三级链轮链条传动式生态过鱼水轮机制造技术

本实用新型专利技术公开了一种三级链轮链条传动式生态过鱼水轮机，包括转轮室和转轮主轴，转轮主轴上安装有主动链轮，发电机转轴上连接副轴并在副轴上安装有三级链轮，三级链轮通过环形链条与所述主动链轮传动连接；本实用新型专利技术控制实现电磁线圈对活动轴的正向或反向吸引，从而驱动三级链轮实现轴心平移规定距离，实现控制变速目的，还可以通过处理器判断水力势能和转轮的速度情况来根据情况控制变速程度，该设计在保证发电机的发电转速要求的同时，可以尽量多地减少水轮机叶片数，从而降低鱼类通过水轮机时受到的机械撞击和研磨损伤等其他损伤因素。

【技术实现步骤摘要】
三级链轮链条传动式生态过鱼水轮机
本技术涉及一种三级链轮链条传动式生态过鱼水轮机，属水利工程、生态工程领域。
技术介绍
河流对水生生物来说不仅仅是单纯的廊道，而且是水生生物生存和生态健康的重要组成部分。水利水电工程存在多种可能破坏河道生态完整性的方式，例如水库大坝的建设使河流生态系统的物质循环、能量流动及信息传递等方面发生一系列的变化，对鱼类的种群特征产生巨大的影响。鱼类溯河产卵需长途跋涉，往往必须通过许多潜在的障碍才能到达其产卵场，工程建设带来的障碍会使鱼类受到显著影响。通过阻止鱼类回到原有重要栖息地，产生大量被隔离的异质种群，以致河流系统的某些鱼类数量大量减少甚至灭绝，并最终破坏生态系统的稳定性和完整性。如何实现人与自然和谐，消除或减弱水利枢纽对鱼类的不利影响成为了相关专家学者研究的热点和重点之一。习近平总书记在党的十九大报告中指出，“实施重要生态系统保护和修复重大工程，优化生态安全屏障体系，构建生态廊道和生物多样性保护网络，提升生态系统质量和稳定性”。江河是重要的生态廊道，要更加重视江河生态系统的保护，使水库大坝不仅成为防洪、供水、能源的重要保障，更要成为江河生态廊道的重要载体。因此，帮助鱼类和其他水生生物物种通过河流障碍物完成自由洄游的生态补偿工程措施应运而生。从工程与非工程的角度，学者们纷纷提出了各自的建议方案，希望能消除或减弱水利工程建设对黄河鱼类的不利影响。如建立生态系统检测系统，改变水库的放水方式来降低对下游生态系统的不利影响，建立特种鱼类种质资源库，设置人工鱼巢，开辟适宜河滩作为鱼类的产卵场，在水库大坝或岸边设置鱼梯、鱼道等过鱼设施。比如，美国哥伦比亚河流域的邦纳维尔(Bonneville)、约翰代(JohnDay)等10多座水力发电站新建的鱼道，成功地解决了鲑科鱼类通过20～34m较高水头枢纽的洄游问题。我国于1960年建成了第一座鱼道，至20世纪末已建成有30余座。同时建设仿自然流通过水轮机流道时的通道、升鱼机和鱼闸等，可以设置物理阻隔设施和行为阻隔设施使鱼类下行时不进入水轮机。国外的一些水电站中常使用表面鱼道来帮助鱼类下行，利用下行鱼在水体表层游动的习性，将水轮机设于水体深处，在进水口顶部的水体表面设置辅通道，利用加速水流将鱼引入辅通道，从而保护鱼类安全过坝。上述措施虽然具有一定的成效，但是建设费用高、效率低，而且仍然会有大量的鱼通过水轮机时受到伤害，达不到预期的效果。在我国，对于洄游鱼类及整个生态环境保护方面的考虑还非常缺乏。现代水轮机的开发与设计起始于20世纪初，受当时观念及各方面技术的限制，在设计时没有将保护洄游鱼类安全通过水轮机的问题纳入设计的考虑范畴。水轮机叶片打击是造成伤鱼的主源，造成伤鱼的其他机制已证实。试验结果表明，水轮机过鱼生存率与鱼长呈负相关。随着水头增加，生存率也下降，这是由于更高的转速相应地使鱼群被叶片击中的概率更大。高转速也会产生更高的打击速度，从而使鱼群被击中时受伤更大。鉴于此种情况，设计了一种以轴流式水轮机为基础的三级链轮链条传动式生态过鱼水轮机。普通的轴流式水轮机分为轴流定桨式和轴流转桨式两种，适用于较低水头、较大流量的水利资源，叶片数目一般为3至8片，低水头少叶片，高水头多叶片。轴流定桨式水轮机转轮叶片是固定在轮毂上，结构简单，造价便宜。但是，轴流定桨式水轮机只能通过调节导水机构控制出力，工作水头低、功率小，在水头与负荷变化较大时，水轮机效率会有较大下降。轴流转桨式水轮机效率较高，目前最高效率有的已超过94％。正是因为轴流转桨式水轮机效率过高，对通过水轮机的鱼类伤害也较大。三级链轮链条传动式生态过鱼水轮机在保证水轮机出力及运行效率的基础上改变水轮机的结构设计和运行参数，增大了工作水头并尽可能地将水轮机对鱼类造成的伤害降低至最小。三级链轮链条传动式生态过鱼水轮机旨在使水电能源与自然生态协调发展，实现水利工程对生态环境的有效补偿，实现人与自然的和谐发展。
技术实现思路
本技术的目的是解决鱼类过坝及鱼类穿过水轮机死亡率较高的问题，设计的一种生态型过鱼水轮机。三级链轮链条传动式生态过鱼水轮机降低了鱼类穿过水轮机死亡率，保证了水轮机出力及运行效率。为了达到本技术的目的，本技术采用一种三级链轮链条传动式生态过鱼水轮机，包括转轮室和安装在其内的转轮主轴，转轮主轴通过传动机构与发电机传动连接，在所述转轮主轴上安装有主动链轮，在所述发电机转轴上连接副轴并在副轴上安装有三级链轮，三级链轮通过环形链条与所述主动链轮传动连接；在三级链轮的轴架上设置有变速推进器，以及在环形链条中段设置有张紧轮；所述副轴的中部设置有花键，三级链轮的轴管内壁上设置有花键槽，副轴的花键与三级链轮的花键槽匹配嵌套在一起；所述变速推进器包括一根与所述副轴平行的活动轴，活动轴的两端或者中部套装在轴架上的轴套内仅能轴向活动，活动轴的两端设置有固定在轴架上的电磁线圈，活动轴的两端分别为伸缩端一和伸缩端二，都能与对应电磁线圈匹配套装，伸缩端一和伸缩端二上分别固定有磁性吸盘；同时，在活动轴磁性吸盘位置分别设置有拨叉，两侧拨叉平行且位于所述三级链轮的两侧，两侧拨叉的叉头分别套装在副轴上并与副轴间隙配合，在两拨叉中部的轴架上设置有弹簧座，两侧拨叉分别通过拨叉拉簧连接在弹簧座上。进一步地，在位于靠近三级链轮位置的环形链条外侧套装有定位器，该定位器包括固定座、平行叉杆和定位套，两个平行叉杆分别固定在固定座两侧，在每个叉杆上套装有定位套，环形链条位于两个平行的定位套内侧。为了保持环形链条稳定不脱落，又在三级链轮的两侧分别固定有挡板，两侧挡板的直径分别大于相邻链轮的直径。为实现自动化控制，在转轮主轴上安装有转速检测器。以及设置有水位传感器和处理器，水位传感器或转速检测器的信号线与处理器的信号端连接，处理器的输出端分别控制两端的电磁线圈。本技术在集现有先进的生态过鱼技术基础上，以轴流式水轮机为例进行改进，构筑发电和鱼过坝新技术。技术所采取的技术方包括链轮变速传动组合和转轮装置系统两大部分。其中，链轮变速传动组合是将轴流式水轮机转轮主轴断开，采用链条将主动链轮与三级小链轮连接，通过链轮传动组合及变速器来变速保证发电机的发电转速要求，以此减少水轮机叶片数，通过减少轮叶叶片数来降低鱼类通过水轮机时受到的机械撞击和研磨损伤等其他损伤因素。普通的轴流式水轮机叶片数目一般为3至8片，三级链轮链条传动式生态过鱼水轮机叶片设定为3片，大大降低了水轮机叶片对鱼类过坝的伤害，链轮变速传动组合又保证了水轮机工作的稳定性、出力及运行效率。转轮装置系统内主要有转轮室、转轮叶和泄水锥组成，转轮叶和泄水锥采用光滑表面，以减少对鱼的潜在摩擦伤害和鱼鳞损伤。主动链轮与三级小链轮通过链条连接线，则主动链轮与三级小链轮线速度相同，其关系式如下：V=2πnr(1)n1r1=n0R(2)n1r2=n0R(3)n1r3=n0R(4)式中：V为线速度（m2/s）；n为转速（r/s）；r为半径（m）；n0为主动链轮转速（r/s）；R为主动链轮转速半径（m）；n1为一级小链轮转速（r/s）；n2为二级小链轮转速（r/s）；n3为三级小链轮转速（r/s）；r1为一级小链轮转速半径（m）；r2为二级小链轮转速半径（m）；r3为三级小链本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三级链轮链条传动式生态过鱼水轮机，包括转轮室和安装在其内的转轮主轴，转轮主轴通过传动机构与发电机传动连接，其特征在于，在所述转轮主轴上安装有主动链轮，在所述发电机转轴上连接副轴并在副轴上安装有三级链轮，三级链轮通过环形链条与所述主动链轮传动连接；在三级链轮的轴架上设置有变速推进器，以及在环形链条中段设置有张紧轮；所述副轴的中部设置有花键，三级链轮的轴管内壁上设置有花键槽，副轴的花键与三级链轮的花键槽匹配嵌套在一起；所述变速推进器包括一根与所述副轴平行的活动轴，活动轴的两端或者中部套装在轴架上的轴套内仅能轴向活动，活动轴的两端设置有固定在轴架上的电磁线圈，活动轴的两端分别为伸缩端一和伸缩端二，都能与对应电磁线圈匹配套装，伸缩端一和伸缩端二上分别固定有磁性吸盘；同时，在活动轴磁性吸盘位置分别设置有拨叉，两侧拨叉平行且位于所述三级链轮的两侧，两侧拨叉的叉头分别套装在副轴上并与副轴间隙配合，在两拨叉中部的轴架上设置有弹簧座，两侧拨叉分别通过拨叉拉簧连接在弹簧座上。

【技术特征摘要】
1.一种三级链轮链条传动式生态过鱼水轮机，包括转轮室和安装在其内的转轮主轴，转轮主轴通过传动机构与发电机传动连接，其特征在于，在所述转轮主轴上安装有主动链轮，在所述发电机转轴上连接副轴并在副轴上安装有三级链轮，三级链轮通过环形链条与所述主动链轮传动连接；在三级链轮的轴架上设置有变速推进器，以及在环形链条中段设置有张紧轮；所述副轴的中部设置有花键，三级链轮的轴管内壁上设置有花键槽，副轴的花键与三级链轮的花键槽匹配嵌套在一起；所述变速推进器包括一根与所述副轴平行的活动轴，活动轴的两端或者中部套装在轴架上的轴套内仅能轴向活动，活动轴的两端设置有固定在轴架上的电磁线圈，活动轴的两端分别为伸缩端一和伸缩端二，都能与对应电磁线圈匹配套装，伸缩端一和伸缩端二上分别固定有磁性吸盘；同时，在活动轴磁性吸盘位置分别设置有拨叉，两侧拨叉平行...

【专利技术属性】
技术研发人员：张泽中，任博，李亮，李振全，孔德谦，余煌浩，黄万超，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：新型
国别省市：河南,41