一種水力發電裝置的製作方法

2023-06-12 13:12:41

專利名稱：一種水力發電裝置的製作方法
一種水力發電裝置 一種水力發電裝置，特別是利用只有微量的水壓壓頭一一即相
對壓差較低的流動水體(以下簡稱其為微壓頭水體)來進行發電 的發電裝置，它可以利用海水的潮流或江、河裡的流水來進行發電。
目前的發電裝置，如火力發電和核電站，都需要消耗大量的難 以再生的天然資源，且又造成了大量的多方面的汙染；而目前的水 力發電機組，由於其自身結構的局限，不可能大面積地接收能量， 故而必須蓄水造勢，以期用較高的勢能來轉換成較大的動能以帶動 水輪機組發電，故都需要建壩造庫，因此，其投資規模一般都比較 巨大，同時，也一定程度地帶來了生態變數，甚或是被迫移民；而 目前的潮汐發電，在實際上與現有的水力發電類同，也是在圍堰造 庫，蓄水發電，故其投資規模也並不太少，且也破壞生態景觀；在 現有的風力與太陽能發電中，由於其能量密度較低，故要集中起較 大的裝機容量也非易事，又由於它們的不可預控性(如天氣的晴陰、 風力的大小等)，故其所生產的電能也比較難以預測和控制。
本發明的目的在於提供一種投資規模較少，可以利用微壓頭 水體來進行發電的發電裝置，以克服上述的不足，並為人類提供大 量的、取之不盡的、廉價的、"綠色"電力能源。
本發明的目的是這樣來實現的在一個具有一定深度(該深度 應當是在其最低潮位的情況下仍能保證該裝置之正常有效地飄浮 運轉)，並且具有一定流動能力(該流動能力應當能夠滿足裝機容量 的要求)的海域裡以矩形方陣的形式固定地立出四根具有一定剛度、 強度和高度並又皆垂直於水平面的圓柱形立柱。所謂的矩形方陣形 式，即該四個圓柱形立柱的中心線與水平面的交點之連線將構成一
4個矩形四邊形。該四邊形的前後方向應當順著水體的流動方向。在 四根園柱形立柱上又各自套有一個帶長柄的並可以順著園柱形立柱 上下滑動的園簡形套簡。在左邊的前、後二個園柱形立柱的中間和 右邊的前、後二個園柱形立柱的中間各有 一個封閉的圓柱形浮桶， 即左、右浮桶。在左、右浮桶的正上方，順著其母線的方向分別固 焊著一根開口朝下的而其長度又長於浮桶的槽形鋼梁，即左、右縱 梁。在該左、右縱梁的前、後二端處分別與套在相近的圓柱形立柱 上的圓簡形套簡的長柄用螺栓緊固連接。在左、右縱梁的中間部位 各用螺栓緊固著一個軸承座，即左、右軸承座。在該左、右軸承座 內，通過左、右軸承支承著一個水輪部件總成。該水輪部件總成是 這樣構成的在一根中間軸的中間部位，順著其母線方向以等夾角 的形式固焊著若干張其長、寬、厚度均相同的鋼板作葉片，當每個 葉片都固焊好後，便會形成一個基本的水輪。在葉片的兩端及其中 間的若干部位之每相鄰的兩片葉片之間，於垂直於中間軸軸線的平 面內又加焊以其外徑與基本水輪等徑，而其內徑又與中間軸的外徑 等徑的扇形加強筋板。當每一塊扇形加強筋板都密焊固定之後，就 會在水輪葉片的二端及其中間的若干部位形成出數道園環形的加強 筋板。在葉片左、右二端之外的中間軸上，均制有一段花鍵，即左、 右花鍵軸。在該左、右花鍵軸上，各自先套上一個彈簧，即左、右 彈簧。之後，再套上一個牙齒朝外的牙嵌式離合器的滑動套，可稱 之為左、右牙嵌式離合器動套。在左、右花鍵軸的外部又均制有一 段光軸，即左、右光軸。在左、右光軸上又均以第二種動配合的形 式套有一個牙齒朝內的牙嵌式離合器的軸向定位套，可稱之為左、
右牙嵌式離合器的定套。在左彈簧的壓力下，左牙嵌式離合器的動
套可以與左牙嵌式離合器的定套嚙合；在右彈簧的壓力下，右牙嵌
式離合器的動套可以與右牙嵌式離合器的定套嚙合。左、右牙嵌式 離合器的定套可以是一段具有一定長度的軸套，在該軸套靠內的一半制有光軸，即左、右定套光軸，正是該段左、右定套光軸分別裝 配在左、右軸承的下軸瓦內。在左、右軸承的外側之定套光軸上， 又各自通過軸承裝配著一個主動齒輪，即左、右主動齒輪。在左、 右主動齒輪的外側分別制有花鍵軸，即左、右定套花鍵軸，在該左、 右定套花鍵軸上，各自裝有一個超越離合器(該超越離合器可以是 滾臺一一滾柱式，也可以是棘輪一一棘爪式)，即左、右超越離合器。 該左、右超越離合器的結構與尺寸完全相同，只是它們的安裝方向 正好相反，即左超越離合器的內套是從左定套花鍵軸的左端套入左 定套花鍵軸，而右超越離合器的內套是從右定套花鍵軸的右端套入 右定套花鍵軸的，從而使左、右超越離合器所能傳遞的扭矩之方向 正好相反，而左、右超越離合器的外套又各自以平鍵或者螺栓緊固 的形式分別與左、右主動齒輪聯接。在左、右超越離合器的外側的 定套花鍵軸上又各自配裝著一個園形檔板，即左、右園形檔板。該 左、右園形檔板的外徑應當分別大於左、右超越離合器外套的外徑， 而左、右園形檔板的外側面又應當略高於定套花鍵軸的外端面。在 左、右園形檔板的外側又分別地裝有一個園形平墊，之後各有一個 開糟螺母通過中間軸二端處的螺紋在調整好園形檔板與主動齒輪之 間的間隙之後旋緊，並且用開口銷鎖定。而左園形檔板與左主動齒 輪之間的間隙或者右圓形檔板與右主動齒輪之間的間隙應當是各 主動齒輪基本上沒有軸向竄動，但是卻可以在與超越離合器呈分離 狀態的時候，能夠靈活地轉動。如此，便完成了水輪部件的總成。 水輪部件總成安裝到左、右軸承的下軸瓦上之後，再在左、右軸承 座上分別加裝上左、右上軸瓦並緊固好左、右上軸承蓋，之後，水 輪的葉片便可以在左、右浮桶中間自由地轉動。在左、右縱梁的正 上方各又有一個與左、右縱梁平行的上縱梁，即左、右上縱梁。其 中，左上縱梁是由緊固在左縱梁上的前後兩個支架一一即左前支架 和左後支架支撐並焊接在一起；而右上縱梁是由緊固在右縱梁上的前後兩個支架一一即右前支架和右後支架支撐並焊接在一起的。該 左、右上縱梁的下邊沿應略高於水輪葉片的上邊沿。在左、右上縱 梁的前、後兩端之相對應的內表面處，又有前、後二根與左、右上 縱梁的橫斷面等高的橫梁一一即前、後橫梁與它們固焊連接。從而 在左、右上縱梁和前、後橫梁的上表面形成一個安裝平面，在該安 裝平面上鋪敷具有一定剛度的鋼板並與左、右上縱梁和前、後橫梁 固焊，便會在鋼板的上面形成一個安裝平臺。至此，左、右縱梁以 上的各零部件(圓簡形套簡除外)便固焊成了一體，可稱之為上支 架總成。該上支架總成通過螺栓分別緊固在左、右縱梁上。在安裝 平臺之左、右兩端的適當部位，各自緊固著一臺發電機組，即左、 右發電機組，且左發電機組通過緊固在左前和左後支架上的左變速 箱與左主動齒輪聯接；右發電機組通過緊固在右前和右後支架上的 右變速箱與右主動齒輪聯接。左、右變速箱的變速比，應當根據水 體的流速、水輪可能產生的轉速以及發電機轉子所需要的轉速配備 好。發電機組的輸出電纜，可以先通過絕緣子固定在靠近陸地一側 的圓柱形立柱上端，之後再輸送到陸地。但是，圓柱形立柱的上端 至發電機組輸出電極之間的電纜的長度應當能夠滿足當地潮沙變化 的要求。另外，為了提高左、右浮桶抗擊來自左右方向波浪衝擊的 能力，可以在左、右浮桶之間相對應的適當部位焊接上前、後二根 拉杆，即前、後拉杆。在左前支架的左前內支杆和右前支架的右前 內支杆上，分別以鉸接的形式各自裝有一個左、右牙嵌式離合器的 撥叉，即左、右撥叉，且左撥叉的叉口叉在左牙嵌式離合器動套的
滑道裡；右撥叉的叉口是叉在右牙嵌式離合器動套的滑道裡。分別
壓動左、右撥叉的把手並分別用連結在左前外支杆一一即左前支架 的外支杆和右前外支杆一一即右前支架的外支杆上的掛鈎固定，便
可以使左、右牙嵌式離合器分離；放鬆左、右撥叉，在左、右彈簧 的分別作用下，左、右牙嵌式離合器便又可以結合。左、右浮桶的
7浮力應當大於整個裝置(四個圓柱形立柱除外)的重量，且能夠使 水輪中間軸高出水平面一定的高度，以保證在日常的風浪情況下水 體不會衝擊到水輪中間軸的上方，從而避免水體流動能力的自行抵 消。四根園柱形立柱的剛度、強度和高度應能保證整體裝置在本水 域的最低潮位和最高潮位(含風暴潮)時，均能通過圓簡形套簡在 其上面可靠而自由地上下滑動。水輪葉輪的長度與直徑應當與水體 的寬度、深度、水體的流動能力以及裝置的裝機容量綜合協調。四 根圓柱形立柱之左右方向的寬度，將由水輪的長度及左、右浮桶的 直徑而定，而它們之前後方向上的距離則應由左、右浮桶的長度而 定。牙嵌式離合器的分離是為了便於對整個裝置的安裝和維修。
若如此，則不管水位升降高低，水輪之中間軸相對於水平面將 會始終保持著一個相對固定的高度，在海浪(即海水漲潮時)的衝 擊下，水輪就會旋轉，此時，左(或右)超越離合器就會結合，而 右(或左)超越離合器便會分離，左(或右)主動齒輪便會被帶動 旋轉，並通過左(或右)變速箱帶動左(或右)發電機組快速運轉 並發電，電流通過傳輸電纜被送到陸地；如若海水回湧(即落潮時)， 則水輪就會按與上述旋向相反的方向旋轉，此時，右(或左)超越 離合器結合，而左(或右)超越離合器分離，水輪便會帶動右(或 左)主動齒輪旋轉，並通過右(或左)變速箱帶動右(或左)發電 機組發電，電流亦是通過傳輸電纜被送到陸地。此可稱為第一種水 力發電裝置，它適用於水體的流向隨時都可能發生逆轉的水域。
本發明的目的還可以這樣地來實現將第一種水力發電裝置中 的左、右超越離合器去掉，代之以左、右主動齒輪分別與左、右定 套花鍵軸的花鍵直接配接，並將左、右發電機組改為在水輪中間軸 下方的葉片向後旋轉時都能發電的發電機組(當然，它們的輸出電 極也應當同性相併)，而其它部分的結構與第一種水力發電裝置完全
相同。將該裝置置於一個定向流動的水體之中，譬如江水或河水之中(當然，此時該裝置的實際尺寸、重量、浮力、裝機容量等具 體情況皆應與此水體的寬度、深度、流速等具體情況相協調，以保 證在枯水和洪水期時，該裝置均能有效地飄浮在水面之上並正常地 工作)，並使該裝置的前方面向水流的上遊。
如此，則在水體的衝擊下，水輪就會不停地轉動，通過左、右 主動齒輪帶動左、右變速箱帶動左、右發電機組，左、右發電機組 就會同時不停地發電，電流可通過傳輸電纜被送到岸。當然，如有 水位發生變化，左、右浮桶通過四根圓柱形立柱、圓簡形套簡等裝 置將會自動進行調整。此可以稱為第二種水力發電裝置，它適用於 長期定向流動的水域。
本發明的目的還可以這樣來實現將第二種水力發電裝置置於一
個水體可以較長時間定向流動的水域之中，比如海流之中(所謂
的海流是指由於潮汐和海底地貌一一比如海溝等的共同作用，而使 得一定寬度範圍內的海水在較長的時間範圍內都處於一種定向流動 狀態的自然現象，其變向周期基本上等於一個漲潮期或一個落潮期
一一約6小時)，並將它的前後方向順著水體的流動方向，而在前拉
杆(或者後拉杆)的中間部位，增裝上一個電極自動切換裝置。該
電極自動切換裝置的具體結構如下在前拉杆的中間部位，於前拉 杆的前側面上固焊著一段垂直於水平面的立管，在該立管的左、右 兩側之適當的對稱位置上，以前拉杆為基礎各自固定著一個垂直的 絕緣杆，即左、右絕緣立杆。在左、右絕緣立杆的上端各自固定著 一個電極，即左、右電極，並且在左電極上通過電纜並聯著左、右 發電機組的輸出正極；在右電極上通過電纜並聯著左、右發電機組 的輸出負極。在左、右電極的內側各有一個扁形叉口，即左、右扁 形叉口。在立管中支承著一根轉軸，可簡稱其為立軸。在立軸的上 端固定著一個絕緣橫杆。在絕緣橫杆的左、右兩端分別緊固著一個 舌形插片，即左、右舌形插片，且在立軸旋轉的帶動下左、右舌形插片可以分別很便利的插入左(或右)、右(或左)扁形叉口之中； 或者從它們之中脫出。在立軸的下端有一個垂直於絕緣橫杆的開口 槽，在該開口槽內夾持著一個"丫"字形轉向板(即該轉向板在水 平面上的投影呈一個如同羊角形的"丫"字形)的末端。立軸的長
度應當是使"丫"字形轉向板能夠始終沉浸在水體之中。在左、
右絕緣立杆的下端處分別結繫著一條柔性電纜線，即左、右傳輸電
纜，且左傳輸電纜的上端與左舌形插片聯接；右傳輸電纜的上端與 右舌形插片聯接(各結系點至各相應舌形插片之間的柔性電纜的長 度應當能夠滿足其相應的舌形插片隨著立軸旋轉180度的要求)。而 左、右傳輸電纜的下端則是沿海底被延伸到陸地。
若如此，則當水體從整個裝置的前面流來時(譬如漲潮時)，"丫" 字形轉向板便會轉到立軸的後面，此時設定左舌形插片與左扁形叉 口插接，而右舌形插片與右扁形叉口插接，水輪的前葉片向下旋轉， 並設定此時左、右發電機組的輸出正極是並聯在左扁形叉口上，則 此時便會有電流從左扁形叉口經過左舌形插片和左傳輸電纜流向陸 地；如若水體改為反向流動(譬如落潮)時，即水體變為自整個裝 的後面向前流動，則"丫"字形轉向板就會轉到立軸的前面，在它 與立軸的帶動下絕緣橫杆也會旋轉180度，左、右舌形插片便會分 別自左、右扁形叉口中脫出而又分別插入到右和左扁形叉口當中。 此時，左、右發電機組因水輪的轉向已相反，故其原輸出負極一一 即並聯於右扁形叉口上的輸出極就變成了輸出正極。而此時的左舌 形插片正插在其中，故此時的發電機組輸出的電流仍然是經左舌形 插片和左傳輸電纜流向陸地。又，為了避免因立軸的旋轉而引起電 纜線的纏繞，可以以前拉杆為基礎在前拉杆的前、後之適當位置各 自設置一個"丫"字形轉向板的定位杆，即前、後定位杆，從而使 得"丫"字形轉向板只能夠在整個裝置的縱向中截面的一側反覆翻 轉。又為了避免水流在換向時正對著"丫，，字形轉向板的叉口處流動而使轉向板自鎖不動，或者由於製造誤差而使得"丫"字形轉向 板的翻轉超過了水體流向而被水流把"丫"字形轉向板逼上了死角 不動，而引起輸電事故，故在設置前、後定位杆時，應當把"丫"
字形轉向板的翻轉角度控制在180度以內，比如160度或者更小。 而由此而引起的舌形插片與扁形叉口之間的接合問題，可以通過增 加它們的水平寬度來進行解決。"丫"字形轉向板的羊角形結構是為 了在水流換向時增大水體與轉向板正面接觸的面積，從而有利於提 高各舌形插片與扁形叉口分離和結合的能力。
此可以稱為第三種水力發電裝置，它適用於相對來講水體是較 長時間定向流動的水域。
另外，由於水體在衝動水輪葉片時會產生一個向上的分力，從 而會使整個裝置(含上述的三種水力發電裝置)向上浮動而使得水 體對水輪的衝擊剛性相對變軟，因此也就影響了對水體動能的利用 效率。為了解決這一問題，可以在四根圓柱形立柱的圓簡形套簡的 上邊(並緊靠著套簡的上沿)各加裝一個蠕動式抱閘。該蠕動式抱 閘的結構可以是這樣的 一對鉸接的半園環殼體裡面鑲有用來提高 磨擦力的橡膠襯板，在二個半園環殼體閉合時，其內部的橡膠襯板 的內表面正好貼緊在圓柱形立柱的柱體上。在二半圓環殼體鉸軸的 另一端均有一塊與圓柱形立柱的軸線平行的直板。該二平行直板都 在圓柱形立柱之左右方向的內側，且二平行直板之間有一定的間距。 在二平行直板的中間有一塊方形鐵塊，該方形鐵塊的厚度應小於二 平行直板之間的間距。在方形鐵塊之上下方向的中間部位制有一個 與其前、後側面平行的水平園孔，即凸輪軸孔。在該凸輪軸孔內裝 有一個其凸輪朝向圓柱形立柱的凸輪軸。在方形鐵塊的側面，於凸 輪軸孔的上下兩邊之中間部位連同二平行直板一起各鑽有一個與其 前、後側面垂直的園孔，即上、下吊裝孔。在該上、下吊裝孔內各 自穿過一根螺栓，之後在上、下兩根螺栓上各自套上一個壓簧，再各自加上一個平墊圈，之後又各自用螺母旋緊。至此，方形鐵塊便 被吊定在二平行直板中間，且二半園環殼體內的橡膠襯板也會緊緊 地抱閘在圓柱形立柱上。凸輪軸上的凸輪部分分別抵頂在內、外半 園環殼體的二平行直板的內側，而凸輪軸外端的方頸則與搖杆總成 之中間方鐵上的方形內孔配裝。搖杆總成的內端結繫著 一根鐵鏈的 上端，而該鐵鏈的下端則是固定在其相對應的拉杆之上。該鐵鏈的 長度應當是在壓簧的壓力下通過橡膠襯板將圓柱形立柱剛好抱緊 時，該鐵鏈也剛好被張緊。搖杆總成的外端固定著一個開閘浮桶。
該開閘浮桶的吃水深度和浮動能力應當是在水面接近於水輪中間
軸的時候便能將其所控制的抱閘打開。另外，為了防止抱閘圍繞著 圓柱形立柱旋轉，可以用前小拉杆將前面的左、右二開閘浮桶橫向
固定聯接；用後小拉杆將後面的左、右二開閘浮桶橫向固定聯接。
每一個抱閘的抱緊程度以及四個圓柱形立柱上抱閘的動作同步性可 以通過調整每一個壓簧外面的螺母來進行調整。
如此，則在開閘浮桶的重力作用下，凸輪便會外轉並放鬆對二 平行直板的抵頂，在壓簧的作用下抱閘便會緊抱在圓柱形立柱上。 此時，開閘浮桶的最低位置也被搖杆總成內端的被張緊的鐵鏈所確 定。由於此時圓簡形套簡的上沿緊靠著抱閘殼體的下沿，故不論是 海浪的衝擊或者是海水的回湧，水體均能與水輪處於剛性作用狀態。 另外，由於此時搖杆總成內端的鐵鏈已被張緊，故此時如若是落潮， 則由於整體裝置的下沉就會通過鐵鏈拉動搖杆總成，凸輪便會內轉 並頂開抱閘而下滑，抱閘殼體的下沿繼續與圓簡形套簡的上沿靠緊。 此時鐵鏈松馳，在開閘浮桶與壓簧的共同作用下，抱閘又會抱緊在 圓柱形立柱上。從而繼續保持水體與水輪的剛性作用關係。如此，
周而復始，直至落潮結東；如若是漲潮，由於水輪的中間軸相對於
水面具有一定的高度，故開閘浮桶的浮力將不能開啟抱閘。因此， 水體與水輪之間將一直處於剛性作用關係。但是，隨著水位的繼續上升，開閘浮桶的浮力會繼續增大，待水平面接近於水輪中間軸的 時候，開閘浮桶的浮力便足以將抱閘打開。而此時左、右浮桶也都 積蓄了一定的浮力，故而會使整個裝置推動著抱閘迅速地向上蠕動 一定的高度(該高度基本上等於水輪的中間軸相對於水平面在平常 情況下所保持的高度)。之後，由於開閘浮桶的浮力變小，凸輪軸回 轉，抱閘便又會迅速地抱緊圓柱形立柱，並又迅速地重建水體與水 輪之間的剛性作用關係。如此周而復始，直至漲潮結束。該蠕動式 抱鬧適用於前面所述的三種水力發電裝置。
另外，由於水輪中間軸距離水平面具有一定的高度，即整個發 電裝置尚具有一定的吃水深度，故，對於整個發電裝置(含前面所 描述的三種水力發電裝置)，也可以不必隨時都進行其水平高度的調 整，而只需在水位高於水輪中間軸之前適時調整即可。故，為了更 進一步地節省投資(即取消四根圓柱形立柱、圓簡形套簡和蠕動式 抱閘)，對於上述三種水力發電裝置尤其是設置在江、河水體中和近 海水域中的水力發電裝置的定位和調整還可以釆取如下的辦法將 四根圓柱形立柱、圓簡形套簡和蠕動式抱閘去掉以後，將四根纜繩 分別結繫於前、後拉杆的左、右二端，之後，首先將前面的左、右
二根錨纜以60度的夾角向前(即水體流來的方向)對稱拋定(或者
是用樁墩固定)，並調整該左、右纜繩的長度，使水輪中間軸的軸線
基本上垂直於水體的流動方向；再將後邊的左、右兩根纜繩也呈60 度的夾角對稱地向後展開，並在其沿線的適當部位各設置一個樁墩, 即左、右樁墩。在左、右樁墩上又各自結繫著一個定滑輪，即左、 右定滑輪，並且使後邊的左纜繩穿過左定滑輪之後折返到陸地上的 操縱室內並結繫於左絞車上；使後邊的右纜繩穿過右定滑輪之後折 返到操縱室內並結繫於右絞車上。調整左、右絞車並使四根纜繩都 具有一定的張力，便可以使整個發電裝置處於水平狀態。而在左、 右浮桶的浮力與四根纜繩張力的共同作用下，又可以使整個發電裝置處在一個確定的位置上，水體和水輪之間就能夠保持一種剛性作 用關係，整個裝置便能正常地運轉並發電。置於江、河水體中的發 電裝置，如果遇有暴雨或者預報上遊有洪水下洩或者到了枯水期(水 面下降太多，纜繩已顯鬆弛)，均可以通過適當地調整左、右絞車來 改變整個裝置的水平高度以適應水位的變化；置於近海水域中的發 電裝置，管理人員可以根據潮沙現象中的具體水位走勢情況來定期
調整左、右絞車以調整整個裝置的水平高度。即在漲潮時只需在
水位接近於水輪中間軸的時候才來通過左、右絞車放鬆左、右後纜 繩即可(當然，左、右後纜繩的放鬆不可以亳無張力，以便於保持 水體與水輪之間的剛性作用關係)。之後，"再接近"、"再放鬆"，直
至漲潮結束；而在落潮時只需在纜繩有顯鬆弛的時候才來通過左、 右絞車來張緊左、右後纜繩即可(當然，此時左、右後纜繩的張緊 應當使水輪的中間軸接近於水平面)。之後，"再鬆弛"、"再張緊"， 直至落潮結東。當然，如有風暴潮，則應當時時監控，適時調整！ 另外，每根纜繩的強度和長度均應當滿足當地最高洪峰或最高潮位 尤其是風暴潮時的需要。此種定位形式和調控方法在分別與前面的 三種水力發電裝置(取掉圓柱形立柱、圓簡形套簡、蠕動式抱鬧之 後的部分)結合之後，亦可以分別稱之為第四、第五、第六種水 力發電裝置。
設置在海域中的水力發電裝置的弱點是由於海水在流向變換時 會導致水輪的轉速變動和瞬時停轉，故也就影響了該發電裝置輸出 電流的穩定性。針對這一問題，可以採取如下的措施
1. 儘量地把發電裝置設置在具有海流的水域中，以便於儘量地 減少水體流動的換向次數
2. 在同一水域內建造數套發電裝置，並將它們並聯於同一電網， 以便於利用其水輪旋轉換向及瞬時轉速的差異性來平衡電流。
3.利用海水的便利條件，與發電裝置配套共建一個電介水制氫制氧裝置。將製取的氫氣和氧氣經過儲存和調壓之後供應到社會， 從而把不太均衡的電力能源轉換成比較均衡穩定的燃氣能源。當然 也可以燃燒氫氣進行發電，又重新轉換成為穩定的電力能源。
4.與該發電裝置配套共建一個海水淡化裝置，經過蓄水池可以 將不太穩定的電力資源轉換成為較為穩定的淡水資源。
本發明的優點在於1. 一次性投入相對較少。2.運行期間除去 曰常的維護保養或更換個別易損件之外，不再有任何資源消耗。3. 沒有任何汙染，不存在生態性破壞。4.相對於風能和太陽能來講，
水體的動能密度較大，再結合以適當的配套設備，有望實現較大的 裝機容量。且較之於風能和太陽能發電來講，本發明又有較好的預
控性。5.由於水輪的獨特結構，尤其是葉片二端處圓環形加強筋板 的存在，使得水體不會從水輪的二側流走，故而有利於提高對水體 動能的利用效率。又由於水輪中間部位的若干道圓環形加強筋板的 存在，使得整個水輪出現了一個近乎於實體的機械效應，從而極大 地提高了水輪的剛性和抗彎能力，故為充分地利用水體的寬度和深 度資源、提高裝機容量提供了可能條件。6.由於本發明不需要較高 的水壓壓頭，故而，可以充分地利用和開發廣泛而大量存在於江、 河與海洋中的微壓頭的水力資源，能夠為人類提供大量的、取之不 盡的、廉價的、"綠色"電力能源。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。


圖1是第一種水力發電裝置左半部分的縱剖面(即圖2中的A-A 剖面)示意圖(其右半部分與左半部分基本上屬於面對稱，而僅僅 是超越離合器部分屬於軸對稱)。
圖2是圖1中的B-B剖視示意圖。
圖3是圖2中的C-C剖視示意圖。
圖4是圖3中的D-D剖面圖。
圖5是滾柱與滾臺式超越離合器的斷面圖。圖6是棘輪與棘爪式超越離合器的斷面圖。
圖7是圖3中在配有電極自動切換裝置時該電極自動切換裝置
的E-E剖面示意圖。
圖8是圖7中的J-J剖面圖。 圖9是圖7中的F向的投影示意圖。 圖IO是圖9中的G-G剖面圖。
如圖l、圖2、圖3、圖4所示有四根圓柱形立柱21以矩形方 陣的形式自水中立出。在它們上面各自套有一個帶有長柄的圓簡形 套簡45。在左、右兩邊之前後兩個圓柱形立柱21的中間，各自有一 個封閉的圓柱形浮簡20,即左(右)浮桶20 (以下對凡是與左件對 稱的右件、或者是與前件對稱的後件，都將分別與左件或後件一起 來用一個標號，而只是將附圖中未出現的零件放在括號內，如(右) 浮桶)。在左(右)浮桶20的上面，沿著其母線的方向固焊著一個 開口朝下而又長於浮桶20的槽形鋼梁19，即左(右)縱梁19。在 左(右)縱梁19的槽底上各敷焊有一個備用來攻制螺母用的墊板22, 即左(右)墊板22。在左(右)縱梁19的兩端分別用螺栓36與套 在相近的圓柱形立柱21上面的圓簡形套簡45的長柄緊固在一起。 在左(右)縱梁19的中間部位，通過螺栓各自緊固著一個軸承座18， 即左(右)軸承座18。在左(右)軸承座18內，通過左(右)下軸 瓦17支承著一水輪部件總成。該水輪部件總成是這樣構成的在一 根中間軸14的中間部位，順著其母線方向以等夾角的形式固焊著若 幹張其長、寬、厚度均相同的鋼板作葉片28，當每個葉片28都固焊 好後，便會形成一個基本的水輪。在葉片28的兩端及其中間的若干 部位之每相鄰的兩片葉片28之間，於垂直於中間軸14軸線的平面 內，又加焊以其外徑與基本水輪等徑而其內徑又與中間軸14的外徑 等徑的扇形加強筋板27。當每一塊扇形加強板27都密焊固定之後， 就會在水輪葉片28的兩端及其中間的若干部位形成出數道圓環形加
16強筋板27。在葉片28左右兩端之外的中間軸14上均制有一段花鍵, 即左(右)花鍵軸29,在左(右)花鍵軸29上各自先套裝上一個彈 簧26，即左(右)彈簧26;之後再各自套裝上一個牙齒朝外的牙嵌 式離合器的滑動套24,可稱之為左(右)牙嵌式離合器動套24。在 左(右)花鍵軸29的外部又均制有一段光軸14,即左(右)光軸 14。在左(右)光軸14上又均以第二種動配合的形式套裝一個牙齒 朝內的牙嵌式離合器的軸向定位套11,可稱之為左(右)牙嵌式離 合器定套ll。在左彈簧26的作用下，左牙嵌式離合器動套24可以 與左牙嵌式離合器定套ll嚙合；在(右)彈簧26的作用下，(右) 牙嵌式離合器動套24可以與(右)牙嵌式離合器定套11嚙合。左 (右)牙嵌式離合器定套ll可以是一個具有一定長度的軸套。在該 軸套靠內的一段制有光軸，即左(右)定套光軸。正是該左(右) 定套光軸分別裝配在左(右)軸承的下軸瓦17內。在左(右)下軸 瓦17的外側之左(右)定套光軸上，先各自套裝上一個平墊圈16, 即左(右)墊圈16;之後，再分別通過左(右)齒輪軸承10套裝著 一個主動齒輪6,即左(右)主動齒輪6。在左(右)齒輪軸承10 的外側，分別是左(右)定套ll上的花鍵軸，可稱之為左(右)定 套花鍵軸。在左(右)定套花鍵軸上分別裝著一個超越離合器的內 套15 (本實施例用的是滾臺一一滾柱式超越離合器)，即左(右)超 越離合器內套15。左(右)超越離合器的外套8又各自通過平鍵7 分別與左(右)主動齒輪6聯連。在左(右)超越離合器的外側之 定套花鍵軸上，又各自裝配著一個圓形檔板9，即左(右)圓形檔板 9。該左(右)圓形檔板9的外徑應分別大於左(右)超越離合器的 外徑，而其外側面應當略高於定套花鍵軸的外端面。在左(右)圓 形檔板的外側又分別裝有一圓形平墊13，即左(右)平墊13。之後， 由左(右)開槽螺母12通過中間軸14兩端的螺紋在調整好各圓形 檔板9與相應主動齒輪6之間的間隙後旋緊，並且用開口銷鎖定。如此，便完成了水輪部件總成。該水輪部件總成安裝到左(右)下 軸瓦l7上之後，再在左(右)軸承座18上分別加裝上左(右)上
軸瓦32，並緊固好左(右)上軸瓦蓋31。之後，水輪的葉片28便 可以在左(右)浮桶20的中間自由地轉動。在左縱梁19的前半部 分，有一個由腳板46、左前內支杆47、左前外支杆48組成的左前 支架；在左縱梁19的後半部分又有一個與左前支架對稱的(左後) 支架，而在(右)縱梁19上又有一個與左縱梁19上的左前支架和
(左後)支架相對稱的(右前)支架和(右後)支架。在左前支架 和(左後)支架的上方，固焊著一個左上縱梁3;在(右前)支架和
(右後)支架的上方固焊著一個(右)上縱梁3。在左(右)上縱梁 3的前後兩端之相對應的內表面處，又有前(後)二根橫梁34與它 們固焊連接。從而在左(右)上縱梁3和前(後)橫梁34的上表面 形成了一個安裝平面。在該安裝平面上鋪敷具有一定剛度的鋼板33 並與左(右)上縱梁3和前(後)橫梁34固焊，便會在鋼板33的 上面形成一個安裝平臺。至此，左(右)縱梁以上的各零部件(圓 簡形套簡45除外)便固焊成了一體，可稱之為上支架總成。該上支 架總成是通過螺栓37緊固在左(右)縱梁19上的。在安裝平臺之 左(右)兩端的適當部位，各自通過螺栓緊固著一臺發電機組1,即 左(右)發電機組l。其中，左發電機組1與左變速箱2可通過聯軸 器聯接，而左變速箱2是通過螺栓4緊固在左支架的左前內和(左 後內)支杆47上的，左變速箱2的接入齒輪5與左主動齒輪6嚙合。 而(右)發電機組l與(右)變速箱2等處的聯接情況與左邊對稱，
(右)變速箱2的接入齒輪5與(右)主動齒輪6嚙合。發電機組 的輸出電纜35先通過絕緣子固定在靠近陸地一側的圓柱形立柱21 上，之後再輸送到陸地。另外，為了提高左(右)浮桶20抗擊來自 左右方向波浪衝擊的能力，可以在左(右)浮桶20之間的相對應的 適當部位焊接上前(後)拉杆23。在左前支架的左前內支杆47和(右)前支架的(右前內)支杆47上，分別通過耳板53和銷軸54各自裝 有一個左(右)牙嵌式離合器的撥叉25，即左(右)撥叉25，且左 撥差25的叉口叉在左牙嵌式離合器動套24的滑道裡；(右)撥叉25 的叉口叉在(右)牙嵌式離合器動套24的滑道裡。分別壓動左(右) 撥叉25的把手，並分別用連結在左前外支杆48上的左掛勾50和連 結在(右前外)支杆48上的(右)掛勾50插入相應的孔55中固定， 便可以使左(右)牙嵌式離合器分離；放鬆左(右)撥叉25，在左 (右)彈簧26的作用下，左(右)牙嵌式離合器又可以結合。牙嵌 式離合器的分離是為了便於對整個裝置的安裝和維修。
如此，則不管水位升降高低，水輪之中間軸14相對於水平面將 會始終保持著一個相對固定的高度，在海浪(即海水漲潮時)的衝 擊下水輪就會旋轉。此時，左或(右)超越離合器就會結合，而(右) 或左超越離合器便會分離。左或(右)主動齒輪6便會被帶動旋轉， 通過左或(右)變速箱2的接入齒輪5及左或(右)變速箱2傳動， 左或(右)發電機組就會發電。電流通過傳輸電纜35被送到陸地； 如若海水回湧(即落潮時)，則水輪就會按與上述旋向相反的方向旋 轉。此時(右)或左超越離合器結合而左或(右)超越離合器分離， 水輪便會帶動(右)或左主動齒輪6旋轉，通過(右)或左變速箱2 的接入齒輪5及(右)或左變速箱2傳動，(右)或左發電機組l就 會發電，電流通過傳輸電纜35被送到陸地。
在第二種水力發電裝置中，是將左(右)超越離合器都去掉， 其實質就相當於左(右)主動齒輪6各自將其內部的超越離合器 的全部零件都融成自身的實體，並通過花鍵內孔與定套花鍵軸11直 接配接，而其他部分的結構與第一種水力發電裝置完全相同。將該 裝置置於一個定向流動的水體之中，並使其前方面對水流的上遊， 則在水體的衝擊下，水輪就會不停地轉動，通過左(右)主動齒輪6、 左、(右)變速箱2的接入齒輪5及左、(右)變速箱2的傳動，左和(右)發電機組就會同時發電，電流通過傳輸電纜35被輸送到岸。
當然，如有水位發生變化，左(右)浮桶20通過四根圓柱形立柱21、 圓簡形套簡45等裝置將會自動進行調整。
下面結合圖2、圖3、圖4再描述一下蠕動式抱閘的結構和運轉 情況半圓環形的內殼38和半圓環形的外殼41,通過芯軸52鉸接 在一起，且該二殼體的下沿緊靠著圓簡形套簡45的上沿。在半圓環 形內殼38內鑲有內橡膠襯板39;在半圓環形外殼41內鑲有外橡膠 襯板40。當半圓環形內殼38和半圓環形外殼39閉合時，內橡膠襯 板39和外橡膠襯板40的內表面正好貼緊在圓柱形立柱21的柱體上。 在半圓環形內殼38和半圓環形外殼41的另一端，均有一塊與圓柱 形立柱21的軸線平行的直板，該二平行直板都在圓柱形立柱之左右 方向的內側，且二平行直板之間有一定的間距。在二平行直板的中 間有一塊方形鐵塊61,該方形鐵塊61的厚度應小於二平行直板之間 的間距。在方形鐵塊61之上下方向的中間部位，制有一個與其前後 側面平行的水平圓孔，即凸輪軸孔。在該凸輪軸孔內，裝有一個其 凸輪朝向圓柱形立柱21的凸輪軸62。在方形鐵塊61的前後側面， 於凸輪軸孔的上下兩邊之中間部位，連同二平行直板一起各鑽有一 個與其前後側面垂直的圓孔，可稱之為上、下吊裝孔。在上、下吊 裝孔內各自穿過一根螺栓43,之後，在上、下兩根螺栓43上各自套 上一個壓簧42,再各自加上一個平墊圈60,之後，又各自用螺母59 旋緊。至此，方形鐵塊61便被吊定在二平行直板中間，且內橡膠襯 板39和外橡膠襯板40也會緊緊地抱閘在圓柱形立柱21上。凸輪軸 62上的凸輪部分分別抵頂在二平行直板的內側，而凸輪軸62外端的 方頸63則與搖杆總成58之中間方鐵上的內方孔配裝，並由螺母57 緊固。搖杆總成58的內端結繫著一根鐵鏈51的上端，而鐵鏈51的 下端則是固定在相應的拉杆23上。該鐵鏈51的長度應當是在壓 簧42的壓力下，抱閘通過內橡膠襯膠39和外橡膠襯板40將圓柱形立柱21剛好抱緊時，鐵鏈51也剛好被張緊。搖杆總成58的外端固
定著一個開閘浮桶64。該開閘浮桶64的吃水深度和浮動能力應當 是在水面接近於水輪中間軸14的時候，便能將其所控制的抱閘打 開。另外，為了防止抱閘圍繞著圓柱形立柱21旋轉，可以用前(後) 小拉杆56分別將前面的左、(右)二開閘浮桶64和(後)面的(左)、
(右)二開閘浮桶64橫向固定聯接。每一個抱閘的抱緊程度以及它 們之間動作的同步性，可以通過調整每一個螺母59來進行調整。
如此，則在開閘浮桶64的重力作用下，凸輪軸62便會外轉， 其凸輪便會放鬆對二平行直板的抵頂，在壓簧42的作用下，抱閘便 會緊抱在圓柱形立柱21之上。此時，開閘浮桶64的最低位置也被 搖杆總成58內端之被張緊的鐵鏈51所確定。由於此時圓簡形套簡 45的上沿緊靠著抱閘內殼體38和外殼體41的下沿，故，不論是海 浪的衝擊還是海水的回湧，水體均能與水輪處於剛性作用狀態。另 外，由於此時鐵鏈51已被張緊，故，此時如若是落潮，則由於整個 裝置的下沉，就會通過鐵鏈51拉動搖杆總成58，凸輪軸62便會內 轉，其凸輪便會頂開抱閘並下滑，抱閘內殼38與外殼41的下沿會 繼續與圓簡形套簡45的上沿靠緊，此時鐵鏈51鬆弛，在開閘浮桶 64的重力作用下，凸輪軸62又會外轉，在壓簧42的作用下抱閘又 會抱緊在圓柱形立柱之上，從而繼續保持水體與水輪之間的剛性作 用關係。如此，周而復始，直至落潮結東；如若是漲潮，由於水輪 中間軸14相對於水平面具有一定的高度，故開閘浮桶64將不能開 啟抱閘，因此，水體與水輪之間將一直處於剛性作用狀態。但是， 隨著水位的繼續上升，開閘浮桶64的浮力會繼續增大，待水平面接 近於水輪中間軸14的時候，開閘浮桶64的浮力將足以推動凸輪軸 62內轉並打開抱閘，而此時由於左(右)浮桶20也都積蓄了一定的 浮力，故而，會將整個裝置推動著抱閘迅速地向上蠕動一定的高度
(該高度基本上等於水輪的中間軸14相對於水平面在平常情況下所
21保持的高度)，之後，由於開閘浮桶64的浮力變小，凸輪軸62外轉，
抱閘便又會迅速地抱緊圓柱形立柱21,並又重建水體與水輪之間的
剛性作用關係。如此，周而復始，直至漲潮結東。
下面結合圖7、圖8、圖9、圖IO再描述一下電極自動切換裝置 的結構和運轉情況在前拉杆23的中間部位固焊著一段垂直於水平 面的立管75，在立管75的左、右兩側之適當的位置上，對稱地分別 固焊著一塊垂直於水平面的立板78和73,在立板73和立板78上分 別緊固著一根絕緣立杆72和79,在絕緣立杆72和79的上端分別緊 固著一個電極71和81，在電極71上通過電纜70並聯著左(右)發 電機組1的輸出正極，在電極81上通過電纜80並聯著左(右)發 電機組1的輸出負極。電極71和電極81的內側各有一個扁形叉口。 在立管75中支承著一根立軸83。在立軸83的上端固焊著一塊水平 鐵板84，在該水平鐵板84的上面緊固著一個絕緣橫杆85。在絕緣 橫杆85的兩端分別緊固著一個舌形插片86和82，且在立軸83旋轉 的帶動下，舌形插片86和82可以分別很便利地插入電極71或者電 極81的扁形叉口之中；或者是從它們之中脫出。在立軸83的下端 有一個垂直於絕緣橫杆85的開口槽，在該開口槽內夾持著一個"丫 " 字形轉向板88的末端。立軸83的長度應當是使"丫"字形轉向 板88能夠始終沉浸在水體之中。在絕緣立杆72和79的下端處，分 別通過壓板89和90緊固著一條柔性電纜77和74。柔性電纜77的 上端與舌形插片82連接；柔性電纜74的上端與舌形插片86連接， 且各緊固點至各相應舌形插片之間的柔性電纜的長度應當能夠滿足 其相應的舌形插片隨著立軸83旋轉180度的要求。而柔性電纜77 和74的下端沿著海底被延伸到陸地。若如此，則當水體從整個裝置 的前面流來時，"丫"字形轉板88就會轉到立軸83的後面。此時設 定舌形插片86與電極71的扁形叉口插接；舌形插片82與電極81 的扁形插口插接，水輪的前葉片向下旋轉，並設定此時左(右)發電機組1的輸出正極是並聯在電極71上，則此時便會有電流從電纜
74上流向陸地；如若水體改為反向流動，則"丫"字形轉向板88 便會轉到立軸83的前面，在它與立軸83的帶動下，絕緣橫杆85也 會轉動1S0度，舌形插片86便會從電極71的扁形叉口中脫出而插 到電極81的扁形叉口上，而同時舌形插片82會從電極81的扁形插 口中脫出而插到電極71的扁形叉口之上。此時，由於水輪的轉向已 相反，故，左(右)發電機組1的原輸出負極一即並聯於電極81上 的輸出極就變成了輸出正極，而此時的舌形插片86正插在其中，故 此時左(右)發電機組1的輸出電流仍然是從傳輸電纜74中流向陸 地。為了避免因立軸83的旋轉而引起柔性電纜74和77的纏繞，可 以在前拉杆23的前、後之適當位置各自固焊出一個垂直於水平面的 定位杆76和87，從而使得"丫"字形轉向板88隻能夠在定位杆76 和87的左側反覆翻轉。又為了避免水流在換向時正對著"丫"字形 轉向板88的叉口處流動而使得"丫"字形轉向板88自鎖不動(或 者由於製造誤差而使得"丫"字形轉向板88的翻轉超過了水體的流 向而被水流把"丫"字形轉向板88逼上了死角不動)，而引起輸電 事故，故，定位杆76和87之軸線所在的平面應當離開立軸83的軸 線一定距離H，從而使得"丫"字形轉向板88的翻轉角度〈180度。 由此而引起的舌形插片與電極之扁形叉口之間的接合問題，可以通 過增加它們的水平寬度來進行解決。
權利要求
1.一種由四根圓柱形立柱、圓筒形套筒、左、右浮桶、前、後拉杆、左、右縱梁、左、右軸承座、水輪、左、右牙嵌式離合器、左、右超越離合器、左、右主動齒輪、上支架總成、左、右變速箱、左、右發電機組等零部件組成的利用微壓頭水體來進行發電的水力發電裝置，其特徵在於整個裝置的水平方位是由四根立柱來確定的，而通過左、右浮桶的飄浮和套筒在四根立柱上的上下滑動，使得水輪中間軸相對於水平面始終保持著一個相對固定的高度。
2. 如權利要求l所述的水力發電裝置，其特徵在於左、右發 電機組分別是由左超越離合器和右超越離合器來帶動的，而左、右 超越離合器所能傳遞的扭矩的方向正好相反。
3. 如權利要求1所述的水力發電裝置，其特徵在於左超越離 合器和右超越離合器分別與左、右主動齒輪融成一個實體，即左、 右主動齒輪分別通過其花鍵內孔直接配接在左、右定套花鍵軸上， 在水輪旋轉時，左、右發電機組可以同時發電。
4. 一種由立管、立軸、"丫"字形轉向板、左、右絕緣立杆、左、 右電極及其扁形叉口、絕緣橫杆、左、右舌形插片、左、右傳輸電 纜以及前後定位杆等零部件組成的，特別是用來與利用相對來講是 較長時間定向流動的水體來進行發電的水力發電裝置配套的電極自 動切換裝置，其特徵在於絕緣橫杆通過立軸與"丫"字形轉向板 垂直聯接，隨著水體流向的正反轉換，在"丫"字形轉向板的帶動 下，固定在絕緣橫杆兩端上的，且又分別與左、右傳輸電纜相連接 的左、右舌形插片，可以自動地與左、右電極上的扁形叉口做出相 應的切換，從而使左、右發電機組正反旋向時所產生的電流均能夠 被左、右傳輸電纜接收並傳輸出去，"丫"字形轉向板的水平投影呈"丫"字形形狀，其翻轉角度小於180度。
5. 如權利要求3所述的水力發電裝置，其特徵在於在它的上面尚配有一個電極自動切換裝置。
6. 如權利要求1、 2、 3、 5所述的水力發電裝置，其特徵在於 在水輪的中間軸上裝有一個能夠使水輪與其他部分的傳動關係得以 離合的離合器。
7. 如權利要求1、 2、 3、 5所述的水力發電裝置，其特徵在於 在四根圓柱形立柱上，各有一個蠕動式抱閘。
8. —種由左、右浮桶、前、後拉杆、左、右縱梁、左、右軸承 座、水輪、左、右牙嵌式離合器、左、右主動齒輪、左、右超越離 合器(或者是無此左、右超越離合器，而是左、右主動齒輪分別直 接配接在左、右定套花鍵軸上；或者是再配裝上一個電極自動切換 裝置)、上支架總成、左、右變速箱、左、右發電機組、四根纜繩、 左、右樁墩、左、右定滑輪、操縱室、左、右絞車等零部件組成的， 利用微壓頭水體來進行發電的水力發電裝置，其特徵在於整個裝 置是通過左、右浮桶的浮力與四根纜繩的張力來定位的，通過左、 右絞車對後邊之左、右二根纜繩長度的調整，可以使整個裝置適應 其所在水域水位的變化。
9. 一種由中間軸、葉片、加強筋板等零件組成的一種專門用於 收集微壓頭水體的動能來進行發電的葉片式水輪，其特徵在於葉 片的左、右兩端各密焊著一塊圓環形加強筋板，而在該二端之圓環 形加強筋板的中間又可以有數道圓環形加強筋板。
10. 如權利要求1、 2、 3、 5、 8所述的水力發電裝置，其特徵 在於它與一個以電解海水來製取氫氣和氧氣的裝置，或者再加上 一個氫能發電裝置配套共建；或者是與 一個海水淡化裝置配套共建。
全文摘要
一種利用微壓頭水體來發電的水力發電裝置，由四根立柱和套筒來確定水平方位，由左右浮桶來適應水位變化。在定向流動的水體裡左右發電機組可同時發電；或通過電極自動切換裝置使左右發電機組在流向變換頻率相對較低的水體裡亦可同時發電；或由傳遞扭矩方向正好相反的左右超越離合器來適應水體流向的隨時變換。蠕動式抱閘可使其保證對水能的有效利用，而其具體位置亦可以通過左右浮桶的浮力與四根纜繩來進行確定和調整。
文檔編號F03B13/00GK101526059SQ20081008241
公開日2009年9月9日 申請日期2008年3月3日 優先權日2008年3月3日
發明者沙同家 申請人:沙同家