道112的水流突然增大導致所述水輪裝置13上移時，由於水流通過所述盤座1312和所述凹槽之間產生的縫隙進入所述內部空間致使進入所述內部空間的水量增加，通過所述溢流部形狀設置，所述溢流部和所述隔水部1131之間有足夠的空間將所述水量排出，避免所述內部空間內水量的過量匯集，實現所述內部空間進水和出水的水量平衡，保證所述內部空間水壓的穩定。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，對本發明而言僅僅是說明性的，而非限制性的。本專業技術人員理解，在本發明權利要求所限定的精神和範圍內可對其進行許多改變，修改，甚至等效，但都將落入本發明的保護範圍內。